水工隧洞施工主支洞交叉段遇不良地質(zhì)采取的應(yīng)對(duì)方法

李向慧

(遼寧省朝陽(yáng)市龍城區(qū)水利局, 遼寧 朝陽(yáng)　122005)

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水工隧洞施工主支洞交叉段遇不良地質(zhì)采取的應(yīng)對(duì)方法

李向慧

(遼寧省朝陽(yáng)市龍城區(qū)水利局, 遼寧 朝陽(yáng)122005)

遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程TBM2施工段13號(hào)支洞開(kāi)挖至主支洞交叉段時(shí)發(fā)現(xiàn)一條斷層破碎帶，大型水工隧洞主支洞交叉點(diǎn)本身受力復(fù)雜，如果圍巖穩(wěn)定性差將嚴(yán)重影響施工安全。為防止塌方等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，在施工中采用鉆超前孔的方式探明地質(zhì)情況，采取支設(shè)臨時(shí)鋼格柵、注漿、噴混凝土、分層開(kāi)挖等方法，使工程施工得以順利進(jìn)行。

輸水工程；斷層破碎帶；地質(zhì)災(zāi)害；施工方法

1　概　述

遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程輸水隧洞TBM2施工段主洞長(zhǎng)22.5km，為直徑8.03m的圓形隧洞，大部分主洞采用TBM法開(kāi)挖，其余部分主洞采用鉆爆法開(kāi)挖。因?yàn)門(mén)BM2施工段較長(zhǎng)，為便于主洞開(kāi)挖施工時(shí)通風(fēng)和物料運(yùn)輸，在TBM2施工段的中部設(shè)置兩個(gè)施工支洞。其中13號(hào)支洞的設(shè)計(jì)斷面為5m×5m，主支洞交叉段的設(shè)計(jì)斷面為11.4m×9.7m，支洞底板高于主洞底板0.93m，支洞末端平坡段長(zhǎng)25m。13號(hào)支洞在開(kāi)挖進(jìn)入主支洞交叉段約2m時(shí)，左側(cè)出現(xiàn)0.5m厚的軟弱夾層，巖石完整性變差，風(fēng)化嚴(yán)重，開(kāi)挖進(jìn)入主支洞交叉段約7.6m 時(shí)已經(jīng)完全進(jìn)入斷層破碎帶，圍巖泥化嚴(yán)重，滲水較多，有輕度塌方現(xiàn)象發(fā)生，嚴(yán)重影響了施工安全。為了防止嚴(yán)重塌方等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生，必須確定斷層破碎帶的影響范圍，制定合理的處理方法。

2　超前地質(zhì)探測(cè)

為了探測(cè)掌子面前方斷層的寬度、走向、方位、傾角等情況，向掌子面前方、主洞上游和主洞下游方向各鉆一個(gè)孔用來(lái)探明地質(zhì)情況。根據(jù)超前鉆孔結(jié)果判斷：向掌子面前方探孔4m深，前1.5～2m為泥化斷層圍巖，約2m后為節(jié)理、裂隙極其發(fā)育較為破碎的圍巖；向主洞下游側(cè)方向探孔位于掌子面后約0.5m拱腰處，探孔深4m，探孔前1m深為泥化巖層，后3m為節(jié)理、裂隙極其發(fā)育較為破碎的圍巖；向主洞上游側(cè)方向探孔位于掌子面后約0.5m拱腰處，探孔深4m，為泥化的圍巖；探孔鉆完后，所有鉆孔均有渾濁的線(xiàn)狀流水流出。

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)探孔探測(cè)和對(duì)斷層走向、方位、傾角等測(cè)量，判定斷層與主洞位置關(guān)系如圖1所示。

