Ⅴ類圍巖隧洞交叉口段施工方法探討

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(1.中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院， 貴陽 550081； 2.四川子禾工程技術(shù)有限公司， 成都 610041)

Ⅴ類圍巖隧洞交叉口段施工方法探討

王學(xué)勛1，季翔2

(1.中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院， 貴陽 550081； 2.四川子禾工程技術(shù)有限公司， 成都 610041)

隧洞交叉口段(岔口段)的施工跨度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在安全風(fēng)險(xiǎn)，無自穩(wěn)性的Ⅴ類圍巖交叉口段更是安全施工的重點(diǎn)。本文根據(jù)四川木里河上通壩水電站引水隧洞3號(hào)施工支洞與引水主洞交叉口段的成功施工經(jīng)驗(yàn)，分析、總結(jié)了該類工程的施工方法，保證了在Ⅴ類圍巖中安全完成交叉口的施工任務(wù)。

無自穩(wěn)性； Ⅴ類圍巖； 交叉口； 施工方法

1 工程概況

上通壩水電站為低閘引水式電站，額定引用流量107.7m3/s，電站裝機(jī)240MW (3×80MW)。電站引水隧洞位于木里河右岸，圓形，襯砌后過水直徑為6.2m,全長21.75km，共設(shè)置8條施工支洞。3號(hào)施工支洞為城門洞形，成型規(guī)格為4.5m×5.3m,長438m，支洞K0+000～K0+130段坡度為1.3%，K0+130～K0+438段坡度為1.6%。引水隧洞主洞交點(diǎn)里程為引6+608m，支洞與主洞軸線水平夾角上游側(cè)為80°。

交叉口段地質(zhì)揭示為里朵2號(hào)斷層破碎帶影響帶，圍巖以碳質(zhì)板巖為主，間夾團(tuán)塊狀灰?guī)r，且間夾斷層泥，巖石強(qiáng)度低，圍巖巖體破碎，圍巖自穩(wěn)條件極差，地下水活動(dòng)以串珠狀水流為主，局部線狀流水，屬V類圍巖段，無自穩(wěn)性。

2 施工方案

引水主洞開挖跨度7.8m，圍巖無自穩(wěn)，尤其支洞與主洞所夾部位經(jīng)開挖擾動(dòng)，基本失去承受荷載的能力。引水洞襯砌后斷面為6.2m，施工順序?yàn)槌跗陂_挖支護(hù)完成后進(jìn)行襯砌，初期支護(hù)裸露時(shí)間較長。為了防止引水主洞圍巖變形過大，因此預(yù)留底拱120°范圍不開挖，對(duì)應(yīng)水平寬度為6.4m，抑制變形的同時(shí)滿足引水主洞施工通行的通道寬度要求。

根據(jù)交通運(yùn)輸要求，支洞臨近與主洞交界面10m時(shí)開始擴(kuò)挖，擴(kuò)挖線與洞軸線夾角為9°，至交界面處支洞擴(kuò)挖寬度為8m。交叉口引水主洞部分采取先開挖支護(hù)中導(dǎo)洞部位，待中導(dǎo)洞部位開挖支護(hù)完成后，開始引水隧洞上、下游的擴(kuò)挖。交叉口過渡段初定為2倍洞徑寬度即14m(詳見圖1)。

圖1 交叉口平面布置單位：mm

3 具體施工措施

3.1 交叉口支洞部分施工

支洞采取上、下分層開挖，自K0+428樁號(hào)開始漸變，逐漸加寬至K0+438段(寬8m)，開挖循環(huán)進(jìn)尺控制在0.7m左右。具體支護(hù)參數(shù)如下(見下頁圖2)：

a.在頂拱120°范圍內(nèi)，施工超前小導(dǎo)管φ42mm，δ=3.5mm，L=4.5m@30cm，搭接長度2.5m。小導(dǎo)管注漿漿液濃度一般選擇1∶1，單孔注漿壓力一般為0.5～1.0MPa(根據(jù)圍巖情況現(xiàn)場確定，一般先從小壓力開始)。若注漿量大且壓力長時(shí)間不升高，應(yīng)采取加大漿液濃度或者改為砂漿注入。若注漿壓力達(dá)到終壓后并穩(wěn)定10min以上，或達(dá)到設(shè)計(jì)量的80%以上時(shí)，即可結(jié)束該孔注漿。注漿結(jié)束后，用預(yù)縮砂漿封堵孔口及周圍裂隙，防止?jié){液倒流。

b. I14鋼支撐間距為60cm, 鎖腳錨桿為φ25，L=4.5m，連接筋為φ22，環(huán)向間距為40cm，縱向兩端搭接20cm；噴混凝土C20，厚度t為20cm，φ6.5mm鋼筋網(wǎng)網(wǎng)格間距20cm×20cm。

