一種電廠循環水系統隧洞口的支護結構及施工方法
2023-10-17 17:23:19 1
一種電廠循環水系統隧洞口的支護結構及施工方法
【專利摘要】本發明涉及一種電廠循環水系統隧洞口支護結構及施工方法，包括鋼拱架，所述鋼拱架的一部呈弧狀，其特徵在於：在隧洞口的頂部和兩側的附近區域各設置若干個水泥攪拌樁，形成水泥漿攪拌加固區；在隧洞口頂部設置若干條注漿錨杆，形成洞頂注漿錨杆加固結構；在隧洞口頂部的圓弧區域處設置若干條長管，形成長管棚結構；在隧洞口外進洞通道的兩側設置若干條擋土灌注樁，形成隧洞口外進洞通道的擋土支護；通過混凝土將鋼拱架、水泥漿攪拌加固區、注漿錨杆加固結構、長管棚結構和擋土支護連接為一體，構成電廠循環水系統的隧洞口支護結構。本發明在隧洞口的一定範圍內開挖軟土，採用專門的技術措施對隧洞口有限範圍的軟土進行加固，形成安全的隧洞口結構，不需要調整隧洞口位置，不需要改變隧洞路線，具有工程投資少、設計和施工方便等特點。
【專利說明】一種電廠循環水系統隧洞口的支護結構及施工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電廠循環水系統隧洞口支護結構及施工方法，適用於沿海火力發電廠或核電廠的循環水系統。屬於電廠循環水系統【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，在沿海火力發電廠或核電廠工程中，循環水系統一般採用直流供水系統，SP在海域取水，經過電廠冷熱能量交換循環後，再排放回海域。由於廠址地形地質條件的特點，以及考慮技術和經濟條件等因素，不少電廠工程的循環水取水或排水通道需要採用穿越山體內的隧洞來實現。
[0003]電廠循環水系統取、排水隧洞由於採用自流方式取排水的需要，隧洞標高一般均位於海(河)水面以下，相應地，此時的地下隧洞位於地下水位以下。由於受到電廠廠區循環水系統管道路線布置要求和地形地質條件的限制，有時隧洞口需要布置在如淤泥質土、鬆散回填土等軟土地基地質條件較差的地方，而且隧洞軸線與洞口山坡坡面不是正交而是斜交。在這種自然條件下，隧洞口將處於地下水豐富、地質條件差、受隧洞口周圍邊坡影響大的複雜環境條件。
[0004]一般情況下，為了隧洞口的結構安全和方便進行洞口支護加固，要求隧洞軸線與隧洞口山坡坡面基本垂直。為了減少隧洞口臨時加固投資，隧洞口位置都儘量選擇在地質條件較好的地方。如果遇到淤泥質土、鬆散回填土等軟土地基，而且隧洞軸線與隧洞口山坡坡面斜交，這種地形地質條件由於存在坍塌安全問題無法直接作為隧洞口進行施工，通常情況下有兩種處理技術方案:一是，採用避開軟土地段，調整隧洞口位置，甚至調整隧洞路線，將隧洞口放置在地質條件較好的位置，而且隧洞軸線與洞口山坡坡面基本正交，並開挖出與隧洞軸線相垂直的隧洞口正立面。採用這種處理方案優點是直接避開軟土地段，技術簡單。缺點是，必須是現場地形、地質、周邊環境和工程條件允許，如果有較多的限制條件，則可能會引起較大的社會、工程影響或甚至明顯增加工程造價。二是，將軟土土體挖除，然後就地調整隧洞口位置，將隧洞口放置在地質條件較好的位置，而且開挖形成隧洞口山坡坡面與隧洞軸線正交。這種處理技術方案優點是不需要或僅是局部調整隧洞路線，軟土土方開挖技術簡單。缺點是在某些現場情況下，軟土土體挖除後，會引起山體邊坡穩定問題，需要進行山體削坡開挖處理，進行邊坡加固，甚至引起邊坡上方的公路需要改道，建構築物遷移賠償等問題，處理這些問題的難度有時會非常大，費用可能會非常高。
