复杂软岩地层隧洞洞室开挖施工技术屈军

复杂软岩地层隧洞洞室开挖施工技术屈军

屈军

呼图壁河流域管理处新疆昌吉831200

摘要：近年来，我国的工程建设越来越多，复杂软岩底层隧洞洞室开挖施工技术也有了很大进展，本文以呼图壁河流的引水隧洞工程为例，主要对洞室开挖施工技术展开了详细的探讨，并综合对比不同地质环境提出相应的隧洞岩爆防治措施，从而确保了洞室开挖的安全性，提升了工程质量。

关键词：软岩地层；隧洞施工；支护方式

引言

在城市隧道修建过程中，盾构法隧道施工技术越来越得到广泛的推广和应用。虽然盾构法取得了斐然成绩，但此法施工不可避免地引起地表沉降。地表沉降过大时，会影响到盾构隧道的安全施工和地表建筑物的正常使用。特别是穿越城市复杂软岩环境隧道工程的掘进，易造成施工进度缓慢，经济损失严重等问题，其许多技术难题有待解决。

1工程地质特点

泥岩受水浸泡后迅速软化,手可掰动,局部可手捏碎搓成泥团,围岩自稳时间极短。地下水发育段围岩变形快,多处岩层及裂隙组合易产生边顶拱塌方;受水的侵蚀作用,掌子面超前核心土极易坍塌。泥岩或粉砂岩受水浸泡后的岩石力学指标低,难以满足承载力要求,易引起支护体系沉降、反拱变形等。受地下水的影响,变形问题尤为突出,同时存在可燃和有毒气体,不但对施工进度产生影响,而且安全隐患突出。

2工程概况

呼图壁河流域位于东天山北麓中段，准噶尔盆地南缘。拟建的齐古水库坝址地处呼图壁河南部低山区的中下部河段，位于石门水文站下游直线距离约17.5km、卡勒格牙水文站下游约3.2km处，坝址地理坐标为东经86°40′46″，北纬43°52′56″，坝址以上集水面积2201.40km2。灌溉引水隧洞位于河流左岸Ⅱ～Ⅴ级阶地上，进口段山体坡度30～40°，基岩岩性为第三系土墩子组泥岩及砂砾岩互层，该段处于风化岩层中，围岩类别为Ⅴ类，建议洞脸处围岩进行喷锚支护，洞内采用超前支护，全断面衬砌。洞身段沿线地层岩性为第三系土墩子组泥岩及砾岩互层，岩体较完整，围岩类别为Ⅳ类，开挖后应及时进行喷锚、加钢筋网混凝土衬砌。出口段围岩类别为Ⅳ～Ⅴ类，建议喷锚支护全断面衬砌。

3洞室开挖施工技术

3.1洞脸处理

（1）洞脸开挖。在进行沟槽开挖作业时应确保开挖区域与洞口有5m的间距，爆破作业分两次完成。在对洞脸边坡区域进行施工时,采用的是预裂爆破的方式，此过程应控制爆破用料量，通过多段少进的方式进行施工，确保基岩的稳定性。（2）洞脸部位锚杆锁口。在结束洞口开挖作业后，需要随即进行素喷混凝土作业，当厚度达到5cm后,应展开锚杆锁口处理。基于洞口部位的不同，需要用不同的方式。对于洞顶区域而言，锁口锚杆只需布设一排，而侧面区域则需有所改变，应再增设一排，两排之间保持0.5m距离。（3）拱部小导管注浆预加固。参考方案中的设计轮廓线，在其外侧布置小导管，从而为注浆提供通道，以便对顶部围岩区域进行预加固处理。小导管的间距有所讲究，彼此之间应达到30cm，同时每一根管的外倾角都应介于5~10°范围内，管长以4~6m为宜。运用风钻成孔的方法，将孔径控制在5Omm水平。当完成小导管安装作业后便可进行注浆处理，整个过程应在高压环境中进行，控制水灰比介于1：1~0.5：1范围内，讲求先稀后浓的原则，灌浆压力≥0.3MPa。当孔内不再吃浆时，应进行闭浆处理，整个过程时长≥5min，对应压力应＞O.5MPa。在严重渗水区域施工时，可采用双浆液注浆法，此时各管搭接长度≥1m。（4）洞脸明洞浇筑。结束上述作业后，应对洞脸进行清理，并搭建安装钢筋，通过混凝土浇筑的方式形成规格为1m的明拱洞形。

