CN103967504B - 一种电厂循环水系统隧洞口的支护结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电厂循环水系统隧洞口支护结构及施工方法，包括钢拱架，其特征在于：在隧洞口的顶部和两侧的附近区域各设置若干个水泥搅拌桩，形成水泥浆搅拌加固区；在隧洞口顶部设置若干条注浆锚杆，形成洞顶注浆锚杆加固结构；在隧洞口顶部的圆弧区域处设置若干条长管，形成长管棚结构；在隧洞口外进洞通道的两侧设置若干条挡土灌注桩，形成隧洞口外进洞通道的挡土支护；通过混凝土将钢拱架、水泥浆搅拌加固区、注浆锚杆加固结构、长管棚结构和挡土支护连接为一体，构成电厂循环水系统的隧洞口支护结构。本发明对隧洞口有限范围的软土进行加固，形成安全的隧洞口结构，具有工程投资少、设计和施工方便等特点。

Description

一种电厂循环水系统隧洞口的支护结构及施工方法

技术领域

本发明涉及一种电厂循环水系统隧洞口支护结构及施工方法，适用于沿海火力发电厂或核电厂的循环水系统。属于电厂循环水系统技术领域。

背景技术

目前，在沿海火力发电厂或核电厂工程中，循环水系统一般采用直流供水系统，即在海域取水，经过电厂冷热能量交换循环后，再排放回海域。由于厂址地形地质条件的特点，以及考虑技术和经济条件等因素，不少电厂工程的循环水取水或排水通道需要采用穿越山体内的隧洞来实现。

电厂循环水系统取、排水隧洞由于采用自流方式取排水的需要，隧洞标高一般均位于海(河)水面以下，相应地，此时的地下隧洞位于地下水位以下。由于受到电厂厂区循环水系统管道路线布置要求和地形地质条件的限制，有时隧洞口需要布置在如淤泥质土、松散回填土等软土地基地质条件较差的地方，而且隧洞轴线与洞口山坡坡面不是正交而是斜交。在这种自然条件下，隧洞口将处于地下水丰富、地质条件差、受隧洞口周围边坡影响大的复杂环境条件。

一般情况下，为了隧洞口的结构安全和方便进行洞口支护加固，要求隧洞轴线与隧洞口山坡坡面基本垂直。为了减少隧洞口临时加固投资，隧洞口位置都尽量选择在地质条件较好的地方。如果遇到淤泥质土、松散回填土等软土地基，而且隧洞轴线与隧洞口山坡坡面斜交，这种地形地质条件由于存在坍塌安全问题无法直接作为隧洞口进行施工，通常情况下有两种处理技术方案：一是，采用避开软土地段，调整隧洞口位置，甚至调整隧洞路线，将隧洞口放置在地质条件较好的位置，而且隧洞轴线与洞口山坡坡面基本正交，并开挖出与隧洞轴线相垂直的隧洞口正立面。采用这种处理方案优点是直接避开软土地段，技术简单。缺点是，必须是现场地形、地质、周边环境和工程条件允许，如果有较多的限制条件，则可能会引起较大的社会、工程影响或甚至明显增加工程造价。二是，将软土土体挖除，然后就地调整隧洞口位置，将隧洞口放置在地质条件较好的位置，而且开挖形成隧洞口山坡坡面与隧洞轴线正交。这种处理技术方案优点是不需要或仅是局部调整隧洞路线，软土土方开挖技术简单。缺点是在某些现场情况下，软土土体挖除后，会引起山体边坡稳定问题，需要进行山体削坡开挖处理，进行边坡加固，甚至引起边坡上方的公路需要改道，建构筑物迁移赔偿等问题，处理这些问题的难度有时会非常大，费用可能会非常高。

在电厂工程中，由于受到电厂循环水系统布置的要求和周围环境限制，在取排水隧洞路线和洞口位置不可能改变情况下，鉴于采用上述常用的技术方案存在的缺点，现提出一种新的技术方案，即一种电厂循环水系统隧洞口支护结构。

发明内容

本发明的目的之一，是为了克服目前软土地基隧洞口常采用的避开软土地段调整隧洞口位置方案存在工程投资大、增加征地面积、增加电厂运行费用等缺陷，或挖除软土土体调整隧洞口位置方案存在洞口边坡上方公路改道或建构筑物迁移处理难度大和费用高等缺点，提出一种电厂循环水系统隧洞口支护结构，具有投资较省、施工方便、对隧洞周围边坡、建构筑物和环境没有影响等特点。