[0005]在電廠工程中，由於受到電廠循環水系統布置的要求和周圍環境限制，在取排水隧洞路線和洞口位置不可能改變情況下，鑑於採用上述常用的技術方案存在的缺點，現提出一種新的技術方案，即一種電廠循環水系統隧洞口支護結構。
【發明內容】
[0006]本發明的目的之一，是為了克服目前軟土地基隧洞口常採用的避開軟土地段調整隧洞口位置方案存在工程投資大、增加徵地面積、增加電廠運行費用等缺陷，或挖除軟土土體調整隧洞口位置方案存在洞口邊坡上方公路改道或建構築物遷移處理難度大和費用高等缺點，提出一種電廠循環水系統隧洞口支護結構，具有投資較省、施工方便、對隧洞周圍邊坡、建構築物和環境沒有影響等特點。
[0007]本發明的目的之二，是為了提供一種電廠循環水系統隧洞口支護結構的施工方法。
[0008]本發明的目的之一可以通過採取如下技術方案達到:
[0009]一種電廠循環水系統的隧洞口支護結構，包括鋼拱架，所述鋼拱架的上部呈弧狀，其結構特點在於:在隧洞口的頂部和兩側的附近區域各設置若干個水泥攪拌樁，形成水泥漿攪拌加固區；在隧洞口頂部設置若干根注漿錨杆，形成洞頂注漿錨杆加固結構；在隧洞口頂部的圓弧區域設置若干根注漿鋼管，形成長管棚結構；在隧洞口外進洞通道的兩側設置若干根擋土灌注樁，形成隧洞口外進洞通道的擋土支護；鋼拱架、水泥漿攪拌加固區、注漿錨杆加固結構、長管棚結構和 擋土支護組成一體，聯合發揮作用，構成電廠循環水系統的隧洞口支護結構。
[0010]本發明的目的之一還可以通過採取如下技術方案達到:
[0011 ] 進一步地，在隧洞口處可以設置洞口護拱。
[0012]進一步地，設置在隧洞口外進洞通道的擋土支護中，可以在每二根灌注樁之間設置一根止水旋噴樁。
[0013]進一步地，在構造隧洞口外進洞通道的擋土支護時，兩側的擋土灌注樁可以通過採用臨時鋼支撐進行支撐。
[0014]進一步地，在隧洞口外進洞通道，高於隧洞口鋼拱架頂部的位置，可以設置混凝土支撐，以加強隧洞口外進洞通道兩側擋土支護的擋土支撐。
[0015]進一步地，在隧洞口外進洞通道兩側擋土支護的頂部可以各設置一根樁頂混凝土M
ο
[0016]本發明的目的之二可以通過採取如下技術方案達到:
[0017]一種電廠循環水系統隧洞口支護結構的施工方法，其特徵在於包括如下步驟:
[0018]I)首先在隧洞頂部和隧洞兩側採用水泥攪拌樁進行加固，使隧洞周圍形成一個硬殼層，設置若干個水泥攪拌樁，形成水泥漿攪拌加固區；
[0019]2)採用擋土灌注樁施工隧洞口外進洞通道兩側的擋土樁基，為隧洞口外進洞通道垂直開挖形成擋土支護，擋土灌注樁之間的間隙採用止水旋噴樁止水；
[0020]3)在兩排擋土灌注樁之間設置水平混凝土支撐和臨時鋼支撐，混凝土支撐為永久支撐，其位置應高於隧洞頂部，以避免影響隧洞後續的襯砌施工機械進出；
[0021]4)在隧洞頂部向下放坡開挖，邊開挖邊採用注漿錨杆加固坡面，一直開挖施工到隧洞頂部，形成洞頂注漿錨杆加固結構；採用注漿錨杆加固坡面，起到進一步加強開挖邊坡的安全；