c.φ25系統(tǒng)錨桿間距2m按梅花形布置，每根長度L=4.5m，間距2m×2m。

d. 在滲水邊墻、邊頂拱部位增設(shè)排水孔，φ42，L=3m，頂部排水孔垂直開挖面，排水孔上仰5～8°。

圖2 支洞與引水主洞交界面K+0+438開挖支護(hù)示意單位：mm

3.2 支洞與主洞交界面的加強(qiáng)處理

考慮到交界面支洞部分的支撐要承受主洞開挖卸載后傳遞過來的荷載，因此對(duì)交界面的支洞支護(hù)采取加強(qiáng)措施，即采用I16型鋼代替I14型鋼，同時(shí)將2榀鋼支撐焊接為一個(gè)整體，同時(shí)鎖腳錨桿改為鎖腳小導(dǎo)管(φ42mm，δ=3.5mm，L=4.5m)。在頂拱180°范圍內(nèi)，施工超前小導(dǎo)管φ42mm，δ=3.5mm，L=4.5m@30cm，搭接長度2.5m。

3.3 交叉口引水支洞中導(dǎo)洞部位的開挖支護(hù)

中導(dǎo)洞的開挖支護(hù)必須及時(shí)跟進(jìn)，分區(qū)開挖支護(hù)順序如下(見圖3)：

a.首先開挖A區(qū)，寬度4.9m，即中導(dǎo)洞開挖。第一次開挖深度為4m左右，以施工第1段鋼支撐為宜；第二次開挖為3.15m左右，以施工第2段鋼支撐為宜。施工期間為了保證絕對(duì)安全，支護(hù)時(shí)可采取鋼支撐特制臺(tái)車防護(hù)。

b.然后開挖B區(qū)，開挖深度為預(yù)留的120°底板范圍，以施工第3段鋼支撐為宜。

c. A區(qū)和B區(qū)支護(hù)完成后開挖C區(qū)。

d. D區(qū)預(yù)留，作為交通、排水等通道，預(yù)留高度根據(jù)實(shí)際需要確定，本工程為120°。

圖3 交叉口中導(dǎo)洞部位開挖支護(hù)分區(qū)剖面單位：mm

I16鋼支撐支護(hù)時(shí)按設(shè)計(jì)要求分節(jié)將事先加工好的型鋼鋼架運(yùn)至開挖面，采用人工拼裝架立。安裝前先對(duì)開挖面進(jìn)行檢測，如有欠挖及時(shí)進(jìn)行處理，鋼架安裝時(shí)其中線、標(biāo)高和垂直度必須滿足規(guī)范要求。每節(jié)鋼架間用25cm×30cm連接鋼板進(jìn)行連接，并連接牢固。噴射混凝土混合料按配合比攪拌均勻后方能運(yùn)至施工現(xiàn)場。

每開挖循環(huán)支護(hù)參數(shù)與支洞和引水支洞交界面的支護(hù)參數(shù)基本一致，具體以設(shè)計(jì)圖紙明示參數(shù)為準(zhǔn)。

3.4 交叉口引水隧洞過渡部分的開挖支護(hù)

對(duì)于Ⅴ類圍巖中圓形隧洞不宜全斷面開挖，一般采取上、下分層開挖同時(shí)底部預(yù)留部分，在防止開挖變形過大的同時(shí)保證排水和交通等需要。

交叉口引水隧洞過渡部分的開挖采取上、中、下三層開挖。首先開挖上層即圖3中的A區(qū)，并及時(shí)支護(hù)。其次開挖中層即圖3中的B和C區(qū)。最后開挖底拱即圖3中的D區(qū)，一般初期開挖支護(hù)時(shí)不開挖，在襯砌前開挖撿底，不支護(hù)。

上、中層的支護(hù)參數(shù)基本和支洞與引水主洞交界面的支護(hù)參數(shù)相同，實(shí)際施工中根據(jù)圍巖節(jié)理裂隙情況、是否滲水等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

由于上、下游工作面相距較近，從安全角度考慮，一般采取單向工作面開挖，非爆破作業(yè)，上、下游可同時(shí)作業(yè)。為了安全及控制圍巖變形，開挖支護(hù)采取的原則仍然為上下分層施工。

