復(fù)雜地質(zhì)條件下長(zhǎng)隧洞施工

【摘要】隧洞在水利建設(shè)中承擔(dān)著重要任務(wù)，是輸水、泄洪的主要設(shè)施，某水電站左岸導(dǎo)流隧洞位于軟硬相間的巖層中，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，周圍物理力學(xué)地質(zhì)指標(biāo)多樣，存在較大施工難度。本文在簡(jiǎn)述工程概況和地質(zhì)條件的前提下提出施工技術(shù)，以“強(qiáng)支護(hù)，弱爆破”的施工原則制定總體施工方案，從開挖、爆破、不良地質(zhì)段施工處理幾個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)說明，力求保障施工安全和工程質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜地質(zhì)；長(zhǎng)隧洞；施工技術(shù)

一、工程概況

某水電站擬建的導(dǎo)流隧洞工程位于山體中，洞口呈城門狀，距最近村落直線距離4.2km。隧洞長(zhǎng)度約為4.3km，寬11m，高度5.8m，最大埋深320m，平均埋深175m，為亞熱帶氣候區(qū)長(zhǎng)隧洞。隧洞工程所在區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，首先是穿越的巖層包括沉積巖、變質(zhì)巖兩類，存在不良發(fā)育的裂隙，還有高地應(yīng)力、地下水等問題，部分洞段內(nèi)壁潮濕滴水，巖體侵蝕強(qiáng)烈。其實(shí)是隧洞圍巖類別復(fù)雜，局部最大應(yīng)力達(dá)45MPa，巖體近乎松散，完整性不足，巖層走向和洞軸線呈平行而造成較大施工難度。預(yù)計(jì)隧洞沿線施工時(shí)將遇到區(qū)域性斷裂帶和煤系地層，其中斷裂帶總數(shù)超過15條，但對(duì)工程影響較大的斷裂帶有6條，煤系地層影響段長(zhǎng)約1.5km，實(shí)際施工過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注和解決這兩個(gè)問題。整體來看，該導(dǎo)流隧洞工程存在氣候條件多變、洞線長(zhǎng)、地質(zhì)復(fù)雜等施工難點(diǎn)，施工前應(yīng)確立合理的技術(shù)原則，做好地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警和應(yīng)急處置，全力保障施工人員生命健康。

二、施工理念和施工技術(shù)

（一）總體施工理念

經(jīng)過對(duì)該隧洞工程周圍地質(zhì)狀況和巖層特征進(jìn)行分析后提出施工進(jìn)程應(yīng)緩慢、穩(wěn)步推進(jìn)，以防范地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，保證工程質(zhì)量為根本原則。結(jié)合施工單位經(jīng)驗(yàn)和導(dǎo)流隧洞洞線長(zhǎng)的特點(diǎn)確立分上、下半斷面的正臺(tái)階開挖方式，將隧洞分為進(jìn)口、出口和隧道斜井三個(gè)工作面，將一個(gè)長(zhǎng)隧洞分割成若干子洞以縮短施工工期。上半斷面用人工鉆孔率先探洞，進(jìn)而采用人工擴(kuò)挖跟進(jìn)；下半斷面以液壓臺(tái)車為施工工具，槽開挖和全斷面開挖同步進(jìn)行，逐步提高施工效率以確保進(jìn)度。在正臺(tái)階開挖的同時(shí)緊跟噴錨支護(hù)，通過打入巖層的金屬錨桿和水泥混凝土固定碎裂的巖體，防止巖層松動(dòng)。洞身由液壓鋼模臺(tái)車全斷面襯砌，根據(jù)圍巖類別制定差異化的掘進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，Ⅳ級(jí)圍巖每循環(huán)進(jìn)尺1m左右，Ⅴ級(jí)圍巖每循環(huán)進(jìn)尺0.4至1m。完成鉆孔后使用弱爆破，精細(xì)計(jì)算炸藥用量，防止藥量過大造成巖體環(huán)境惡化，在初期支護(hù)時(shí)加強(qiáng)護(hù)架剛度，測(cè)試整體支護(hù)結(jié)構(gòu)牢度。

（二）開挖施工技術(shù)

隧洞開挖以新奧法原理施工，全部采用機(jī)械化作業(yè)，先行開挖上半斷面并預(yù)留光爆層，開挖完成后立即進(jìn)行支護(hù)，隨后開挖下半斷面，兼用梯段爆破法和光面爆破法在隧洞底部預(yù)留光爆層。對(duì)隧洞底部、邊墻和拱部進(jìn)行全斷面襯砌，本工程導(dǎo)流隧洞洞線長(zhǎng)，掘進(jìn)距離深，內(nèi)部通風(fēng)環(huán)境惡劣，不適宜會(huì)產(chǎn)生大量塵土的汽車運(yùn)輸，綜合工程成本要求后選擇無軌運(yùn)輸銜接有軌運(yùn)輸?shù)姆绞健Ｐ纷ρb碴機(jī)通過直接插入受料盤保持連續(xù)裝載能力，能量損耗小，裝載容量大，經(jīng)計(jì)算安排每組車的基本編組為：總?cè)萘?00m3的梭式礦車組，三臺(tái)管片運(yùn)輸車，兩臺(tái)豆礫石運(yùn)輸車，一臺(tái)水泥運(yùn)輸車，列車由16t電瓶機(jī)牽引以保障動(dòng)力。洞外設(shè)置雙軌出洞，單軌進(jìn)洞，洞內(nèi)三個(gè)工作面都間隔500至700m左右布置錯(cuò)車平臺(tái)以便出碴進(jìn)料流程順暢，按7km/h的速度計(jì)算發(fā)現(xiàn)運(yùn)完隧洞內(nèi)全部碴料要12次。