圖1　斷層與洞線(xiàn)位置關(guān)系

3　主支洞交叉段施工方案

3.1支洞開(kāi)挖

先對(duì)支洞水平段頂部圍巖進(jìn)行錨噴支護(hù)加固，再對(duì)掌子面圍巖進(jìn)行噴混凝土封閉，防止塌方規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，然后擴(kuò)挖支洞水平段的拱頂部位，從水平段起點(diǎn)開(kāi)始向斜上方擴(kuò)挖，使支洞的拱頂線(xiàn)與主洞的拱頂線(xiàn)相交[1]，爆破的巖碴應(yīng)就地?cái)備仯越档妥鳂I(yè)高度，方便對(duì)頂部圍巖的擴(kuò)挖工作。施工到支洞末端時(shí)，加長(zhǎng)鋼格柵段的立柱，把上半部的弧形格柵頂升至新擴(kuò)挖的頂拱部位，連接好鋼格柵，并用錨桿加固底腳。

3.2主洞擴(kuò)大段施工方案

在挑頂擴(kuò)挖進(jìn)入主洞后，形成扇形上半斷面，左側(cè)扇形開(kāi)挖，右側(cè)沿主洞邊墻開(kāi)挖，每次開(kāi)挖約0.7m(扇形斷面中線(xiàn)處寬度)，及時(shí)架設(shè)格柵鋼支撐，并進(jìn)行錨網(wǎng)噴支護(hù)，開(kāi)挖之前采用超前小導(dǎo)管注漿等輔助施工措施，因斷層基本與主洞中線(xiàn)平行，為防止開(kāi)挖時(shí)掌子面出現(xiàn)坍塌，部分地質(zhì)較差地段根據(jù)情況固結(jié)注漿[]。扇形拱架靠主洞上游方向側(cè)采用沿主洞邊墻每榀緊靠在一起的方法(見(jiàn)圖2)。拱腳處采用鎖腳錨桿鎖固，靠主洞下游方向側(cè)，因拱腳在支洞施工時(shí)已部分開(kāi)挖，為避免拱架懸空，開(kāi)挖時(shí)在拱腳處擴(kuò)挖15cm，并設(shè)置一個(gè)工字鋼拱架縱梁，用錨桿鎖固作為拱架的支撐(見(jiàn)圖2)，所有格柵拱架采用縱向連接筋連接。

圖2　扇形臨時(shí)支護(hù)鋼格柵布置

扇形格柵鋼支撐每榀尺寸不一，施工前根據(jù)每榀的斷面尺寸進(jìn)行精確放樣加工，以確保格柵拱架尺寸準(zhǔn)確并與圍巖密貼，從而確保支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，避免出現(xiàn)坍塌、掉塊現(xiàn)象。

根據(jù)斷面尺寸計(jì)算，扇形格柵拱架架設(shè)11榀后進(jìn)入主洞開(kāi)挖支護(hù)，先向主洞上游方向開(kāi)挖主洞的上半斷面。主洞斷層區(qū)洞段采用超前小導(dǎo)管注漿加固圍巖、局部掌子面固結(jié)灌漿等輔助施工措施。主洞開(kāi)挖時(shí)按照“管超前、弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)”的原則施工。

為使注漿工作結(jié)束后能在較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行開(kāi)挖支護(hù)，采用固結(jié)時(shí)間較短的水泥——水玻璃雙液注漿。

根據(jù)目前揭露主洞內(nèi)的圍巖為斷層泥，節(jié)理密集、發(fā)育，伴有線(xiàn)狀流水，且斷層位于主洞軸線(xiàn)位置，為避免掌子面發(fā)生塌方現(xiàn)象，可對(duì)掌子面前方同時(shí)進(jìn)行超前小鋼管注漿加固和固結(jié)注漿，超前注漿循環(huán)進(jìn)尺深度3.5m，每循環(huán)搭接1.5m長(zhǎng)，在超前小鋼管注漿結(jié)束后開(kāi)挖循環(huán)控制在2m范圍內(nèi)，當(dāng)主洞上游方向的上半斷面開(kāi)挖一定距離后(約30～50m)，再開(kāi)挖主洞下游方向的上半斷面。

向主洞下游方向開(kāi)挖時(shí)需拆除主支洞交叉口段扇形臨時(shí)鋼格柵。施工時(shí)按照開(kāi)挖一個(gè)循環(huán)、拆除一榀臨時(shí)鋼格柵、架設(shè)一榀上半斷面鋼格柵方法施工。拆除臨時(shí)鋼格柵前，超前注漿小導(dǎo)管應(yīng)已施工完成，并與后面永久鋼格柵連接，在后方永久鋼格柵及上部注漿小導(dǎo)管的保護(hù)下，拆除臨時(shí)鋼格柵及噴射混凝土。

