小斷面復雜地質圍巖排水隧洞開挖支護技術研究

文/岑東東 武漢大學 湖北武漢 430000 中國葛洲壩集團第三工程有限公司 陜西西安 710000

1、工程概述

某水利工程邊坡治理地下排水隧洞洞總長1003m，開挖尺寸：Ⅴ類圍巖按照4.5m×4.8m斷面進行開挖，Ⅳ類圍巖按照4.0m×4.55m進行開挖，混凝土襯砌后凈斷面尺寸均為3.5m×4.0m。

2、施工重難點及對策

2.1 施工重難點

該水利工程邊坡治理地下排水洞具有洞挖斷面小、線路較長、地質條件差（以Ⅴ類圍巖為主，圍巖穩定性差）、工期緊等特點，圖紙地質資料顯示，各排水洞上游部分洞段為Ⅴ類圍巖，巖層走向與隧道軸線小夾角，開挖后圍巖穩定性差，對隧洞開挖成洞非常不利，安全問題突出，不利于隧洞的快速掘進。因此，研究小斷面、長線路、差圍巖條件下隧洞安全快速掘進技術，是本項目施工的一大重點。根據本工程邊坡治理一期工程的另一條同類型后緣截水洞開挖經驗，開挖過程中如果支護不及時或因地質缺陷，可能造成塌方，如何有效避免洞室塌方是本工程施工的一個重點及難點。

2.2 主要對策

隧洞開挖采用周邊光爆技術，遵循“新奧法、少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉” 的原則，避免因支護不及時而發生坍塌。施工前，合理規劃隧洞通風和照明系統，對洞內施工機械和配套設備進行優化選型，施工期間，狠抓工序銜接，加強施工期安全監測和排水，確保隧洞安全快速施工。本地下排水洞與后緣截水洞巖層情況相似，根據后緣截水洞塌方處理的經驗，開挖完成后，支護及時跟進，避免因支護不及時而造成塌方。根據本隧洞復雜的地質條件，編制切合實際的預案，如遇地質缺陷問題，可根據預案及時處理。

3、開挖施工方法

3.1 施工方法

（1）開挖采用全斷面鉆爆法開挖，氣腿鉆造孔，設計開挖輪廓線光爆成型。

（2）采用扒渣機或裝載機裝渣，農用自卸汽車運渣至洞外轉渣平臺后，裝載機或1.0m3反鏟裝渣，15t自卸汽車運至指定渣場。

（3）該地下排水洞圍巖主要為千枚巖，遇水后泥化嚴重，嚴重影響圍巖的穩定和洞內交通，滲水處理以泵機抽排為主，通過排水孔將圍巖地下水引至底板兩側排水溝內，匯集后主要采用水泵抽排出隧洞。

3.2 施工程序

本排水洞洞挖支護布置兩個工作面，上、下游工作面同時進行施工。洞口邊坡開挖支護施工完成后進行開挖進洞，開挖進洞時鋼拱架緊貼洞口開挖面進行支護，洞口主要采用超前錨桿進行支護，如遇圍巖較差時，可采用管棚支護圍巖，支撐作業緊跟開挖作業，穩步前進。

隧洞開挖按照“新奧法”工藝施工，初期支護視圍巖類別情況采取不同的施工程序，對Ⅲ類圍巖，開挖爆破后進行隨機支護和安全處理，根據實際情況，系統支護適時跟進；對Ⅳ～Ⅴ類圍巖采用“預支護，短進尺、弱爆破、強支護、快封閉、勤量測”的施工方案，一循環一支護。

3.3 工藝流程

Ⅲ類圍巖開挖支護工藝流程如圖3-1，Ⅳ、Ⅴ類圍巖開挖支護工藝流程如圖3-2。

圖3-1 排水洞Ⅲ類圍巖施工工藝流程

3.4 圍巖支護

Ⅲ類圍巖洞段，斷面開挖每排炮結束后，對穩定性差的局部巖體及時進行清撬和隨機錨噴支護，系統支護、系統錨桿、掛網及噴砼可滯后開挖作業施工；Ⅳ類和Ⅴ類圍巖洞段超前支護和系統支護跟進工作面。

圖3-2 排水洞Ⅳ、Ⅴ類圍巖施工工藝流程

3.5 具體處理措施

因千枚巖巖體形狀，在洞挖過程中，既有可能遇見不良地質洞段，如遇此種情況，其開挖支護方式應根據現場情況進行適時調整，具體參數現場確定。根據本項目一期后緣截水洞開挖支護經驗，二期排水洞若出現下述情況，預采取如下措施有：超前錨桿、超前小導管、調整鋼拱架間距、減小開挖進尺、增加副拱、增設隨機排水孔、固結灌漿等。

結語：

小斷面復雜地質隧洞施工主要依賴小型機具施工，工效低、工期長，受狹小工作面、勞動生產率低的制約，小斷面復雜地質隧洞施工關鍵技術在于如何結合隧洞圍巖地質情況合理選用滿足開挖支護施工技術保障措施，本文通過具體的隧洞施工實踐，成功在常規隧洞施工理論基礎上結合項目實際合理優化技術方案，高質高效完成項目施工，并形成經驗總結為今后類似小斷面隧洞施工方案選擇參考提供依據。