3.2引、泄水建筑物

导流泄洪冲砂洞位于坝体桩号0+225位置，洞轴线为直线布置，与坝轴线交角为77°06′35″。导流泄洪冲砂洞校核洪水位时最大泄流量可达685.33m3/s，总长度590m，包括230m长进口导流明渠段、120m长压力洞身段、30m长竖井段、110m长无压洞身段、75m长尾部消力池段和25m长末端海漫扩散段6部分组成。导流期进口高程971.50m，正常运行期进口高程982.00m，出口高程968.80m，洞身纵坡1.0%。灌溉引水洞位于坝体桩号0-129位置，左岸岩体内，为压力隧洞输水形式，洞身断面为城门洞型，尺寸3.0×4.0m，进口采用塔式竖井控制。灌溉引水隧洞总长度549m，包括15m长的进口段、20m长的塔式竖井段、514m长的压力隧洞洞身段，共3部分组成。进口高程985.00m，出口高程971.60m，洞身纵坡3.01%。灌溉引水洞设计灌溉引水流量50.0m3/s。表孔溢洪洞位于坝体桩号0-112位置，校核洪水位最大泄流量412.79.0m3/s。位于左岸岩体内，在平面上呈双直线夹一圆弧的布置形式，首段25m长为斜向坝前左岸山体内的直线段，中部采用62.50m长的圆滑段连接，圆弧半径R=70m，末端采用222.5m长的直线段伸向河床。表孔溢洪洞总长度315m，由15.0m长的进口八字墙段、10m长控制段、13.64m长渐变收缩段、276.36m长压力隧洞段共四部分组成。进口控制段宽顶堰底板高程1007.85m，出口高程970.00m，出口端采用挑流式消能，洞身纵坡10.0%。

3.3隧洞开挖

3.3.1钻爆法施工

（1）测量放样。以施工图纸为基准，计算出放样点的具体参数，并在现场进行定位。应使用红油漆对具体点位进行标识，特殊情况下可以绘制拱部“红线”，以此达到光爆效果。使用钢尺对炮眼孔位进行测量，并以设计图纸为基准做好爆破孔布设工作。（2）钻孔。成孔设备以凿岩机较为合适，在施工时应确保孔位、方向、孔径以及深度等参数满足工程要求，依据施工区域以及爆破性质的实际情况配备不同的人员数量，结束钻孔作业后应进行及时验收，对于非达标空洞而言应再次造孔。（3）爆破施工。基于不同的地质条件以及支护方式，需针对性地采用对应方式，具体为：①全断面开挖：此方式普遍适用于III、IV类围岩。②正台阶开挖：此方式首先应对上半断面进行钻爆，并进行支护处理，而后方可对下半断面进行钻爆施工。③反台阶开挖：此方式首先应对下半断面进行钻爆，并将残渣清除干净，而后方可对上半断面进行施工，由此形成掌子面并做以支护处理。

3.3.2超前预报与安全监测

通过经济、合理、可靠的超前预测预报方法,对施工地质条件作出及时、准确的判断是最大程度预防隧洞施工安全风险最有效的措施。本工程每个施工循环都有工程技术人员根据掌子面出露的围岩条件和相关资料分析判断、筛选并预测围岩类别,再制定相应的开挖支护施工方法及措施,以保证施工安全、进度和质量。

3.3.3上游引渠段

因坝轴线上游100m以上左岸岸坡覆盖层较厚，最厚约20.0m，引水隧洞进口高程985.0m，高于左岸岸坡基岩出露高程，故引水隧洞进口位置向下游靠近坝体。进口段上游采用开挖引渠形式，总长度250m。引渠段的原地面最大开挖深度达15m，上覆坡积碎石土、漂卵石和强风化砾岩三种岩层，最大开挖断面处的分层厚度分别为10.0m、3.5m和4.5m。引渠采用梯形断面，底宽5.0m，渠深0~15m，边坡1:1.5~1:1.75。

结束语

综上所述，隧道开挖支护施工本就存在一定的难度，在复杂地质环境中施工时难度再次增大，加之区域内地下水过于丰富，对工程提出了更多挑战。文章围绕隧洞洞室开挖施工技术进行研究，提出了具体的可行方法，从而提升了工程质量，确保施工在安全条件下进行，对于复杂软岩地层施工具有积极意义。

参考文献

[1]吴世勇，周济芳，陈炳瑞，等.锦屏二级水电站引水隧洞TBM开挖方案对岩爆风险影响研究[J].岩石力学与工程学报，2015，34（04）：728-734.

[2]周垂一，李军，严鹏.锦屏二级水电站深埋隧洞施工难点解析[J].隧道建设，2013（06）：481-488.

[3]张亚杰，常明云.复杂软岩地层长引水隧洞洞室开挖关键控制技术[J].小水电，2012（02）：60-63.