本发明的目的之二，是为了提供一种电厂循环水系统隧洞口支护结构的施工方法。

本发明的目的之一可以通过采取如下技术方案达到：

一种电厂循环水系统的隧洞口支护结构，包括钢拱架，所述钢拱架的上部呈弧状，其结构特点在于：在隧洞口的顶部和两侧的附近区域各设置若干个水泥搅拌桩，形成水泥浆搅拌加固区；在隧洞口顶部设置若干根注浆锚杆，形成洞顶注浆锚杆加固结构；在隧洞口顶部的圆弧区域设置若干根注浆钢管，形成长管棚结构；在隧洞口外进洞通道的两侧设置若干根挡土灌注桩，形成隧洞口外进洞通道的挡土支护；钢拱架、水泥浆搅拌加固区、注浆锚杆加固结构、长管棚结构和挡土支护组成一体，联合发挥作用，构成电厂循环水系统的隧洞口支护结构。

本发明的目的之一还可以通过采取如下技术方案达到：

进一步地，在隧洞口处可以设置洞口护拱。

进一步地，设置在隧洞口外进洞通道的挡土支护中，可以在每二根灌注桩之间设置一根止水旋喷桩。

进一步地，在构造隧洞口外进洞通道的挡土支护时，两侧的挡土灌注桩可以通过采用临时钢支撑进行支撑。

进一步地，在隧洞口外进洞通道，高于隧洞口钢拱架顶部的位置，可以设置混凝土支撑，以加强隧洞口外进洞通道两侧挡土支护的挡土支撑。

进一步地，在隧洞口外进洞通道两侧挡土支护的顶部可以各设置一根桩顶混凝土梁。

本发明的目的之二可以通过采取如下技术方案达到：

一种电厂循环水系统隧洞口支护结构的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

1)首先在隧洞顶部和隧洞两侧采用水泥搅拌桩进行加固，使隧洞周围形成一个硬壳层，设置若干个水泥搅拌桩，形成水泥浆搅拌加固区；

2)采用挡土灌注桩施工隧洞口外进洞通道两侧的挡土桩基，为隧洞口外进洞通道垂直开挖形成挡土支护，挡土灌注桩之间的间隙采用止水旋喷桩止水；

3)在两排挡土灌注桩之间设置水平混凝土支撑和临时钢支撑，混凝土支撑为永久支撑，其位置应高于隧洞顶部，以避免影响隧洞后续的衬砌施工机械进出；

4)在隧洞顶部向下放坡开挖，边开挖边采用注浆锚杆加固坡面，一直开挖施工到隧洞顶部，形成洞顶注浆锚杆加固结构；采用注浆锚杆加固坡面，起到进一步加强开挖边坡的安全；

5)在步骤4)的基础上继续向下开挖到长管棚底部以下，然后施工长管棚，长管棚的长度穿过软土层进入硬土层内不少于3m，形成长管棚结构，以达到加强支护隧洞周围土体的作用；

6)开始洞口开挖，边向前开挖边采用钢拱架进行支护，这样循环施工到整个洞口开挖支护施工完毕，形成隧洞口结构；

7)施工隧洞口钢筋混凝土洞口护拱，洞口护拱沿隧洞轴线方向的长度一般5～10m。隧洞口钢筋混凝土洞口护拱结构刚度和强度较大，起到进一步加强隧洞口的支护安全性。

本发明的目的之二还可以通过采取如下技术方案达到：

进一步地，所述钢拱架采用型钢制作而成。一般采用槽钢，槽钢规格大小根据地质条件和隧洞开挖直径进行支护安全核算确定。钢拱架支撑长管棚，长管棚托住上部土体，联合作用，形成隧洞口开挖断面的支护结构体系，防止隧洞口周围土体坍塌失稳。

进一步地，步骤1)中对隧洞顶部和隧洞两侧软土采用水泥搅拌桩进行加固时，加固厚度不少于半个开挖洞径而且不少于3m。确保隧洞内开挖时不会发生坍塌的安全隐患，起到一定的安全土拱作用。