[0022]5)在步驟4)的基礎上繼續向下開挖到長管棚底部以下，然後施工長管棚，長管棚的長度穿過軟土層進入硬土層內不少於3m，形成長管棚結構，以達到加強支護隧洞周圍土體的作用；
[0023]6)開始洞口開挖，邊向前開挖邊採用鋼拱架進行支護，這樣循環施工到整個洞口開挖支護施工完畢，形成隧洞口結構；[0024]7)施工隧洞口鋼筋混凝土洞口護拱，洞口護拱沿隧洞軸線方向的長度一般5?IOm0隧洞口鋼筋混凝土洞口護拱結構剛度和強度較大，起到進一步加強隧洞口的支護安全性。
[0025]本發明的目的之二還可以通過採取如下技術方案達到:
[0026]進一步地，所述鋼拱架採用型鋼製作而成。一般採用槽鋼，槽鋼規格大小根據地質條件和隧洞開挖直徑進行支護安全核算確定。鋼拱架支撐長管棚，長管棚託住上部土體，聯合作用，形成隧洞口開挖斷面的支護結構體系，防止隧洞口周圍土體坍塌失穩。
[0027]進一步地，步驟I)中對隧洞頂部和隧洞兩側軟土採用水泥攪拌樁進行加固時，力口固厚度不少於半個開挖洞徑而且不少於3m。確保隧洞內開挖時不會發生坍塌的安全隱患，起到一定的安全土拱作用。
[0028]進一步地，進洞通道既是隧洞施工的通道，也是隧洞口與隧洞外相連接的隧洞外涵洞施工基槽。由於隧洞外地基是軟土，而且通道側面不能放坡，所以，在通道兩側設置擋土灌注樁，確保隧洞外通向隧洞口的進洞通道開挖不會影響到通道一側山體邊坡的安全。根據樁基安全需要，可在兩排擋土灌注樁之間設置水平混凝土支撐和臨時鋼支撐，混凝土支撐為永久支撐，其位置應高於隧洞頂部，以避免影響隧洞後續的襯砌施工機械進出。隧洞直徑較大時，臨時鋼支撐的位置常常位於隧洞直徑範圍(隧洞頂部以下)，一般會影響隧洞後續的襯砌施工機械進出和隧洞外涵洞施工，所以，臨時鋼支撐在隧洞開挖完成，隧洞襯砌施工機械進場和隧洞外涵洞上半部結構施工之前拆除。
[0029]本發明具有如下突出的有益效果:
[0030]1、本發明由於是在隧洞口的一定範圍內開挖軟土，採用專門的技術措施對隧洞口有限範圍的軟土進行加固，配合洞口進行專門的支護，從而形成安全的隧洞口結構，滿足隧洞進洞施工的空間和安全要求，對隧洞周圍的公路邊坡及建築不構成影響，不需要調整隧洞口位置，不需要改變隧洞路線，對電廠循環水水流路線沒有影響。採用本發明，由於沒有改變自然山體狀態，對隧洞周圍的山體和建構築物沒有影響，所以不存在需要對隧洞口周圍的山體邊坡進行削坡、邊坡加固或建構築物遷移等問題，從而減少工程投資，減少處理問題的影響範圍和複雜性。
[0031]2、本發明不需因為地形地質因素和環境條件限制而調整隧洞口位置和隧洞路線；對隧洞周圍環境沒有影響，對電廠循環水系統運行沒有影響；技術成熟可靠，設計和施工方便；節省投資。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1是本發明具體實施例1的俯視圖。
[0033]圖2是圖1的A-A向結構剖視圖。
[0034]圖3是圖1的B-B向結構剖視圖。
[0035]圖4是圖1的C-C向結構剖視圖。
【具體實施方式】
[0036]具體實施例1:
