中小斷面引水隧洞不良地質洞段施工處理措施

趙繼燾

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅蘭州730030）

1 工程及地質概況

1.1 工程概述

青海省引大濟湟工程北干渠扶貧灌溉二期工程為湟水北干渠的續建配套工程，工程任務是以城鎮生活、農業灌溉為主，兼顧生態用水，為Ⅱ等大(2)型水利工程，工程控制面積2.66萬hm2，其中農田灌溉面積2.45萬hm2，林地灌溉面積0.21萬hm2。項目區包括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，本工程的地質條件較好，但也存在地質破碎帶和斷層帶。本標段隧洞共17座，隧洞總長31 600.88 m，為保證隧洞正常施工，不良地質條件下的安全施工措施是本工程地下工程施工的重點及難點所在。

2 隧洞不良地質洞段施工

2.1 不良地質段施工方法

本標段隧洞圍巖不良地質段以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、水質等變化情況，并將勘探過程記錄及勘探成果上報監理工程師；根據巖體的強度及完整程度、涌水壓力和涌水量，選擇采用掌子面周邊淺孔超前小導管注漿（φ40，L=3.0 m）、深孔全封閉固結止水注漿（帷幕堵水注漿）（φ100，L=6.0 m）及其他處理措施，同時及時將技術方案措施報告監理工程師和設計師等，并邀請有關專家到現場進行會診，確定最合理的、有效的處理措施。

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

根據設計圖紙，斷層破碎帶施工方法：一是開挖采用“短進尺、多循環、弱爆破”的施工方式，控制循環進尺為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；三是支護采用導管法、鋼拱架強有力的支護措施；四是在噴混凝土之前利用三壁鉆機鉆排水孔，并且安設引水管，以利噴混凝土支護；五是支護后立即進行破碎帶處理混凝土澆筑。

2.2 不良地質段開挖支護施工主要安全工藝措施

對于不良地質洞段的施工，整體要遵循“短進尺、多循環、弱爆破、快支護、勤觀測”的原則，在確保施工安全的前提下，科學合理地度過不良地質洞段，確保工程質量。

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。具體施工方法為事先沿著鋼拱架外輪廓線進行鉆孔，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，環向間距@=0.3 m），導管向上傾角為5～15°，管口位置處于開挖輪廓線以外5～15 cm處，管棚相鄰循環搭接長度≥1.0 m。通過注漿機將水泥漿液（1∶1）高壓注入圍巖裂隙，較短時間內在拱頂范圍形成一個完整性較好的拱殼，為后續鋼拱架及噴錨支護起到安全保障作用。

2.2.2 鋼拱架支撐 本標段采用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＜±2 cm。鋼支撐安裝工藝要求：為保證鋼支撐置于穩固的地基上，施工中在鋼支撐基腳部位預留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槽鋼以增加基底承載力；鋼支撐平面應垂直于隧洞中線，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 圍巖噴錨支護技術 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，防止圍巖在短期內松弛剝落。在錨桿、掛網、鋼架支撐安設完成后復噴砼到設計厚度，噴砼采用混凝土PZ-6型干噴機進行噴射作業。

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

噴砼厚度按圖紙設計要求，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。

2.3 塌方處理措施

如果圍巖情況較為破碎，完整性差，出現塌方情況也是施工過程中不可避免的。應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行超前注漿，以穩固前方圍巖，加強其完整性；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1～2層，再進行豎直方向和側向支撐；五是對該段進行掛網噴錨支護，視情況可采用全斷面雙層鋼筋網片，噴砼厚度也可適度加厚；六是對該段局部分層進行回填灌漿處理，灌漿范圍為頂部180°范圍內，灌漿厚度為0.60～1.0 m，灌漿次序為先側墻、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；若塌方覆蓋層厚度小于0.50 m時，可將漿液黏稠度上調。

3 結束語

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，因此隧洞工程地質狀況十分復雜多變，遭遇不良地質非常常見，但在多數情況下不良地質洞段是可預防、可控制、可避免的。因此，為保證施工安全和質量，施工過程中的地質預測、預報必不可少，合理、安全的處理不良地質洞段，把不良地質洞段對于隧洞施工安全、施工質量、成本控制、工期影響的負面影響消除到最低程度。