吐鲁番市水利水电勘测设计研究院 新疆吐鲁番 838000
摘要：新疆吐鲁番市大河沿引水工程隧洞超前支护方案，根据地质情况分析，确定隧洞开挖超前支护方案，并对超前支护技术进行了论述。具有一定的代表性，对今后隧洞超前支护施工具有实际参考作用。
关键词：大河沿引水工程；隧洞；进口段；超前支护
1 工程概况
大河沿引水工程位于新疆维吾尔自治区吐鲁番市高昌区大河沿镇北部山区，大河沿河上游。拟建坝址距乌鲁木齐120km，距吐鲁番市60km，距大河沿镇17km。工程主要由挡水大坝、溢洪道、灌溉洞及泄洪放空冲砂兼导流洞组成，是一座具有城镇供水、农业灌溉和重点工业供水任务的综合性水利枢纽工程。
大河沿引水工程水库总库容3024万m³，为Ⅲ等中型工程，挡水建筑物采用沥青混凝土心墙坝，最大坝高75.00m，大坝级别为2级，永久建筑物溢洪道、灌溉洞和泄洪放空冲砂兼导流洞级别3级，边坡级别为4级、公路等建筑物级别为4级。挡水建筑物土石坝设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为1000年一遇；消能防冲设计洪水标准为30年一遇。各永久建筑物合理使用年限为50年。
本工程泄洪放空冲砂兼导流洞全长为682.45m，包括进口段、有压段、工作闸井段、无压段、出口明渠段和消力池护坦段组成；灌溉隧洞由进口段、上游有压隧洞段、闸井段、下游有压隧洞段、出口镇墩段组成，全长为658.00m，设计引用流量6.39m3/s。
2 工程地质条件
泄洪放空冲砂兼导流洞设布置于左岸山体内，全长约682.45m，开挖洞径7.1×8.1m（宽×高），仅洞身约190m长的洞段处于基岩内，洞顶上覆岩体厚40m～80m，围岩为石炭系上统博格达下亚群第二组（C3bga-2）砂岩、粉砂岩、砂砾岩。岩层走向与洞线近于正交，岩层倾角近于直立，断层不发育，岩体较完整，成洞条件较好；进、出口共约280m长洞段处于Ⅳ级阶地堆积的深厚砂砾石层内，其砂砾石层具钙泥质弱胶结。
灌溉隧洞布置于左岸山体内，全长约658.00m，开挖洞径2.8m。其中洞身段约510m长的洞段处于基岩内，洞顶上覆岩体厚15m～60m，围岩为石炭系上统博格达下亚群第二组（C3bga-2）砂岩、粉砂岩、砂砾岩。岩层走向与洞线近于正交，岩层倾角近于直立，断层不发育，岩体较完整，成洞条件较好；进、出口分别约106m、19m长洞段处于Ⅳ级阶地堆积的深厚砂砾石层内，砂砾石层具钙泥质弱胶结。
3 超前支护方案
根据现场实际情况，大河沿引水工程放空冲砂兼导流洞及灌溉隧洞进口段地质条件差，均处于Ⅳ级阶地堆积的深厚砂砾石层内，其砂砾石层具钙泥质弱胶结，故均采用管棚注浆法进行超前支护。
（1）管棚支护的设计
管棚支护的设计参数主要包括：钢管直径、长度、间距、仰角、水平搭接长度、钢架间距、注浆参数等，当需要增大钢管的强度和刚度时，可在管内设置钢筋笼而后用水泥砂浆填充。管棚长度应根据地层情况选用，不宜小于10m；纵向两组管棚的搭接长度应大于3m。管棚支护参数可按工程类比法确定，并在施工中根据实际情况调整。
①管径的选择
管棚支护按管径分类为小管棚、中管棚和大管棚，小管棚管径一般在Φ30-Φ50mm，中管棚管径一般在Φ50-Φ89mm，大管棚管径介于Φ89-Φ159mm。
②管棚钢管环向间距的确定