[0037]參照圖1?圖4，本實施例公開的電廠循環水系統的隧洞口支護結構，包括鋼拱架10，所述鋼拱架的上部呈弧狀，在隧洞口 11的頂部和兩側的附近區域各設置若干個水泥攪拌樁，形成水泥漿攪拌加固區I;在隧洞口頂部設置若干根注漿錨杆，形成洞頂注漿錨杆加固結構2 ;在隧洞口頂部的圓弧區域設置若干根注漿鋼管，形成長管棚結構3 ;在隧洞口外進洞通道的兩側設置若干根擋土灌注樁，形成隧洞口外進洞通道的擋土支護4 ;鋼拱架10、水泥漿攪拌加固區1、注漿錨杆加固結構2、長管棚結構3和擋土支護4組成一體，聯合發揮作用，構成電廠循環水系統的隧洞口支護結構。
[0038]本實施例中:
[0039]在隧洞口處設置洞口護拱5。設置在隧洞口外進洞通道的擋土支護4中，在每二根灌注樁之間設置一根止水旋噴樁6。在構造隧洞口外進洞通道的擋土支護4時，兩側的擋土灌注樁通過採用臨時鋼支撐7進行支撐。在隧洞口外進洞通道，高於隧洞口鋼拱架10頂部的位置，設置混凝土支撐8，以加強隧洞口外進洞通道兩側擋土支護4的擋土支撐。在隧洞口外進洞通道兩側擋土支護4的頂部各設置一根樁頂混凝土梁9。
[0040]本實施例的施工方法如下:
[0041]I)首先在隧洞頂部和隧洞兩側採用水泥攪拌樁進行加固，使隧洞周圍形成一個硬殼層，設置若干個水泥攪拌樁，形成水泥漿攪拌加固區I;
[0042]2)採用擋土灌注樁施工隧洞口外進洞通道兩側的擋土樁基，為隧洞口外進洞通道垂直開挖形成擋土支護4，擋土灌注樁之間的間隙採用止水旋噴樁6止水；
[0043]3)在兩排擋土灌注樁之間設置水平混凝土支撐8和臨時鋼支撐7，混凝土支撐8為永久支撐，其位置應高於隧洞頂部，以避免影響隧洞後續的襯砌施工機械進出；
[0044]4)在隧洞頂部向下放坡開挖，邊開挖邊採用注漿錨杆加固坡面，一直開挖施工到隧洞頂部，形成洞頂注漿錨杆加固結構2 ;採用注漿錨杆加固坡面，起到進一步加強開挖邊坡的安全；
[0045]5)在步驟4)的基礎上繼續向下開挖到長管棚底部以下，然後施工長管棚，長管棚的長度穿過軟土層進入硬土層內不少於3m，形成長管棚結構3，以達到加強支護隧洞周圍土體的作用；
[0046]6)開始洞口開挖，邊向前開挖邊採用鋼拱架10進行支護，這樣循環施工到整個洞口開挖支護施工完畢，形成隧洞口結構；
[0047]7)施工隧洞口鋼筋混凝土洞口護拱5，洞口護拱5沿隧洞軸線方向的長度一般5?10m。隧洞口鋼筋混凝土洞口護拱結構剛度和強度較大，起到進一步加強隧洞口的支護安全性。
[0048]進一步地，所述鋼拱架10採用型鋼製作而成。一般採用槽鋼，槽鋼規格大小根據地質條件和隧洞開挖直徑進行支護安全核算確定。鋼拱架10支撐長管棚3，長管棚3託住上部土體，聯合作用，形成隧洞口開挖斷面的支護結構體系，防止隧洞口周圍土體坍塌失穩。
[0049]進一步地，步驟I)中對隧洞頂部和隧洞兩側軟土採用水泥攪拌樁進行加固時，力口固厚度不少於半個開挖洞徑而且不少於3m。確保隧洞內開挖時不會發生坍塌的安全隱患，起到一定的安全土拱作用。
[0050]進一步地，進洞通道既是隧洞施工的通道，也是隧洞口與隧洞外相連接的隧洞外涵洞施工基槽。由於隧洞外地基是軟土，而且通道側面不能放坡，所以，在通道兩側設置擋土灌注樁，確保隧洞外通向隧洞口的進洞通道開挖不會影響到通道一側山體邊坡的安全。根據樁基安全需要，可在兩排擋土灌注樁之間設置水平混凝土支撐和臨時鋼支撐，混凝土支撐為永久支撐，其位置應高於隧洞頂部，以避免影響隧洞後續的襯砌施工機械進出。隧洞直徑較大時，臨時鋼支撐的位置常常位於隧洞直徑範圍(隧洞頂部以下)，一般會影響隧洞後續的襯砌施工機械進出和隧洞外涵洞施工，所以，臨時鋼支撐在隧洞開挖完成，隧洞襯砌施工機械進場和隧洞外涵洞上半部結構施工之前拆除。
