中小斷面引水隧洞不良地質(zhì)洞段施工處理措施

趙繼燾

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730030）

1 工程及地質(zhì)概況

1.1 工程概述

青海省引大濟(jì)湟工程北干渠扶貧灌溉二期工程為湟水北干渠的續(xù)建配套工程，工程任務(wù)是以城鎮(zhèn)生活、農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧生態(tài)用水，為Ⅱ等大(2)型水利工程，工程控制面積2.66萬hm2，其中農(nóng)田灌溉面積2.45萬hm2，林地灌溉面積0.21萬hm2。項目區(qū)包括2條分干渠(一、三分干渠)、18條支渠（含一分干1條支渠、三分干5條支渠）、7條干斗、松多水庫及田間配套工程。

1.2 地質(zhì)概況

本工程除13#隧洞(樁號29+281.28—30+156.1段)、14#隧洞(樁號30+346.81—32+388.51段)、18#隧洞(樁號38+193.72—39+155.68段)、19#隧洞(樁號39+175.55—40+150.2段)、20#隧洞（樁號40+239.2—40+766段）圍巖為上元古界磨石溝組石英巖夾石英片巖段，其他隧洞均為加里東期花崗閃長巖。地下水活動輕微，圍巖完整性較好，主要為Ⅲ類圍巖。主要存在的地質(zhì)問題為巖石破碎帶，地下水為裂隙水。

綜上所述，本工程的地質(zhì)條件較好，但也存在地質(zhì)破碎帶和斷層帶。本標(biāo)段隧洞共17座，隧洞總長31 600.88 m，為保證隧洞正常施工，不良地質(zhì)條件下的安全施工措施是本工程地下工程施工的重點(diǎn)及難點(diǎn)所在。

2 隧洞不良地質(zhì)洞段施工

2.1 不良地質(zhì)段施工方法

本標(biāo)段隧洞圍巖不良地質(zhì)段以Ⅳ、Ⅴ類圍巖為主，存在少量斷層破碎帶。

施工過程中，首先進(jìn)行鉆孔超前探水，在隧洞拱頂、中部、底部采用多壁鉆，用Φ100鉆頭接長鉆桿各鉆1個孔，孔深15 m，鉆孔過程中注意觀察巖粉、鉆速、水質(zhì)等變化情況，并將勘探過程記錄及勘探成果上報監(jiān)理工程師；根據(jù)巖體的強(qiáng)度及完整程度、涌水壓力和涌水量，選擇采用掌子面周邊淺孔超前小導(dǎo)管注漿（φ40，L=3.0 m）、深孔全封閉固結(jié)止水注漿（帷幕堵水注漿）（φ100，L=6.0 m）及其他處理措施，同時及時將技術(shù)方案措施報告監(jiān)理工程師和設(shè)計師等，并邀請有關(guān)專家到現(xiàn)場進(jìn)行會診，確定最合理的、有效的處理措施。

對Ⅳ、Ⅴ類不穩(wěn)定塊體及穩(wěn)定性差的巖體：一是開挖采用“先導(dǎo)洞后擴(kuò)挖，短進(jìn)尺、多循環(huán)、弱爆破”的施工方式，將單循環(huán)進(jìn)尺控制在1.5～2.0 m范圍內(nèi)；二是爆破采用光面爆破，周邊孔間距不大于35 cm；三是支護(hù)采用綜合加固圍巖法，及時進(jìn)行錨噴支護(hù)處理，即每次開挖前先設(shè)超前灌漿導(dǎo)管，爆破后噴1層5 cm的混凝土，之后安設(shè)徑向鋼拱架，最后進(jìn)行第二次噴射，噴層厚度5 cm。

根據(jù)設(shè)計圖紙，斷層破碎帶施工方法：一是開挖采用“短進(jìn)尺、多循環(huán)、弱爆破”的施工方式，控制循環(huán)進(jìn)尺為0.5～1.0 m；二是爆破采用光面爆破，周邊孔間距不大于35 cm；三是支護(hù)采用導(dǎo)管法、鋼拱架強(qiáng)有力的支護(hù)措施；四是在噴混凝土之前利用三壁鉆機(jī)鉆排水孔，并且安設(shè)引水管，以利噴混凝土支護(hù)；五是支護(hù)后立即進(jìn)行破碎帶處理混凝土澆筑。

2.2 不良地質(zhì)段開挖支護(hù)施工主要安全工藝措施

對于不良地質(zhì)洞段的施工，整體要遵循“短進(jìn)尺、多循環(huán)、弱爆破、快支護(hù)、勤觀測”的原則，在確保施工安全的前提下，科學(xué)合理地度過不良地質(zhì)洞段，確保工程質(zhì)量。

