復(fù)雜地質(zhì)條件下大斷面隧洞交叉口快速開挖技術(shù)

陳 錫 琪

(廈門安能建設(shè)有限公司，福建 廈門 361004)

復(fù)雜地質(zhì)條件下大斷面隧洞交叉口快速開挖技術(shù)

陳 錫 琪

(廈門安能建設(shè)有限公司，福建 廈門 361004)

橙子溝水電站引水隧洞和2號支洞交叉口圍巖復(fù)雜、開挖空間大，為此采取超前錨固、分區(qū)開挖、加強(qiáng)支護(hù)、跟蹤監(jiān)測的方法，安全、快速的完成了開挖施工，為隧洞施工創(chuàng)造了作業(yè)面，該方法安全性好、施工速度快，施工難度小，可作為同類工程的參考。

復(fù)雜地質(zhì),大斷面隧洞,快速開挖

1 概述

白龍江橙子溝水電站位于白龍江甘肅省隴南市境內(nèi)，為徑流引水式電站。工程樞紐主要建筑物由泄洪沖沙閘(兼導(dǎo)流明渠)、左岸堆石壩、右岸岸邊式電站進(jìn)水口，引水發(fā)電隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、發(fā)電廠房及開關(guān)站等建筑物組成。

引水發(fā)電隧洞全長約17.2 km，圓形斷面、開挖洞徑為12.1 m，Ⅲ類、Ⅳ類圍巖采用鋼筋混凝土全斷面砌襯。隧洞沿線共布置6條施工支洞。其中2號施工支洞開挖斷面為8.0 m×7.0 m(寬×高)、城門洞型，與引水隧洞相交于引4+524樁號，引水隧洞和2號支洞交叉口開挖完成后，形成上、下游兩個工作面，負(fù)責(zé)引水隧洞2+630～5+547段的施工。

引水隧洞和2號支洞相交部位巖層多為薄層石英黑云母片巖和炭質(zhì)千枚巖，近水平層理，呈薄層狀褶皺，巖質(zhì)較軟、片理發(fā)育，局部呈片理化千枚夾層，巖體中斷裂較發(fā)育，主要為層間擠壓帶和層面裂隙，有破碎帶，局部有滲水，巖體整體屬Ⅳ類，地質(zhì)條件復(fù)雜。

2 開挖的難點(diǎn)分析

1)引水隧洞開挖直徑10.2 m、圓形斷面，2號支為城門洞型斷面，相交后形成約200 m2的空間，整體穩(wěn)定性差；且頂拱相交位置形成尖角，極易產(chǎn)生應(yīng)力集中和卸荷裂隙。

2)地質(zhì)條件復(fù)雜，以薄層石英云母片巖和炭質(zhì)千枚巖為主且有裂隙發(fā)育的破碎帶，隧洞錨噴支護(hù)、鋼支撐等外部加強(qiáng)支護(hù)必須要與開挖同時進(jìn)行。

3)開挖形成的斷面必須滿足自卸車出渣車輛，裝載機(jī)裝車需要，才能形成快速出渣和快速開挖的條件。

4)此部位作為隧洞開挖時的關(guān)鍵通道，必須確保整個施工期內(nèi)的安全。

3 交叉口施工方案

經(jīng)綜合考慮上述難度，同時為保證快速完成交叉口，實(shí)現(xiàn)引水隧洞上、下游兩個作業(yè)面同時施工，采取“提前鎖口，超前支護(hù)、分區(qū)開挖、加強(qiáng)支護(hù)、跟蹤監(jiān)測”的方案。即：

1)為保證交叉段鋼支撐的整體受力，對主洞頂拱部位進(jìn)行局部擴(kuò)挖，擴(kuò)挖既要滿足主洞設(shè)計(jì)開挖體型要求，又要保證主洞鋼支撐將受力傳到支洞增設(shè)的最后一榀鋼支撐。為保證行車安全對2號支洞與主洞的拐角處進(jìn)行斜角開挖。

2)交叉開挖前完成2號支洞口鋼支撐、網(wǎng)噴混凝土加強(qiáng)支護(hù)措施并對頂拱采用超前錨桿進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

3)將交叉口分三個區(qū)，分區(qū)、分塊開挖，支護(hù)跟隨開挖及時施工。即開挖滿足體型要求后立即進(jìn)行鋼支撐、網(wǎng)噴混凝土支護(hù)，上一循環(huán)強(qiáng)支護(hù)完成后才能進(jìn)行下一循環(huán)的開挖。具體分區(qū)開挖如下：

第一步：完成施工支洞口的鎖口錨桿和施工支洞加強(qiáng)段的鋼支撐、網(wǎng)噴混凝土支護(hù)(2號支洞口的加強(qiáng)支護(hù))；

第二步：從施工支洞掌子面順施工支洞方向繼續(xù)開挖至主洞另一側(cè)，開挖時必須在主洞另一側(cè)預(yù)留2.0 m左右的保護(hù)層。對施工支洞與主洞的拐角處進(jìn)行斜角開挖，保證施工期的行車安全(Ⅰ區(qū)開挖、支護(hù))；

第三步：從主洞內(nèi)部已開挖部位(Ⅰ區(qū))順主洞方向朝上游開挖，開挖時鉆孔上傾向頂部擴(kuò)大，直至主洞的設(shè)計(jì)開挖線。主洞上層全部達(dá)到設(shè)計(jì)開挖線后繼續(xù)向上游開挖3 m～4 m，保證安裝完整的上層鋼支撐5榀，并對鋼支撐進(jìn)行網(wǎng)噴支護(hù)(Ⅱ區(qū)開挖、支護(hù))；