[0051]本實施例應用於某海邊大型火力發電廠循環水引水隧洞出洞口，隧洞內直徑
6.4m,隧洞口位於海邊山體縣級公路下方坡腳地面以下，隧洞頂面標高-2.38m,隧洞軸線與坡面斜交，夾角32°。
[0052]隧洞出口區域地質為近期施工回填的飽和鬆散軟粘土。在這種自然條件下，如果採用避開軟粘土段調整隧洞口位置的方案，將使隧洞位置變化較大，直接影響隧洞與電廠循環水管道的連接布置，引起對水流影響、徵地、投資等問題。如果採用挖除軟粘土段調整隧洞口位置的方案，並使隧洞口正面坡面與隧洞軸線基本垂直，則隧洞口上方的公路將被挖掉部分，公路需要改道，而且開挖土方量較大，開挖邊坡需要加固，特別是公路改道問題，協調難度和費用較大。在這種情況下，採用本發明，解決了上述問題。
[0053]具體實施例2:
[0054]本發明具體實施例2的特點是:涉及的電廠循環水系統的隧洞口支護結構中，根據隧洞口的軟質土情況，省略洞口護拱5。其餘結構同具體實施例1。
[0055]具體實施例3:
[0056]本發明具體實施例3的特點是:涉及的電廠循環水系統的隧洞口支護結構中，根據隧洞口外進洞通道的軟質土情況，省略止水旋噴樁6。其餘結構同具體實施例1。
[0057]具體實施例4:
[0058]本發明具體實施例4的特點是:涉及的電廠循環水系統的隧洞口支護結構中，根據隧洞口外進洞通道的深度和軟質土情況，省略混凝土支撐8。其餘結構同具體實施例1。
[0059]具體實施例5:
[0060]本發明具體實施例5的特點是:涉及的電廠循環水系統的隧洞口支護結構中，根據隧洞口外進洞通道的深度和軟質土情況，省略臨時鋼支撐7。其餘結構同具體實施例1。
[0061]具體實施例6:
[0062]本發明具體實施例5的特點是:涉及的電廠循環水系統的隧洞口支護結構中，根據隧洞口外進洞通道的深度和軟質土情況，省略樁頂混凝土梁9。其餘結構同具體實施例1o
[0063]從上述實施例可知，本發明的技術關鍵點是:
[0064]1、隧洞頂部和隧洞兩側的不少於半個開挖洞徑而且不少於3m厚度的軟土採用水泥攪拌樁進行加固，使隧洞周圍形成一個土拱硬殼層。
[0065]2、採用長管棚來支護隧洞周圍土體，長管棚的長度應穿過軟土層進入硬土層不少於3m。
[0066]3、隧洞內邊開挖邊支護，採用鋼拱架來支撐隧洞開挖面和隧洞上部的長管棚。
[0067]4、隧洞口外的通道兩側採用根據通道深度變化相應變深度的擋土灌注樁進行支護。
【權利要求】
1.一種電廠循環水系統的隧洞口支護結構，包括鋼拱架(10)，所述鋼拱架的上部呈弧狀，其特徵在於:在隧洞口(11)的頂部和兩側的附近區域各設置若干個水泥攪拌樁，形成水泥漿攪拌加固區(I);在隧洞口頂部設置若干根注漿錨杆，形成洞頂注漿錨杆加固結構(2);在隧洞口頂部的圓弧區域設置若干根注漿鋼管，形成長管棚結構(3);在隧洞口外進洞通道的兩側設置若干根擋土灌注樁，形成隧洞口外進洞通道的擋土支護(4);鋼拱架(10)、水泥漿攪拌加固區(I)、注漿錨杆加固結構(2)、長管棚結構(3)和擋土支護(4)組成一體，聯合發揮作用，構成電廠循環水系統的隧洞口支護結構。