當(dāng)向主洞下游方向開(kāi)挖一定距離后(30～50m)，暫停主洞上半斷面的開(kāi)挖工作，由主支洞交叉點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)行主洞下半斷面的開(kāi)挖。下半斷面采用一次開(kāi)挖并及時(shí)支護(hù)的方法施工。

按照上述施工方法進(jìn)行上、下半斷面的交替施工，直至通過(guò)斷層影響帶為止。最終鋼格柵布置如圖3所示。

圖3　最終鋼格柵布置圖

3.3支護(hù)參數(shù)

a.系統(tǒng)錨桿：φ22L=2.5m/根梅花形布置@1000mm。

b.鋼筋網(wǎng)：@150×150mm。

c.超前支護(hù)：φ42小導(dǎo)管L=3.5m/根沿頂拱布置@1000mm左右，在地質(zhì)稍好地段，采用φ22L=3.5m/根超前錨桿，@400～600mm。

d.鋼格柵：G150 @800～1200mm。

3.4監(jiān)控量測(cè)

為保證施工安全，及時(shí)發(fā)現(xiàn)圍巖的過(guò)度變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞先兆，應(yīng)做好臨時(shí)監(jiān)控量測(cè)工作，具體作法是每隔5m設(shè)一處臨時(shí)監(jiān)控量測(cè)斷面，每天定時(shí)測(cè)量圍巖的沉降、收斂情況，做好數(shù)據(jù)記錄和分析工作，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常應(yīng)及時(shí)上報(bào)監(jiān)理工程師，組織專(zhuān)家組研究調(diào)整施工方法。

4　結(jié)　語(yǔ)

在13號(hào)支洞的主支洞交叉段隧洞開(kāi)挖施工過(guò)程中，采用小導(dǎo)管注漿、扇形鋼格柵等強(qiáng)支護(hù)，使開(kāi)挖施工較為安全。施工中僅需在主支洞交叉口段安裝臨時(shí)鋼支撐，臨時(shí)鋼支撐的安裝、拆除工程量少，施工較為方便和安全。施工中采用分層開(kāi)挖法能在較短的時(shí)間內(nèi)完成主洞上半斷面開(kāi)挖支護(hù)工作，保證了施工安全，縮短了工期。

[1]付國(guó)林，劉智，黃傳明.鋼拱架套拱在擠壓破碎帶隧洞交叉口開(kāi)挖中的應(yīng)用[J]. 辦公室業(yè)務(wù),2012(S2):125-126，105.

[2]孫立福.不良地質(zhì)條件下隧洞交叉口初期支護(hù)的施工技術(shù)[J]. 鐵道建筑,2009(10):43-45.

[3]王學(xué)勛，季翔.V類(lèi)圍巖隧洞交叉口段施工方法探討[J]. 水利建設(shè)與管理,2014(8):12-15.

Corresponding method adopted in the bad geological condition of main sub-tunnel crossed section in hydraulic tunnel construction

LI Xianghui

(LiaoningChaoyangLongchengDistrictWaterConservancyBureau,Chaoyang122005,China)

One fault fracture zone is discovered when Liaoning Dahuofang Reservoir Water Conveyance Project TBM2 construction section No. 13 sub-tunnel is constructed to main sub-tunnel cross section. The large-scale hydraulic tunnel main sub-tunnel crossing point has complex force itself. The construction safety is seriously affected due to the poor stability of surrounding rock. Drilling advanced hole can be adopted for discovering geological situation during construction in order to prevent the occurrence of geological disasters, such as landslide, etc. Temporary steel grille erection, grouting, shotcrete, stratified excavation and other methods are adopted, thereby smoothly implementing engineering construction.

water conveyance project; fault fracture zone; geological disasters; construction method

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.004

TV554

B

1005-4774(2016)10- 0013- 03