6.5　隧洞结构设计

6.5.1　喷锚支护设计

隧洞喷锚支护是永久结构的一部分，根据地质情况不同，在洞周一定范围中打系统锚杆并挂网喷射混凝土或采用钢纤维喷射混凝土，使洞体围岩形成一个承载圈。穿黄隧洞喷锚支护设计主要根据国内外工程类比和参考国内外围岩分类、统计、分析、计算等，采用以下支护型式，各种支护型式及应用范围见表6-8。

Ⅱ～Ⅲ类围岩:主要位于平洞段、竖井下部及斜井下段，在隧洞顶拱180°范围挂网喷射混凝土10cm，并在顶拱180°范围内布设22锚杆，锚杆长2.5m，间排距1.25m×1.25m。

Ⅳ类围岩:主要位于竖井、斜井中上段及小断层带。为加快喷锚支护的施工进度，尽早发挥初期支护的承载作用，此段采用全断面喷射钢纤维混凝土15cm并布设22锚杆，锚杆长3m，间排距1.25m×1.25m，钢纤维掺量为每立方米喷射混凝土中掺入钢纤维35kg。为进一步提高围岩稳定性，必要时布设I10钢支撑，每榀间距1m。

Ⅴ类围岩:主要位于斜井洞口段及f3、f4、f6、f12断层处，是加固的重点部位。在进行一次支护前首先对断层进行处理，采用28斜向长锚杆，长5m，间距1m;然后采用全断面喷射钢纤维混凝土20cm并布设22锚杆，锚杆长3.0m，间排距1m×1m，钢纤维掺量为每立方米喷射混凝土中掺入钢纤维35kg。为确保围岩稳定，布设I12.6钢支撑，每榀间距1m，并与锚杆焊接。

6.5.2　混凝土衬砌型式

在三维有限元分析得出结果的基础上，并考虑围岩地质情况，采用的混凝土衬砌基本型式有4种，各种型式的配筋及应用范围见表6-9。

各段的设计截面如图6-6和图6-7所示。

6.5.3　隧洞衬砌的分缝和防渗止水设计

隧洞衬砌的结构分缝:隧洞每8～10m设一环向伸缩缝，在地质条件明显变化处(较大断层、软弱破碎带等部位)设置环向变形缝，以减少温度应力和不均匀沉陷对混凝土衬砌产生的不利影响。

防渗止水设计:隧洞的环向伸缩缝和变形缝内设651型橡胶止水带，缝内填充聚乙烯闭孔泡沫板。

6.5.4　灌浆设计

为使混凝土衬砌与喷射混凝土或围岩之间充填密实及加固围岩，充分发挥围岩的承载作用，改善衬砌的受力条件，在衬砌完成后，进行洞内回填灌浆和固结灌浆。

回填灌浆孔排距:平洞段为4.0m，斜井段为3.0m，交替布置。灌浆孔深入围岩10cm，灌浆压力一般为0.2～0.4MPa。

固结灌浆排距:平洞段为4.0m，斜井段为3.0m，对称布置。为避免钻孔超出阻水帷幕而产生涌水，确定固结灌浆孔深为3.0m。灌浆压力采用1.5～2.0倍外水头。

6.5.5　水仓水泵房设计及封堵

6.5.5.1　水仓水泵房设计

水仓水泵房是隧洞施工期间最主要的排水措施，其任务是排除洞内涌水、渗漏水及生产用水。它的位置选择要求设置高程为全洞中最低点，在隧洞进入黄河底部以前尽快形成生产能力，根据探洞揭示的地质情况，将水仓水泵房选在斜井与平洞交接处，与主洞轴线垂直。

在探洞施工中，已建一个宽×高为4.5m×6.5m，长33.50m城门洞型的水仓。此水仓位置距f14断层较近，受断层影响，围岩力学指标有所下降，若大洞的泵房在原探洞泵房的基础向下开挖6.04m，将形成高达12.54m的高边墙。且从探洞施工期间平洞段实测的地应力结果分析，最大主应力为7～8MPa，其方向与水仓水泵房的边墙垂直，对边墙的稳定极为不利。

为避免上述问题，大洞开挖时，选择在原探洞水仓水泵房对面、隧洞底部开挖一个宽4.0m、高4.5m，长10m呈城门洞型的新水仓。水仓底高程低于隧洞开挖底高程2.5m，水仓容积100m3，水泵等抽水设备可放于原探洞水仓房内，原水仓水泵房应进行部分封堵，仅留出水仓水泵房的一部分安放水泵及储水，承担整个平洞段的排水任务。

新水仓顶部和边墙采用锚杆和喷射8cm厚的钢纤维混凝土进行支护，工程完工后再用混凝土封堵。

6.5.5.2　水仓水泵房及支探洞封堵

原探洞水仓水泵房采用预埋块石灌浆与素混凝土回填相结合的方式进行封堵，素混凝土回填顶部需进行回填灌浆处理。

新建水仓采用素混凝土回填的方式进行封堵，素混凝土回填顶部需进行回填灌浆处理。

在穿黄探洞应急加固工程实施期间采用块石灌浆回填方法已对两条支探洞各封堵了40m，剩余10m均采用素混凝土回填封堵并在顶部进行回填灌浆。