进一步地，进洞通道既是隧洞施工的通道，也是隧洞口与隧洞外相连接的隧洞外涵洞施工基槽。由于隧洞外地基是软土，而且通道侧面不能放坡，所以，在通道两侧设置挡土灌注桩，确保隧洞外通向隧洞口的进洞通道开挖不会影响到通道一侧山体边坡的安全。根据桩基安全需要，可在两排挡土灌注桩之间设置水平混凝土支撑和临时钢支撑，混凝土支撑为永久支撑，其位置应高于隧洞顶部，以避免影响隧洞后续的衬砌施工机械进出。隧洞直径较大时，临时钢支撑的位置常常位于隧洞直径范围(隧洞顶部以下)，一般会影响隧洞后续的衬砌施工机械进出和隧洞外涵洞施工，所以，临时钢支撑在隧洞开挖完成，隧洞衬砌施工机械进场和隧洞外涵洞上半部结构施工之前拆除。

本发明具有如下突出的有益效果：

1、本发明由于是在隧洞口的一定范围内开挖软土，采用专门的技术措施对隧洞口有限范围的软土进行加固，配合洞口进行专门的支护，从而形成安全的隧洞口结构，满足隧洞进洞施工的空间和安全要求，对隧洞周围的公路边坡及建筑不构成影响，不需要调整隧洞口位置，不需要改变隧洞路线，对电厂循环水水流路线没有影响。采用本发明，由于没有改变自然山体状态，对隧洞周围的山体和建构筑物没有影响，所以不存在需要对隧洞口周围的山体边坡进行削坡、边坡加固或建构筑物迁移等问题，从而减少工程投资，减少处理问题的影响范围和复杂性。

2、本发明不需因为地形地质因素和环境条件限制而调整隧洞口位置和隧洞路线；对隧洞周围环境没有影响，对电厂循环水系统运行没有影响；技术成熟可靠，设计和施工方便；节省投资。

附图说明

图1是本发明具体实施例1的俯视图。

图2是图1的A-A向结构剖视图。

图3是图1的B-B向结构剖视图。

图4是图1的C-C向结构剖视图。

具体实施方式

具体实施例1：

参照图1～图4，本实施例公开的电厂循环水系统的隧洞口支护结构，包括钢拱架10，所述钢拱架的上部呈弧状，在隧洞口11的顶部和两侧的附近区域各设置若干个水泥搅拌桩，形成水泥浆搅拌加固区1；在隧洞口顶部设置若干根注浆锚杆，形成洞顶注浆锚杆加固结构2；在隧洞口顶部的圆弧区域设置若干根注浆钢管，形成长管棚结构3；在隧洞口外进洞通道的两侧设置若干根挡土灌注桩，形成隧洞口外进洞通道的挡土支护4；钢拱架10、水泥浆搅拌加固区1、注浆锚杆加固结构2、长管棚结构3和挡土支护4组成一体，联合发挥作用，构成电厂循环水系统的隧洞口支护结构。

本实施例中：

在隧洞口处设置洞口护拱5。设置在隧洞口外进洞通道的挡土支护4中，在每二根灌注桩之间设置一根止水旋喷桩6。在构造隧洞口外进洞通道的挡土支护4时，两侧的挡土灌注桩通过采用临时钢支撑7进行支撑。在隧洞口外进洞通道，高于隧洞口钢拱架10顶部的位置，设置混凝土支撑8，以加强隧洞口外进洞通道两侧挡土支护4的挡土支撑。在隧洞口外进洞通道两侧挡土支护4的顶部各设置一根桩顶混凝土梁9。

本实施例的施工方法如下：

1)首先在隧洞顶部和隧洞两侧采用水泥搅拌桩进行加固，使隧洞周围形成一个硬壳层，设置若干个水泥搅拌桩，形成水泥浆搅拌加固区1；

2)采用挡土灌注桩施工隧洞口外进洞通道两侧的挡土桩基，为隧洞口外进洞通道垂直开挖形成挡土支护4，挡土灌注桩之间的间隙采用止水旋喷桩6止水；

3)在两排挡土灌注桩之间设置水平混凝土支撑8和临时钢支撑7，混凝土支撑8为永久支撑，其位置应高于隧洞顶部，以避免影响隧洞后续的衬砌施工机械进出；

4)在隧洞顶部向下放坡开挖，边开挖边采用注浆锚杆加固坡面，一直开挖施工到隧洞顶部，形成洞顶注浆锚杆加固结构2；采用注浆锚杆加固坡面，起到进一步加强开挖边坡的安全；

5)在步骤4)的基础上继续向下开挖到长管棚底部以下，然后施工长管棚，长管棚的长度穿过软土层进入硬土层内不少于3m，形成长管棚结构3，以达到加强支护隧洞周围土体的作用；