（三）鉆孔爆破技術(shù)

導(dǎo)流隧洞鉆孔爆破分為上、中、下分層進(jìn)行，上層洞室用YT28手風(fēng)鉆造孔預(yù)先劃定輪廓線，自制臺(tái)架和毫秒雷管為主要爆破裝置，對(duì)地質(zhì)條件穩(wěn)定的洞段直接進(jìn)行人工開挖，對(duì)圍巖易受破壞的差地質(zhì)洞段采取先小洞、后開挖的穩(wěn)健型開挖法。結(jié)合洞段地質(zhì)狀況制定開挖進(jìn)度，運(yùn)用履帶式320B挖掘機(jī)和20t斯太爾自卸車達(dá)到單層月掘進(jìn)100m的成績(jī)，有效避免了洞口塌方等負(fù)面事故。中層洞段地質(zhì)條件整體穩(wěn)定，用古河HCR12液壓鉆造孔進(jìn)行梯段爆破，兩側(cè)保護(hù)層爆破流程與上層洞室一致，先用YT28手風(fēng)鉆造孔進(jìn)行光爆，再用毫秒雷管分段爆破，用潛孔鉆炮眼和光爆層組成復(fù)式網(wǎng)絡(luò)確保邊墻完整。下層洞室鉆孔爆破方法與中層相同，出碴時(shí)用CAT320C反鏟挖掘機(jī)裝車。為控制巖層穩(wěn)定性，規(guī)定起爆排數(shù)不超過4排，在鉆眼后人工檢查是否有水或松碴堵住孔口，控制爆破石飛濺危害工程和工人安全。

（四）支護(hù)技術(shù)

計(jì)劃本工程支護(hù)分為兩期進(jìn)行，一期支護(hù)延續(xù)至一半洞段完成開挖，二期支護(hù)從洞內(nèi)精細(xì)化裝修開始到竣工。一期支護(hù)的總目標(biāo)是對(duì)裸露圍巖進(jìn)行防護(hù)，提升巖層穩(wěn)定性，避免風(fēng)化掉落、塌方等安全隱患。在上層0+000到0+690m洞段頂部和邊墻用噴錨支護(hù)，逆向坡側(cè)墻用噴錨和破碎帶加掛鋼筋網(wǎng)防護(hù)；在0+690至0+2300m段使用超前錨桿打入洞基，安置隨機(jī)鋼支撐以強(qiáng)化圍巖自撐力。噴射混凝土支護(hù)、噴錨支護(hù)、錨桿支護(hù)和鋼筋網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)支護(hù)下圍巖基本穩(wěn)定，有效控制塌方，此后實(shí)行二期支護(hù)，強(qiáng)化對(duì)邊墻和頂拱的支護(hù)力度，增加隨機(jī)錨桿數(shù)量并用φ25鋼筋焊接成網(wǎng)狀，將臨時(shí)支護(hù)轉(zhuǎn)為永久支護(hù)。

（五）危險(xiǎn)地質(zhì)洞段施工技術(shù)

該導(dǎo)流隧洞工程施工難度最高的洞段位于上層，由于巖層走向近乎平行于洞軸線，斷層破裂帶、裂隙密集，涌水量大，如開挖時(shí)沒有采用合適的開挖、支護(hù)、排水措施，易發(fā)生頂板巖層崩塌，影響施工進(jìn)度和生命安全。

針對(duì)危險(xiǎn)地質(zhì)洞段設(shè)計(jì)了如下施工方案：一是先支護(hù)再刷邊，優(yōu)先用噴錨和鋼筋網(wǎng)完整固定頂拱；二是用120工字鋼彎曲制作榀間距60cm，縱向連接筋φ25，排距70cm的鋼支撐結(jié)構(gòu)，焊接固定鋼支撐和隨機(jī)錨桿；三是加強(qiáng)混凝土襯砌支護(hù)，選擇用鋼纖維摻量為42kg/m3的鋼纖維混凝土。四是針對(duì)軟巖洞段用注漿先行加固，鉆超前孔進(jìn)行積極排水，緩解塑性變形對(duì)施工造成阻礙。五是針對(duì)硬巖洞段鉆超前孔釋放地應(yīng)力。

結(jié)論：

綜上所述，本導(dǎo)流隧洞工程存在規(guī)模大、施工難度高等特點(diǎn)，必須對(duì)工程所在地地質(zhì)、水文、氣候情況進(jìn)行仔細(xì)調(diào)查，以安全和質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)制定施工方案，同時(shí)備制應(yīng)急預(yù)案和替換方案。對(duì)高難度洞段進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，選擇風(fēng)險(xiǎn)概率最小，工期和成本適中的方案，遵循“弱爆破，短進(jìn)尺，強(qiáng)支護(hù)”的技術(shù)原則引導(dǎo)施工，全力保障工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]李振晟.復(fù)雜地質(zhì)條件下特大斷面水工隧洞開挖施工技術(shù)的應(yīng)用[J].中國水運(yùn)（下半月），2016，16（09）：311-312+314.

[2]盧平，朱記偉，劉建林.復(fù)雜特殊地質(zhì)特大斷面導(dǎo)流隧洞施工技術(shù)[J].中國農(nóng)村水利水電，2016（04）：130-132+139.

[3]胡榮林，司禮山.不良地質(zhì)條件下特大斷面導(dǎo)流隧洞開挖施工技術(shù)探討[J].河南水利與南水北調(diào)，2014（06）：9-10.

作者簡(jiǎn)介：田秋芬（1983，10-），女，河南舞鋼人，本科，工程師，從事水利水電施工技術(shù)與管理.