水工隧洞施工主支洞交叉段遇不良地質采取的應對方法

李向慧

(遼寧省朝陽市龍城區水利局, 遼寧 朝陽　122005)

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水工隧洞施工主支洞交叉段遇不良地質采取的應對方法

李向慧

(遼寧省朝陽市龍城區水利局, 遼寧 朝陽122005)

遼寧省大伙房水庫輸水工程TBM2施工段13號支洞開挖至主支洞交叉段時發現一條斷層破碎帶，大型水工隧洞主支洞交叉點本身受力復雜，如果圍巖穩定性差將嚴重影響施工安全。為防止塌方等地質災害的發生，在施工中采用鉆超前孔的方式探明地質情況，采取支設臨時鋼格柵、注漿、噴混凝土、分層開挖等方法，使工程施工得以順利進行。

輸水工程；斷層破碎帶；地質災害；施工方法

1　概　述

遼寧省大伙房水庫輸水工程輸水隧洞TBM2施工段主洞長22.5km，為直徑8.03m的圓形隧洞，大部分主洞采用TBM法開挖，其余部分主洞采用鉆爆法開挖。因為TBM2施工段較長，為便于主洞開挖施工時通風和物料運輸，在TBM2施工段的中部設置兩個施工支洞。其中13號支洞的設計斷面為5m×5m，主支洞交叉段的設計斷面為11.4m×9.7m，支洞底板高于主洞底板0.93m，支洞末端平坡段長25m。13號支洞在開挖進入主支洞交叉段約2m時，左側出現0.5m厚的軟弱夾層，巖石完整性變差，風化嚴重，開挖進入主支洞交叉段約7.6m 時已經完全進入斷層破碎帶，圍巖泥化嚴重，滲水較多，有輕度塌方現象發生，嚴重影響了施工安全。為了防止嚴重塌方等地質災害發生，必須確定斷層破碎帶的影響范圍，制定合理的處理方法。

2　超前地質探測

為了探測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孔用來探明地質情況。根據超前鉆孔結果判斷：向掌子面前方探孔4m深，前1.5～2m為泥化斷層圍巖，約2m后為節理、裂隙極其發育較為破碎的圍巖；向主洞下游側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為節理、裂隙極其發育較為破碎的圍巖；向主洞上游側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狀流水流出。

經過現場探孔探測和對斷層走向、方位、傾角等測量，判定斷層與主洞位置關系如圖1所示。

圖1　斷層與洞線位置關系

3　主支洞交叉段施工方案

3.1支洞開挖

先對支洞水平段頂部圍巖進行錨噴支護加固，再對掌子面圍巖進行噴混凝土封閉，防止塌方規模進一步擴大，然后擴挖支洞水平段的拱頂部位，從水平段起點開始向斜上方擴挖，使支洞的拱頂線與主洞的拱頂線相交[1]，爆破的巖碴應就地攤鋪，以降低作業高度，方便對頂部圍巖的擴挖工作。施工到支洞末端時，加長鋼格柵段的立柱，把上半部的弧形格柵頂升至新擴挖的頂拱部位，連接好鋼格柵，并用錨桿加固底腳。

3.2主洞擴大段施工方案

在挑頂擴挖進入主洞后，形成扇形上半斷面，左側扇形開挖，右側沿主洞邊墻開挖，每次開挖約0.7m(扇形斷面中線處寬度)，及時架設格柵鋼支撐，并進行錨網噴支護，開挖之前采用超前小導管注漿等輔助施工措施，因斷層基本與主洞中線平行，為防止開挖時掌子面出現坍塌，部分地質較差地段根據情況固結注漿[]。扇形拱架靠主洞上游方向側采用沿主洞邊墻每榀緊靠在一起的方法(見圖2)。拱腳處采用鎖腳錨桿鎖固，靠主洞下游方向側，因拱腳在支洞施工時已部分開挖，為避免拱架懸空，開挖時在拱腳處擴挖15cm，并設置一個工字鋼拱架縱梁，用錨桿鎖固作為拱架的支撐(見圖2)，所有格柵拱架采用縱向連接筋連接。

圖2　扇形臨時支護鋼格柵布置

扇形格柵鋼支撐每榀尺寸不一，施工前根據每榀的斷面尺寸進行精確放樣加工，以確保格柵拱架尺寸準確并與圍巖密貼，從而確保支護結構穩定，避免出現坍塌、掉塊現象。

根據斷面尺寸計算，扇形格柵拱架架設11榀后進入主洞開挖支護，先向主洞上游方向開挖主洞的上半斷面。主洞斷層區洞段采用超前小導管注漿加固圍巖、局部掌子面固結灌漿等輔助施工措施。主洞開挖時按照“管超前、弱爆破、短進尺、強支護”的原則施工。

為使注漿工作結束后能在較短的時間內進行開挖支護，采用固結時間較短的水泥——水玻璃雙液注漿。

根據目前揭露主洞內的圍巖為斷層泥，節理密集、發育，伴有線狀流水，且斷層位于主洞軸線位置，為避免掌子面發生塌方現象，可對掌子面前方同時進行超前小鋼管注漿加固和固結注漿，超前注漿循環進尺深度3.5m，每循環搭接1.5m長，在超前小鋼管注漿結束后開挖循環控制在2m范圍內，當主洞上游方向的上半斷面開挖一定距離后(約30～50m)，再開挖主洞下游方向的上半斷面。

向主洞下游方向開挖時需拆除主支洞交叉口段扇形臨時鋼格柵。施工時按照開挖一個循環、拆除一榀臨時鋼格柵、架設一榀上半斷面鋼格柵方法施工。拆除臨時鋼格柵前，超前注漿小導管應已施工完成，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管的保護下，拆除臨時鋼格柵及噴射混凝土。

當向主洞下游方向開挖一定距離后(30～50m)，暫停主洞上半斷面的開挖工作，由主支洞交叉點開始進行主洞下半斷面的開挖。下半斷面采用一次開挖并及時支護的方法施工。

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

圖3　最終鋼格柵布置圖

3.3支護參數

a.系統錨桿：φ22L=2.5m/根梅花形布置@1000mm。

b.鋼筋網：@150×150mm。

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

d.鋼格柵：G150 @800～1200mm。

3.4監控量測

為保證施工安全，及時發現圍巖的過度變形和支護結構的破壞先兆，應做好臨時監控量測工作，具體作法是每隔5m設一處臨時監控量測斷面，每天定時測量圍巖的沉降、收斂情況，做好數據記錄和分析工作，發現數據異常應及時上報監理工程師，組織專家組研究調整施工方法。

4　結　語

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

[1]付國林，劉智，黃傳明.鋼拱架套拱在擠壓破碎帶隧洞交叉口開挖中的應用[J]. 辦公室業務,2012(S2):125-126，105.

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

[3]王學勛，季翔.V類圍巖隧洞交叉口段施工方法探討[J]. 水利建設與管理,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