6)开始洞口开挖，边向前开挖边采用钢拱架10进行支护，这样循环施工到整个洞口开挖支护施工完毕，形成隧洞口结构；

7)施工隧洞口钢筋混凝土洞口护拱5，洞口护拱5沿隧洞轴线方向的长度一般5～10m。隧洞口钢筋混凝土洞口护拱结构刚度和强度较大，起到进一步加强隧洞口的支护安全性。

进一步地，所述钢拱架10采用型钢制作而成。一般采用槽钢，槽钢规格大小根据地质条件和隧洞开挖直径进行支护安全核算确定。钢拱架10支撑长管棚3，长管棚3托住上部土体，联合作用，形成隧洞口开挖断面的支护结构体系，防止隧洞口周围土体坍塌失稳。

进一步地，步骤1)中对隧洞顶部和隧洞两侧软土采用水泥搅拌桩进行加固时，加固厚度不少于半个开挖洞径而且不少于3m。确保隧洞内开挖时不会发生坍塌的安全隐患，起到一定的安全土拱作用。

进一步地，进洞通道既是隧洞施工的通道，也是隧洞口与隧洞外相连接的隧洞外涵洞施工基槽。由于隧洞外地基是软土，而且通道侧面不能放坡，所以，在通道两侧设置挡土灌注桩，确保隧洞外通向隧洞口的进洞通道开挖不会影响到通道一侧山体边坡的安全。根据桩基安全需要，可在两排挡土灌注桩之间设置水平混凝土支撑和临时钢支撑，混凝土支撑为永久支撑，其位置应高于隧洞顶部，以避免影响隧洞后续的衬砌施工机械进出。隧洞直径较大时，临时钢支撑的位置常常位于隧洞直径范围(隧洞顶部以下)，一般会影响隧洞后续的衬砌施工机械进出和隧洞外涵洞施工，所以，临时钢支撑在隧洞开挖完成，隧洞衬砌施工机械进场和隧洞外涵洞上半部结构施工之前拆除。

本实施例应用于某海边大型火力发电厂循环水引水隧洞出洞口，隧洞内直径6.4m，隧洞口位于海边山体县级公路下方坡脚地面以下，隧洞顶面标高-2.38m，隧洞轴线与坡面斜交，夹角32°。

隧洞出口区域地质为近期施工回填的饱和松散软粘土。在这种自然条件下，如果采用避开软粘土段调整隧洞口位置的方案，将使隧洞位置变化较大，直接影响隧洞与电厂循环水管道的连接布置，引起对水流影响、征地、投资等问题。如果采用挖除软粘土段调整隧洞口位置的方案，并使隧洞口正面坡面与隧洞轴线基本垂直，则隧洞口上方的公路将被挖掉部分，公路需要改道，而且开挖土方量较大，开挖边坡需要加固，特别是公路改道问题，协调难度和费用较大。在这种情况下，采用本发明，解决了上述问题。

具体实施例2：

本发明具体实施例2的特点是：涉及的电厂循环水系统的隧洞口支护结构中，根据隧洞口的软质土情况，省略洞口护拱5。其余结构同具体实施例1。

具体实施例3：

本发明具体实施例3的特点是：涉及的电厂循环水系统的隧洞口支护结构中，根据隧洞口外进洞通道的软质土情况，省略止水旋喷桩6。其余结构同具体实施例1。

具体实施例4：

本发明具体实施例4的特点是：涉及的电厂循环水系统的隧洞口支护结构中，根据隧洞口外进洞通道的深度和软质土情况，省略混凝土支撑8。其余结构同具体实施例1。

具体实施例5：

本发明具体实施例5的特点是：涉及的电厂循环水系统的隧洞口支护结构中，根据隧洞口外进洞通道的深度和软质土情况，省略临时钢支撑7。其余结构同具体实施例1。

具体实施例6：

本发明具体实施例5的特点是：涉及的电厂循环水系统的隧洞口支护结构中，根据隧洞口外进洞通道的深度和软质土情况，省略桩顶混凝土梁9。其余结构同具体实施例1。

从上述实施例可知，本发明的技术关键点是：

1、隧洞顶部和隧洞两侧的不少于半个开挖洞径而且不少于3m厚度的软土采用水泥搅拌桩进行加固，使隧洞周围形成一个土拱硬壳层。

2、采用长管棚来支护隧洞周围土体，长管棚的长度应穿过软土层进入硬土层不少于3m。

3、隧洞内边开挖边支护，采用钢拱架来支撑隧洞开挖面和隧洞上部的长管棚。

4、隧洞口外的通道两侧采用根据通道深度变化相应变深度的挡土灌注桩进行支护。

Claims (9)

