巖溶峽谷區(qū)深埋隧洞快速施工關(guān)鍵技術(shù)

王學軍

(中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西 太原 030024)

巖溶峽谷區(qū)深埋隧洞快速施工關(guān)鍵技術(shù)

王學軍

(中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西 太原 030024)

水利工程改造要考慮區(qū)域地質(zhì)條件，巖溶峽谷區(qū)地質(zhì)環(huán)境特殊，現(xiàn)場施工要結(jié)合區(qū)域地質(zhì)實況進行改造，才能實現(xiàn)水利空間結(jié)構(gòu)綜合化改造。本文結(jié)合貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程北干渠2標水打橋深埋特長隧洞工程案例，分析了巖溶峽谷區(qū)深埋隧洞快速施工技術(shù)，提出切實可行的施工改造方案。

巖溶峽谷；深埋隧洞；施工；技術(shù)

水利工程改造實現(xiàn)了空間資源綜合化利用，按照區(qū)域結(jié)構(gòu)標準及改造要求展開施工。巖溶峽谷區(qū)地質(zhì)環(huán)境特殊，水利工程改造要考慮地質(zhì)結(jié)構(gòu)規(guī)律，從安全角度制定可行的施工方案，對項目規(guī)劃與施工進行優(yōu)化改造。

1 工程概述

貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程包括水源工程、畢節(jié)供水工程、灌區(qū)骨干輸水工程3大部分。水庫壩址位于七星關(guān)區(qū)與納雍縣界河六沖河中游潘家?guī)r處。壩址距離畢節(jié)市城區(qū)約50 km，壩址下游約2 km有211省道通過，對外交通條件優(yōu)越。工程設(shè)計灌溉面積為6.0萬hm2，總供水人口267萬人，多年平均發(fā)電量2.2億kW·h。灌區(qū)骨干輸水工程由總干渠、北干渠、南干渠、金遵干渠、黔西分干渠、金沙分干渠、供水管線、支渠以及灌區(qū)骨干泵站等組成。水打橋深埋特長隧洞屬于灌區(qū)骨干輸水工程中的北干渠部分，隧道(K0+000～K20+360)全長20.36 km，北干渠2標承擔隧洞出口段施工，主要內(nèi)容包括：水打橋隧洞出口段10.06 km(K10+300～K20+360)、4#支洞1150 m、5#支洞662 m、6#支洞501 m。

2 工程重點、難點、特點的認識

本標段工程主要包括水打橋隧洞、施工支洞等，以隧洞施工為主，項目比較單一。隧洞圍巖以Ⅲ、Ⅳ類圍巖為主，Ⅲ類圍巖占38%，Ⅳ類圍巖占34%，Ⅴ類圍巖占28%，如表1。圍巖主要為砂質(zhì)泥巖、灰?guī)r、泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖、溶塌角礫巖等，節(jié)理裂隙發(fā)育、局部巖溶發(fā)育，且與F106斷層平面交叉，受其影響沿線形成多條牽引式小斷層，分別為F106-1、F106-2、F106-3、F106-4、F106-5，形成不良地質(zhì)洞段，斷層巖體破碎，受斷層影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，開挖后圍巖穩(wěn)定性較差，且有發(fā)生突泥、突水可能，安全風險大[1]。

表1 北干渠2標水打橋隧洞出口段長度及支洞圍巖分類情況表 m

3 巖溶峽谷區(qū)深埋隧洞快速施工要點

隧洞通過巖溶地區(qū)時，采用綜合超前地質(zhì)預(yù)報，探明溶洞的分布范圍、類型、規(guī)模、發(fā)育程度、填充物、地下水的情況(有無長期補給來源、雨季水量有無增長等)及巖層的穩(wěn)定程度等，按照“以疏為主、堵排結(jié)合、因地制宜、綜合治理”的原則分別以“疏導(dǎo)、堵填、注漿加固、跨越、繞避、宣泄”等措施進行處理。根據(jù)鉆探等地質(zhì)綜合勘察分析，巖溶主要表現(xiàn)為巖溶裂隙或局部較小的溶洞，因此，處理巖溶的主要工程措施為注漿堵水和巖溶空洞的回填[2]。對于開挖面前方的巖溶空洞，必須提前進行壓漿充填；實施超前探水，根據(jù)預(yù)報的情況在必要時實施徑向注漿；對充填比較密實的溶澗，采用超前小導(dǎo)管預(yù)支護的方式，臺階法施工；做好反坡排水以及突水突泥預(yù)案及相應(yīng)的應(yīng)急措施，以策安全；對于大廳式溶洞及大型溶洞應(yīng)及時通知，進行有針對性的設(shè)計及施工。本標段隧洞穿越地層主要為三疊紀中、下統(tǒng)地層，洞線與巖層走向夾角 5°～30°，沿線地層分布情況見表2。

