由于工程地质条件千差万别,同一条隧洞可能同时穿越坚硬、比较坚硬、软弱、极软弱等不同的岩体。在软岩和极软岩中开凿隧洞,最主要的问题是解决施工过程中的安全问题,保证施工过程中的围岩稳定,避免或减少塌方,避免人员伤亡和设备损失,使人民的生命和财产安全得到有效的保障。
伊犁胡吉尔台引水隧洞为了保障安全施工,防止围岩失稳和杜绝塌方事故,借鉴疆内外软岩隧洞的施工经验,制定了“小药量,短进尺,勤监测,快支护,早衬砌”的15字方针。小药量,短进尺,在胡吉尔台隧洞软岩段开挖每循环进尺不得大于1.5m,变形特大地段不得大于0.5m,循环进尺应根据监测结果及时调整。快支护,必须在开挖后立即施工,开挖一个循环支护一个循环,本开挖循环没支护完成不得进行下一循环的开挖,以确保围岩的稳定。胡吉尔台引水隧洞由于采用了上述措施,在施工过程中未出现人员伤亡及财产损失。
1. 工程概况
新疆伊犁胡吉尔台引水隧洞主要承担引水灌溉任务,拟从水库库区左岸引水,水库正常蓄水位1420.00m,设计洪水位1420.05m,校核洪水位1422.19m,死水位1380.00 m。引水隧洞设计流量4.5 m3/s,加大流量5.5 m3/s,灌溉下游11.11万亩的农田及草场。引水隧洞采用岸塔式进水口,分为有压段和无压段两部分。隧洞进口底板高程为1379.30 m,进水口高1.5 m,宽2.5 m,进口设平板事故检修钢闸门,弧形工作钢闸门。弧形工作钢闸门后设消力池,采用底流消能工的布置型式,消力池长20.0 m,池深2.4 m,现浇钢筋混凝土结构。其后接无压隧洞,隧洞全长1830 m,纵坡1/1000,隧洞采用城门洞型断面,隧洞宽2.4 m,直墙高1.8 m,拱圈半径1.2 m,采用C20F150W6钢筋混凝土衬砌,隧洞直墙、拱圈及底板厚均为0.30 m。
2. 围岩力学性质
引水隧洞位于水库大坝上游2.15Km南岸岸坡上,洞进口方向133°09′51″,洞轴线方向208°55′59″,洞长1830.0m,进口闸井底标高1379.30m,出口底标高1377.47m按工程地质条件可分为四段。
2.1 进口段(0+000~0+130),长130m,谷坡较陡,坡高50m,覆盖层厚度2~4m,岩性为第四系黄土及坡积残积的碎石土,孔隙大、密实度差,渗漏严重。下部为石炭系凝灰岩,厚层状、产状为352°SW∠78°,走向与洞轴线交角为39°。岩体较完整,岩石抗压强度2.0~3.0MPa;内摩擦角砂岩φ=30~35°;粘聚力C =0.06~0.5MPa。岩体弹性模量E=0.18~0.22×10.3MPa;变形模量E=0.2~0.6×10.3MPa;围岩类别为Ⅲ类,较稳定。
2.2 洞身段(0+130~0+300),长170m,上覆围岩厚度50~120m,岩性为砂岩局部夹薄层泥岩,结构面不发育,厚层状,成岩作用差,遇水软化。产状为352°SW∠78°走向与洞轴线交角40°。岩体完整性差,岩石抗压强度砂岩1.4~2.0MPa,泥岩2.5~3.5MPa;内摩擦角砂岩φ=24~330,泥岩φ=22~29°;粘聚力砂岩C =0.02~0.06MPa,泥岩C =0.1~0.16MPa。岩体弹性模量砂岩E=0.14~0.18×103MPa,泥岩E=0.2~0.41×10.3MPa;变形模量砂岩E=0.1~0.5×103MPa,泥岩E=0.2×103MPa;围岩类别为Ⅳ类,不稳定。
2.4 出口段(1+160~1+830),长670m,上覆围岩厚度20~35m,岩性为砂岩局部夹薄层泥岩,结构面不发育,厚层状,岩质极软,成岩作用差,强度低。产状为278°NE∠60°。压水试验结果表明透水率q=0.38~0.85lu,属微透水层。岩石抗压强度砂岩1.0~1.2MPa,泥岩2.0~2.5MPa;内摩擦角砂岩φ=20~300,泥岩φ=18~200;粘聚力砂岩C =0.01~0.03MPa,泥岩C =0.1~0.16MPa。岩体弹性模量砂岩E=0.12~0.16×10.3MPa,泥岩E=0.1~0.2×10.3MPa;变形模量砂岩E=0.1~0.12×10.3MPa,泥岩E=0.1×10.3MPa;围岩类别为Ⅴ类,极不稳定。
3. 一次支护方案的选择
在引水隧洞0+130~0+300、1+160~1+830段,两段全长840m,围岩类别为Ⅳ、Ⅴ类,极不稳定。虽采用多种措施,施工过程中仍经常塌方,为保证施工安全,采取一次支护保证衬砌施工前围岩稳定。
3.1 方案一(槽钢拱架支护)。
采用槽钢拱架作为一次支护,间距与开挖循环进尺一致,一般为1.5m、1.2m、1.0m、0.5m四种,拱架采用10.#槽钢制作而成,外形尺寸与隧洞开挖断面一致,以保证拱架与围岩紧密结合,拱架在加工场制作,施工现场安装,安装后采用?16mm的光面钢筋做为联系筋,环向间距为1.0m。
3.2 方案二(格栅拱架支护)。
采用格栅拱架作为一次支护,间距与开挖循环进尺一致,一般为1.5m、1.2m、1.0m、0.5m四种, 格栅拱架采用1根?28mm和2根?22mm的螺纹钢筋焊接而成,在加工场制作,施工现场安装,安装后采用?16mm的光面钢筋作为联系筋,环向间距为1.0m。格栅拱架的外形尺寸与隧洞开挖断面一致,以保证拱架与围岩紧密结合