3.5 其他需要注意的事項(xiàng)

a.測量放線：在進(jìn)入主洞前，對(duì)前期的坐標(biāo)控制點(diǎn)及高程控制點(diǎn)應(yīng)進(jìn)行復(fù)測，確認(rèn)無誤后使用。利用坐標(biāo)控制點(diǎn)及高程控制點(diǎn)放出隧洞中線及開挖輪廓線，然后在開挖面上按爆破設(shè)計(jì)圖放出炮孔位置。

b.鉆孔：采用自制鉆爆臺(tái)車按事先布好的孔位進(jìn)行人工鉆孔，孔位偏差不應(yīng)大于5cm，孔深必須符合設(shè)計(jì)要求。

c.炮孔檢查：在裝藥前，對(duì)鉆孔質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢查，必須達(dá)到“準(zhǔn)、直、平、齊”要求，符合要求后才能進(jìn)行裝藥，保證爆破效果。

d.裝藥爆破：圍巖類別為Ⅳ類，應(yīng)嚴(yán)格控制爆破裝藥量，減少對(duì)圍巖擾動(dòng)，確保施工安全。

e.通風(fēng)排煙：爆破后應(yīng)立即開啟風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，排除洞內(nèi)煙塵，并進(jìn)行有毒有害氣體監(jiān)測，在確保洞內(nèi)空氣清新、安全后作業(yè)人員才能進(jìn)入洞內(nèi)施工。

f.安全處理：炮工進(jìn)洞后及時(shí)進(jìn)行找頂，排除拱頂、邊墻及掌子面的危石，如圍巖穩(wěn)定性較差，先初噴5cm厚的C20混凝土對(duì)巖面進(jìn)行暫時(shí)封閉，保證施工安全。

g.施工過程中應(yīng)定期和不定期進(jìn)行洞內(nèi)有毒、有害氣體的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常及時(shí)撤出人員，以免發(fā)生有害氣體中毒事件。

h.對(duì)超挖部位必須使用混凝土充填密實(shí)，不能留有空腔，超挖較多的部位須增加錨桿，使巖體與鋼支撐共同承載受力。

i.對(duì)施工人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，配備勞動(dòng)保護(hù)用品。加強(qiáng)用電管理，供用電設(shè)施要有安全可靠的接地裝置。雨天施工時(shí)，加強(qiáng)施工人員的安全監(jiān)護(hù)管理，電焊機(jī)、電源、開關(guān)等電器設(shè)備均需設(shè)置防護(hù)罩，工作場所搭設(shè)防護(hù)棚或采取其他防護(hù)措施。低溫天氣需采取可靠的抗凍保暖等勞動(dòng)保護(hù)措施。

4 結(jié) 語

對(duì)于Ⅴ類圍巖隧洞施工段，必須遵循“短進(jìn)尺、弱爆破和強(qiáng)支護(hù)”的原則。對(duì)于自穩(wěn)性差或者無自穩(wěn)性的圍巖，一般應(yīng)采取分層開挖或預(yù)留核心土施工。不同的跨度、圍巖類型和滲水大小等都對(duì)隧洞交叉口段施工有影響。因此，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，合理設(shè)計(jì)施工參數(shù)，并確保施工質(zhì)量，保證隧洞交叉口段的安全施工。對(duì)于交叉口轉(zhuǎn)彎半徑的計(jì)算要充分考慮大體積且不能拆卸的施工設(shè)備的行走影響，確保不影響后續(xù)施工。

隧洞交叉口段的施工關(guān)鍵是大跨度隧洞側(cè)的頂部支護(hù)和岔口部位的加固，頂部采用小導(dǎo)管施工就是保證在開挖后圍巖應(yīng)力重新調(diào)整引起變形前在開挖輪廓線外一定范圍內(nèi)形成具有一定承載強(qiáng)度的拱圈。分層開挖是減少圍巖擾動(dòng)影響的有效措施，另外鋼支撐的制作加工的準(zhǔn)確性和分段間連接質(zhì)量也是關(guān)鍵。對(duì)于有滲水的部位，必須增設(shè)排水孔釋放內(nèi)水，降低內(nèi)水壓力的同時(shí)提高周圍圍巖的穩(wěn)定性。

Discussion of Construction Method in Class Ⅴ Surrounding Rock Tunnel Crossing Section

WANG Xue-xun1, JI Xiang2

(1.China Hydropower Engineering Consulting Group Guiyang Survey and Design Institute, Guiyang 550081,China; 2. Sichuan Zihe Technique Engineering Co., Ltd.,Chengdu 610041, China)

Tunnel crossing section (fork section) is characterized by large construction span, complex structure and security risk. Class V surrounding rock crossing section without self-stability is critical for safe construction. Construction method of the projects is analyzed and summarized according to successful construction experience of Sichuan Muli River Shangtongba Hydropower Station Water Diversion Tunnel No. 3 Construction Branch Cave and Water Diversion Main Cave Crossing Section in the paper, thereby ensuring safe completion of construction task of crossing in class V surrounding rock.

self-stability; class Ⅴ surrounding rock; crossing; construction method

TV52

A

1005-4774(2014)08-0012-04