表2 北干渠2標段沿線主要分布地層巖性表

4 巖溶峽谷區(qū)深埋隧洞快速施工技術(shù)

4.1 結(jié)構(gòu)布置型式

水打橋隧洞為無壓流隧洞，隧洞進口接總干渠末分水閘，出口接白甫河倒虹管，隧洞設(shè)計流量Q=31 m3/s，加大流量Q=34.61 m3/s，隧洞斷面型式采用圓形，襯砌后凈空半徑r=2.7 m，施工水深h=3.998 m，加大水深h=4.356 m。Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖全斷面C25鋼筋混凝土襯砌，厚度分別為 0.4 m、0.4 m、0.5 m，高外水壓力洞段(K10+300～K11+475)Ⅳ、Ⅴ類圍巖襯砌厚度分別為 0.5 m、0.8 m。

隧洞洞身段巖體主要處在T1yn1，T1yn3、T1y3隔水層及T1yn1強透水層分界線附近，T1yn4溶塌角礫巖以及T2g1泥質(zhì)白云巖地層等，隧洞洞身巖體大部分處在新鮮巖體內(nèi)，部分地層受斷裂帶影響。隧洞位于地下水以下，因洞身段為強巖溶地層，地表巖溶洼地、落水洞呈串珠狀分布，推測存在2條暗河和2條較大的巖溶管道系統(tǒng)，隧洞受巖溶影響較大，可能出現(xiàn)涌水、涌泥等地質(zhì)現(xiàn)象[3]。

4.2 一次支護施工

Ⅲ類圍巖洞段采用隨機錨桿+噴混凝土作臨時支護，C25隨機錨桿長3 m，上部180°范圍內(nèi)噴C20混凝土，厚度6 cm；對Ⅳ類圍巖洞段采用系統(tǒng)錨桿掛網(wǎng)噴C20混凝土作臨時支護， 噴C20混凝土厚6 cm，C25系統(tǒng)錨桿間排距1.5 m，根長3.0 m，φ8掛網(wǎng)鋼筋(網(wǎng)格尺寸25 cm×25 cm),考慮50%洞段采用鋼支撐(22號輕軌)，間距1.0 m；對Ⅴ類圍巖洞段采用鋼支撐(22號輕軌)加系統(tǒng)錨桿掛網(wǎng)噴C20混凝土作臨時支護，鋼支撐間距0.5 m，噴C20混凝土厚10 cm，C25系統(tǒng)錨桿間排距1.5 m，根長3.0 m，φ8掛網(wǎng)鋼筋(網(wǎng)格尺寸25 cm×25 cm)；對50%的洞段采用φ32超前錨桿進行支護,錨桿根長4.5 m，頂部120°范圍設(shè)置，間距0.5 m。

4.3 邊坡處理措施

隧洞出口地形坡度 25°～30°左右， 覆蓋層為殘坡積黏土夾碎石， 厚0～1.0 m,下伏基巖為T1yn4中至厚層溶塌角礫巖、泥質(zhì)白云巖。為逆向坡，傾角17°，屬穩(wěn)定性較好的邊坡： 開挖邊坡坡比覆蓋層1∶1，強風化巖體1∶0.75，弱風化1∶0.5[4]。邊坡均采用噴C20混凝土及錨桿支護，混凝土厚10 cm，錨桿采用φ25鋼筋，錨桿長度為3.0 m，錨桿間排距為1.5 m，設(shè)置φ50 mm排水孔，間排距2 m。