1.一种电厂循环水系统的隧洞口支护结构，包括钢拱架(10)，所述钢拱架的上部呈弧状，其特征在于：在隧洞口(11)的顶部和两侧的附近区域各设置若干个水泥搅拌桩，形成水泥浆搅拌加固区(1)；在隧洞口顶部设置若干根注浆锚杆，形成洞顶注浆锚杆加固结构(2)；在隧洞口顶部的圆弧区域设置若干根注浆钢管，形成长管棚结构(3)；在隧洞口外进洞通道的两侧设置若干根挡土灌注桩，形成隧洞口外进洞通道的挡土支护(4)；钢拱架(10)、水泥浆搅拌加固区(1)、注浆锚杆加固结构(2)、长管棚结构(3)和挡土支护(4)组成一体，联合发挥作用，构成电厂循环水系统的隧洞口支护结构。

2.根据权利要求1所述的一种电厂循环水系统的隧洞口支护结构，其特征在于：在隧洞口处设置洞口护拱(5)。

3.根据权利要求1或2所述的一种电厂循环水系统的隧洞口支护结构，其特征在于：设置在隧洞口外进洞通道的挡土支护(4)中，在每二根挡土灌注桩之间设置一根止水旋喷桩(6)。

4.根据权利要求1或2所述的一种电厂循环水系统的隧洞口支护结构，其特征在于：在构造隧洞口外进洞通道的挡土支护(4)时，两侧的挡土灌注桩通过采用临时钢支撑(7)进行支撑。

5.根据权利要求1或2所述的一种电厂循环水系统的隧洞口支护结构，其特征在于：在隧洞口外进洞通道，高于隧洞口钢拱架(10)顶部的位置，设置混凝土支撑(8)，以加强隧洞口外进洞通道两侧挡土支护(4)的挡土支撑。

6.根据权利要求1或2所述的一种电厂循环水系统的隧洞口支护结构，其特征在于：在隧洞口外进洞通道两侧挡土支护(4)的顶部各设置一根桩顶混凝土梁(9)。

7.一种电厂循环水系统隧洞口支护结构的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

1)首先在隧洞顶部和隧洞两侧采用水泥搅拌桩进行加固，使隧洞周围形成一个硬壳层，设置若干个水泥搅拌桩，形成水泥浆搅拌加固区(1)；

2)采用挡土灌注桩施工隧洞口外进洞通道两侧的挡土桩基，为隧洞口外进洞通道垂直开挖形成挡土支护(4)，挡土灌注桩之间的间隙采用止水旋喷桩(6)止水；

3)在两排挡土灌注桩之间设置水平混凝土支撑(8)和临时钢支撑(7)，混凝土支撑(8)为永久支撑，其位置应高于隧洞顶部，以避免影响隧洞后续的衬砌施工机械进出；

4)在隧洞顶部向下放坡开挖，边开挖边采用注浆锚杆加固坡面，一直开挖施工到隧洞顶部，形成洞顶注浆锚杆加固结构(2)；采用注浆锚杆加固坡面，起到进一步加强开挖边坡的安全；

5)在步骤4)的基础上继续向下开挖到长管棚底部以下，然后施工长管棚，长管棚的长度穿过软土层进入硬土层内不少于3m，形成长管棚结构(3)，以达到加强支护隧洞周围土体的作用；

6)开始洞口开挖，边向前开挖边采用钢拱架(10)进行支护，这样循环施工到整个洞口开挖支护施工完毕，形成隧洞口结构；

7)施工隧洞口钢筋混凝土洞口护拱(5)，洞口护拱(5)沿隧洞轴线方向的长度一般5-10m，隧洞口钢筋混凝土洞口护拱结构刚度和强度较大，起到进一步加强隧洞口的支护安全性。

8.根据权利要求7所述的一种电厂循环水系统隧洞口支护结构的施工方法，其特征在于：所述钢拱架(10)采用型钢制作而成。

9.根据权利要求7所述的一种电厂循环水系统隧洞口支护结构的施工方法，其特征在于：步骤1)中对隧洞顶部和隧洞两侧软土采用水泥搅拌桩进行加固时，加固厚度不少于半个开挖洞径而且不少于3m。