2.2.1 超前管棚注漿 本工程主要是在Ⅴ類圍巖及斷層破碎帶洞段采用超前管棚注漿施工技術(shù)。具體施工方法為事先沿著鋼拱架外輪廓線進(jìn)行鉆孔，施打鋼管管棚（直徑φ=42 mm，壁厚δ=3.5 mm，長度L=3.0～6.0 m，環(huán)向間距@=0.3 m），導(dǎo)管向上傾角為5～15°，管口位置處于開挖輪廓線以外5～15 cm處，管棚相鄰循環(huán)搭接長度≥1.0 m。通過注漿機(jī)將水泥漿液（1∶1）高壓注入圍巖裂隙，較短時間內(nèi)在拱頂范圍形成一個完整性較好的拱殼，為后續(xù)鋼拱架及噴錨支護(hù)起到安全保障作用。

2.2.2 鋼拱架支撐 本標(biāo)段采用I16工字鋼，間距0.5～1.0 m/榀，拱架之間用φ22連接筋以環(huán)向間距0.5 m連接。鋼拱架加工要求：沿隧洞周邊輪廓誤差≤3 cm；鋼支撐平放時，平面翹曲應(yīng)＜±2 cm。鋼支撐安裝工藝要求：為保證鋼支撐置于穩(wěn)固的地基上，施工中在鋼支撐基腳部位預(yù)留0.15～0.2 m原地基；架立鋼支撐時挖糟就位，軟弱地段在鋼支撐基腳處設(shè)槽鋼以增加基底承載力；鋼支撐平面應(yīng)垂直于隧洞中線，其傾斜度不大于2°。鋼支撐的任何部位偏離鉛垂面≤5 cm。鋼支撐與基巖面或墊塊接觸間距＜5 cm。

2.2.3 圍巖噴錨支護(hù)技術(shù) 在開挖并清理洞渣后，采用高壓水沖洗基巖面，初噴C20砼厚3 cm封閉圍巖，以縮短圍巖暴露時間，控制圍巖變形，防止圍巖在短期內(nèi)松弛剝落。在錨桿、掛網(wǎng)、鋼架支撐安設(shè)完成后復(fù)噴砼到設(shè)計厚度，噴砼采用混凝土PZ-6型干噴機(jī)進(jìn)行噴射作業(yè)。

噴射砼分層進(jìn)行作業(yè)，每層厚度≤5 cm。盡可能通過噴射砼將鑿除縫、地質(zhì)缺陷處及其可能存在的空洞填充密實(shí)。在可能被水流沖出游離物的巖石面或表面有滲水的部位，盡快進(jìn)行噴射砼；在安裝有鋼筋網(wǎng)的部位，噴射砼覆蓋鋼筋網(wǎng)片厚度≥3 cm。

噴砼厚度按圖紙設(shè)計要求，一般分層噴射，且每次噴射在前一次噴射尚未完全凝固前進(jìn)行。一般相鄰層噴射間隔30～60 min。噴射完成后，洞壁相鄰表面過渡平緩圓順，沒有明顯臺階，以改善受力狀態(tài)。

2.3 塌方處理措施

如果圍巖情況較為破碎，完整性差，出現(xiàn)塌方情況也是施工過程中不可避免的。應(yīng)該按照以下措施處理：一是通過噴射C20混凝土使塌方空腔初期穩(wěn)固，避免二次塌方，以保證施工安全；二是噴射C20混凝土厚度10 cm封閉掌子面，通過超前管棚鋼管進(jìn)行超前注漿，以穩(wěn)固前方圍巖，加強(qiáng)其完整性；三是快速安裝I16鋼拱架，間距加密至0.3～0.5 m/榀，并用φ22螺紋鋼連接牢固；四是采用圓木先沿鋼拱架外輪廓鋪設(shè)1～2層，再進(jìn)行豎直方向和側(cè)向支撐；五是對該段進(jìn)行掛網(wǎng)噴錨支護(hù)，視情況可采用全斷面雙層鋼筋網(wǎng)片，噴砼厚度也可適度加厚；六是對該段局部分層進(jìn)行回填灌漿處理，灌漿范圍為頂部180°范圍內(nèi)，灌漿厚度為0.60～1.0 m，灌漿次序?yàn)橄葌?cè)墻、后拱頂；在回填灌漿前開孔探測，若塌方覆蓋層厚度大于0.50 m，可將漿液黏稠度下調(diào)；若塌方覆蓋層厚度小于0.50 m時，可將漿液黏稠度上調(diào)。

3 結(jié)束語

隧洞工程是一個線條狀的地下隱蔽工程，往往會穿越山峰、溝谷及河流等地貌，且埋深差別較大，因此隧洞工程地質(zhì)狀況十分復(fù)雜多變，遭遇不良地質(zhì)非常常見，但在多數(shù)情況下不良地質(zhì)洞段是可預(yù)防、可控制、可避免的。因此，為保證施工安全和質(zhì)量，施工過程中的地質(zhì)預(yù)測、預(yù)報必不可少，合理、安全的處理不良地質(zhì)洞段，把不良地質(zhì)洞段對于隧洞施工安全、施工質(zhì)量、成本控制、工期影響的負(fù)面影響消除到最低程度。