4.4 灌漿施工

隧洞襯砌混凝土澆筑完成達到施工強度后在頂拱120°范圍內(nèi)進行回填灌漿處理， 回填灌漿初始壓力采用0.3 MPa。Ⅴ類圍巖洞段進行固結(jié)灌漿，灌漿孔排距3 m，進入基巖內(nèi)孔深3 m。

4.5 特殊洞段處理

4.5.1 涌水洞段施工措施

隧洞地下水類型主要為基巖裂隙水，此類水在斷層破碎帶、褶皺核心部和裂隙密集帶易產(chǎn)生集中滲流、涌水或爆發(fā)性突水，從而引起塌方或其他不良地質(zhì)現(xiàn)象，給施工帶來很大困難。對于小規(guī)模涌水段，可采用洞內(nèi)排水溝自流或集水坑抽排出洞外。對于較大規(guī)模涌水段，掘進前打超前鉆孔，探測鉆孔出水量、水壓、涌水點里程等，通過注漿堵水等處理后掘進。根據(jù)地質(zhì)勘探資料，在落水洞暗河、鼠場暗河附近隧洞開挖前，必須打超前鉆孔，探測隧洞是否和暗河系統(tǒng)有聯(lián)通，避免開挖中出現(xiàn)大量的突然涌水，危及施工安全。掘進后及時排除工作面的涌水或注漿后的剩余水，并加強支護。高外水頭段(K10+300～K11+475)，為確保一次支護結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，采用引排方法或壁后注漿法進行處理。

4.5.2 斷層破碎帶施工措施

斷層破碎帶(斷層F106、F106-1、F106-2、F106-3、F106-4、F106-5等及其影響帶)的巖石破碎，可能存在涌水和圍巖軟硬不均等不良地質(zhì)情況，掘進中造成開挖工作面坍塌、邊墻坍塌等不利的影響[5]。對于一般的不良地段，采用先掘進后處理的辦法，掘進后根據(jù)斷層破碎帶的具體情況選取合適的支護方式，及時加強支護，采用噴混凝土、噴纖維混凝土、錨噴、噴錨網(wǎng)、噴錨網(wǎng)加鋼拱架的聯(lián)合支護。不良情況嚴重的地段，對前方斷層破碎帶進行注漿預(yù)加固處理。

5 結(jié) 論

總之，巖溶峽谷區(qū)深埋隧洞結(jié)構(gòu)特殊，現(xiàn)場施工要結(jié)合區(qū)域地質(zhì)條件，制定一套完整的施工技術(shù)方案，提出符合隧洞工程改造標準的作業(yè)方案。同時，考慮隧洞快速施工技術(shù)要求，按照工程圖紙擬定針對性的作業(yè)方案，從現(xiàn)場勘察、工藝設(shè)計、施工改造、后期養(yǎng)護等方面，引導(dǎo)隧洞施工布局與操作?，F(xiàn)有施工技術(shù)方案中，要考慮結(jié)構(gòu)布置型式、一次支護施工、邊坡處理、特殊路段處理、斷層破碎帶施工等要點，全面落實各項施工技術(shù)方案，為深埋隧洞工程改造提供綜合性保障。

[1] 張志強,李化云,何川.基于流固耦合的水底隧道全斷面注漿力學分析[J].鐵道學報，2015，22(2):76-78.

[2] 沈祥明，劉坡拉，汪繼鋒.基于層次分析法的鐵路巖溶隧道突水風險評價[J].鐵道工程學報，2015，33(12):15-17.

[3] 李庚許.注漿加固塊石堆積體在野三關(guān)隧道中的應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù)，2010，25(10):45-47.

[4] 張民慶，曾強運，楊兵.巖溶隧道溶洞泄水機理及工程實例分析[J].巖土工程學報，2014，25(10):33-35.

[5] 朱鵬飛,張梅，黃鴻健，等.宜萬鐵路復(fù)雜隧道風險管理與控制[J].鐵道標準設(shè)計，2010(8):7-11，19.

王學軍(1981-),男，工程師，主要從事鐵路、公路、地鐵、水利工程的施工與管理工作。

P931.5;U455

A

2096-0506(2016)12-0063-03