小管棚管径一般在Φ32～50mm范围内，多采用管径为Φ42mm的钢管，管长以3.5-5m为宜，环向间距一般取0.3-0.5m，水平搭接长度1-1.5m。中管棚管径一般在Φ50-Φ89mm范围内，管长一般不超过20m，环向间距一般取0.3-0.5m，水平搭接长度1-2m。大管棚一般可选用Φ89-Φ159mm的钢管，常用管径Φ108mm，管长以不超过40m为宜，钢管一般分节长4m或6m，以丝扣连接，丝扣长不小于150mm，环向间距一般不大于3-5倍管径为宜。
③外插角的合理确定
小管棚外插角常取5º-15º，中管棚常取2º-8º，长管棚多取1º-3º。钢拱架支撑一般用工字钢，或工字钢与格栅钢架间隔使用，间距一般不大于1米，特殊情况下需加密。
④管棚施工工艺流程
（2）大河沿引水工程隧洞进口段超前支护方案
①泄洪放空冲砂兼导流洞进口段支护方案
泄洪放空冲砂兼导流洞进口处于砂砾石洞段，稳定性差，为确保施工安全，要求加强 对进口段临时支护，施工原则为短进尺，强支护，勤观测，具体支护措施如下：
a、进洞前，采用喷砼封闭开挖掌子面。
b、在洞脸上部布置超前小导管，采用单排Φ42 无缝钢花管，间距为 50cm，外扩角为 8°，并注浆，对砂卵石层进行固结；注浆材料为水泥浆，灌浆压力通过试验确定。
c、短进尺开挖，及时支护，每次进尺后进行工字钢支撑，工字钢型号 20A 型，间距0.8m 左右（根据现场情况可以适当调整，洞口可适当加密，洞内可适当加宽），尽量紧贴洞壁；底部根据需要，铺设槽钢支撑；钢支撑间设Φ20 纵向联系钢筋、间距 0.8m；工字钢用锁脚锚杆固定，锚杆Φ25、间距 0.8m、长 3m（入砂砾石深不浅于 2.5m），布置在左右底部及顶拱与直墙相接部位。
d、钢支撑布设后，挂网喷射 20cm 厚 C20 混凝土支护。
详见附图：
②灌溉隧洞进口段超前支护方案
灌溉放水洞进口段处于砂卵石洞挖，稳定性差，为确保洞内施工安全，要求加强对进口段临时支护，施工原则为短进尺，强支护，勤观测，具体支护措施如下：
a、进洞前，采用喷砼封闭开挖掌子面。
b、在洞脸上部布置超前小导管，采用单排Φ42无缝钢花管，间距为50cm，外扩角为8°，并注浆，对砂卵石层进行固结；注浆材料为水泥浆，灌浆压力通过试验确定。
c、短进尺开挖，及时支护，每次进尺后进行工字钢支撑，工字钢型号16＃，间距0.8m左右（根据现场情况可以适当调整，洞口可适当加密，洞内可适当加宽），尽量紧贴洞壁；底部根据需要，铺设槽钢支撑；钢支撑间设Φ20纵向联系钢筋、间距1m；工字钢用锁脚锚杆固定，锚杆Φ25、间距1m、长3m（入砂砾石深不浅于2.5m），布置在底部及腰部（每品钢支撑共8根固定锚杆）。
d、钢支撑布设后，挂网喷射16cm厚C20混凝土支护。
详见附图：
4 结束语
通过实施上述施工方案，顺利和安全地完成了泄洪放空冲砂兼导流洞和灌溉隧洞进口段的施工，并通过施工过程的监测，洞周收敛、拱顶下沉和地表下沉值均在容许范围内。实践证明采用该技术方案是可行的。
参考文献：
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作者简介 周亮、1986年8月20出生、本科学历2009年毕业于新疆农业大学、学士学位、吐鲁番地区水利水电勘测设计研究院、工程师、邮编838000。
论文作者: 周亮
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/8
标签：隧洞论文; 间距论文; 砂砾论文; 冲砂论文; 河沿论文; 超前论文; 吐鲁番市论文; 《建筑模拟》2019年第3期论文;