第四步：從主洞上游側(cè)支護(hù)完成部位(Ⅱ區(qū)上游側(cè))，順主洞方向朝下游開挖，支護(hù)與開挖交替進(jìn)行，每循環(huán)的開挖結(jié)束后立即進(jìn)行鋼支撐、網(wǎng)噴混凝土支護(hù)。向下游的開挖和支護(hù)直至在支洞下游側(cè)的主洞內(nèi)安裝5榀完整的上層鋼支撐(Ⅲ區(qū)開挖、支護(hù))。

剖面圖見圖1，平剖圖見圖2。

4 施工方法

1)Ⅰ區(qū)洞挖施工。

Ⅰ區(qū)開挖斷面與施工支洞末端的開挖斷面相同。即：8 m×7 m(寬×高)，開挖采用手風(fēng)鉆水平鉆孔，循環(huán)進(jìn)尺1.5 m，周邊光面爆破。單耗取0.92 kg/m3左右。掏槽型式采用楔形掏槽，掏槽孔間排距50 cm×70 cm，孔深3.5 m；光爆孔間距50 cm，孔深3.0 m，線裝藥密度150 g/m；主爆孔間排距80 cm×120 cm，孔深3.2 m；爆破網(wǎng)絡(luò)采用非電毫秒延期雷管微差延時網(wǎng)絡(luò)電力起爆。

2)Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)洞挖施工。

Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)采用短進(jìn)尺的開挖法，手風(fēng)鉆水平鉆孔，循環(huán)進(jìn)尺2.0 m，周邊光面爆破。掏槽型式采用楔形掏槽，掏槽孔間排距50 cm×70 cm，孔深1.5 m；光爆孔間距50 cm，線裝藥密度150 g/m～200 g/m；主爆孔間排距80 cm×100 cm，孔深2.0 m單耗取0.98 kg/m3左右；爆破網(wǎng)絡(luò)采用非電毫秒延期雷管微差延時網(wǎng)絡(luò)電力起爆。

3)支護(hù)施工。

交叉段的支護(hù)與開挖同時進(jìn)行，支護(hù)項(xiàng)目主要包括：噴射混凝土(噴射素混凝土、掛網(wǎng)噴混凝土)、系統(tǒng)錨桿、鋼支撐及隨機(jī)支護(hù)。具體部位為：

在施工支洞內(nèi)與主洞相交的10 m范圍采用鋼支撐、網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。鋼支撐間距1.0 m，靠主洞側(cè)的四榀加密，前三榀間距為50 cm，緊靠主洞的一榀間距為15 cm。此部位鋼支撐的鎖腳錨桿16根(φ25，L=4.5 m)，鋼支撐間掛鋼筋網(wǎng)(φ6.5@20 cm×20 cm)，連接筋加固(φ25，間距0.8 m)，噴混凝土20 cm。

在2號施工支洞與主洞相交的邊墻和頂拱，在開挖主洞前采用鎖口錨桿(φ25，L=6.0 m,入巖5.9 m)進(jìn)行加固，鎖口錨桿2排，間排距0.5 m×0.5 m，梅花形布置。

在主洞中心線以上范圍內(nèi)增加超前錨桿，超前錨桿間距0.5 m(φ25，L=4.5 m)。

主洞內(nèi)鋼支撐采用18號工字鋼，間距0.8 m，鎖腳錨桿上層為22根(交叉口部位為16根)。主洞交叉口鋼支撐與支洞鋼支撐進(jìn)行對接并焊接牢固。鋼支撐連接筋加固(φ25間距1.0 m)，掛鋼筋網(wǎng)(φ6.5@20 cm×20 cm)，噴混凝土20 cm。

在主洞內(nèi)根據(jù)實(shí)際圍巖情況增加隨機(jī)錨桿(錨桿φ25，L=6.0 m～4.5 m)和隨機(jī)排水孔(φ50，L=3.5 m)。

4)跟蹤監(jiān)測措施。

為確保隧洞開挖安全，在交叉口開挖期間，隧洞交叉點(diǎn)、上下游各4 m，設(shè)置3排臨時變形觀測點(diǎn)，采用測量儀器進(jìn)行變形監(jiān)測，每天觀測2次。

開挖完成后，在上述部位埋設(shè)收斂變形監(jiān)測點(diǎn)，作為施工期變形監(jiān)測，保證隧洞施工人員的安全。

5 結(jié)語

通過以上措施，保證了隧洞交叉口開挖的安全、順利，僅用兩周就完成了交叉口的開挖、支護(hù)，為引水隧洞的開挖創(chuàng)造了有利的條件。開挖施工方法和采取的措施可作為同類工程施工的參考。

[1] DL/T 5099—2011,水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] 劉桃紅,張 瞳.橙子溝水電站調(diào)壓井固結(jié)灌漿施工技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014(9):66-67.

[3] 竇亞民.對復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道施工技術(shù)管理的探討[J].經(jīng)營管理者,2011(1):51-53.

Analysisofrapidexcavationtechnologyoflargesectiontunnelintersectionundercomplicatedgeologicalconditions

ChenXiqi

(XiamenAnnengConstructionCo.,Ltd,Xiamen361004,China)

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1009-6825(2017)28-0180-02

2017-07-26

陳錫琪(1979- )，男，工程師

U455

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