2.根據權利要求1所述的一種電廠循環水系統的隧洞口支護結構，其特徵在於:在隧洞口處設置洞口護拱(5)。
3.根據權利要求1或2所述的一種電廠循環水系統的隧洞口支護結構，其特徵在於:設置在隧洞口外進洞通道的擋土支護(4)中，在每二根灌注樁之間設置一根止水旋噴樁(6)。
4.根據權利要求1或2所述的一種電廠循環水系統的隧洞口支護結構，其特徵在於:在構造隧洞口外進洞通道的擋土支護(4)時，兩側的擋土灌注樁通過採用臨時鋼支撐(7)進行支撐。
5.根據權利要求1或2所述的一種電廠循環水系統的隧洞口支護結構，其特徵在於:在隧洞口外進洞通道，高於隧洞口鋼拱架(10)頂部的位置，設置混凝土支撐(8)，以加強隧洞口外進洞通道兩側擋土支護(4)的擋土支撐。
6.根據權利要求1或2所述的一種電廠循環水系統的隧洞口支護結構，其特徵在於:在隧洞口外進洞通道兩側擋土支護(4)的頂部各設置一根樁頂混凝土梁(9)。
7.一種電廠循環水系統隧洞口支護結構的施工方法，其特徵在於包括如下步驟: 1)首先在隧洞頂部和隧洞兩側採用水泥攪拌樁進行加固，使隧洞周圍形成一個硬殼層，設置若干個水泥攪拌樁，形成水泥漿攪拌加固區(I); 2)採用擋土灌注樁施工隧洞口外進洞通道兩側的擋土樁基，為隧洞口外進洞通道垂直開挖形成擋土支護(4)，擋土灌注樁之間的間隙採用止水旋噴樁(6)止水； 3)在兩排擋土灌注樁之間設置水平混凝土支撐(8)和臨時鋼支撐(7)，混凝土支撐(8)為永久支撐，其位置應高於隧洞頂部，以避免影響隧洞後續的襯砌施工機械進出； 4)在隧洞頂部向下放坡開挖，邊開挖邊採用注漿錨杆加固坡面，一直開挖施工到隧洞頂部，形成洞頂注漿錨杆加固結構(2);採用注漿錨杆加固坡面，起到進一步加強開挖邊坡的安全； 5)在步驟4)的基礎上繼續向下開挖到長管棚底部以下，然後施工長管棚，長管棚的長度穿過軟土層進入硬土層內不少於3m，形成長管棚結構(3)，以達到加強支護隧洞周圍土體的作用； 6)開始洞口開挖，邊向前開挖邊採用鋼拱架(10)進行支護，這樣循環施工到整個洞口開挖支護施工完畢，形成隧洞口結構； 7)施工隧洞口鋼筋混凝土洞口護拱(5)，洞口護拱(5)沿隧洞軸線方向的長度一般5-10m。隧洞口鋼筋混凝土洞口護拱結構剛度和強度較大，起到進一步加強隧洞口的支護安全性。
8.根據權利要求7所述的一種電廠循環水系統隧洞口支護結構的施工方法，其特徵在於:所述鋼拱架(10)採用型鋼製作而成。
9.根據權利要求7所述的一種電廠循環水系統隧洞口支護結構的施工方法，其特徵在於:步驟I)中對隧洞頂部和隧洞兩側軟土採用水泥攪拌樁進行加固時，加固厚度不少於半個開挖洞徑而且不少於3m 。
【文檔編號】E21D9/14GK103967504SQ201410217042
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月21日 優先權日:2014年5月21日
【發明者】廖澤球, 盧欽先, 湯東升, 任灝, 李樂, 徐榮彬, 何小華, 王曉村, 李維文 申請人:中國能源建設集團廣東省電力設計研究院