淺析小斷面隧洞各類圍巖的人工鉆爆法施工方案

劉飛

（陜西省引紅濟(jì)石工程有限公司 陜西寶雞 712000）

淺析小斷面隧洞各類圍巖的人工鉆爆法施工方案

劉飛

（陜西省引紅濟(jì)石工程有限公司 陜西寶雞 712000）

引紅濟(jì)石工程地處太白盆地，地質(zhì)復(fù)雜多變，地下水豐富，特別是Ⅳ類以上圍巖，自身穩(wěn)定性差，隧洞成型困難，施工中容易出現(xiàn)變形、涌水、塌方等現(xiàn)象，為了避免這些現(xiàn)象的發(fā)生，引紅濟(jì)石工程針對不同圍巖類別制定不同施工方案，順利完成了8.7km人工鉆爆段的施工任務(wù)。

隧洞；人工鉆爆；施工方案

1 引紅濟(jì)石調(diào)水隧洞工程概況

引紅濟(jì)石調(diào)水工程位于陜西省寶雞市太白縣，主體工程由低壩引水樞紐和輸水隧洞兩大部分組成，隧洞全長19.71km，設(shè)計(jì)最大過水能力13.5m3/s，采用鉆爆發(fā)和雙護(hù)盾掘進(jìn)機(jī)兩種方案施工。進(jìn)口段8.7km采用鉆爆法施工，斷面為圓拱直墻行，成洞尺寸3.0×2.8（高×寬），采取一次支護(hù)貫通主洞，然后進(jìn)行二次襯砌。建成后對于有效緩解關(guān)中地區(qū)嚴(yán)重缺水局面，改善渭河生態(tài)狀況，促進(jìn)全省經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，具有十分重要的意義。

2 施工中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖施工方案

2.1 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖的開挖方案

因?yàn)閲鷰r是非均質(zhì)材料，存在裂隙，強(qiáng)度不一，夾層等問題，如采取圍巖的開挖方案不當(dāng)，會(huì)使圍巖的結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，導(dǎo)致安全隱患的出現(xiàn)，甚至產(chǎn)生安全生產(chǎn)事故。Ⅱ類至Ⅴ類圍巖的隧洞開挖斷面較小，可以采用全斷面一次性開挖，采用直掏孔，炮眼利用率按90%，周邊眼的半孔壁保存率不低于50%進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用巖石乳化炸藥，非電導(dǎo)爆管雷管起爆。Ⅱ、Ⅲ類圍巖單循環(huán)進(jìn)尺分別按2m、1.8m控制，Ⅳ、Ⅴ類圍巖單循環(huán)進(jìn)尺為1.5m。單位耗藥量Ⅱ類為1.77kg/m、Ⅲ類圍巖1.54kg/m3，Ⅳ和Ⅴ類圍巖1.17kg，控制好巖石的整體爆破效果，及時(shí)清除危石，確保安全。

2.2 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖的支護(hù)方案

（1）Ⅱ、Ⅲ類圍巖的支護(hù)形式。Ⅱ類圍巖只對局部圍巖破碎帶打隨機(jī)錨桿、掛鋼筋網(wǎng)片、噴C20混凝土，也可直接在該部位噴C20混凝土；Ⅲ類圍巖打系統(tǒng)錨桿和噴10cm厚的C20混凝土加固。

（2）穩(wěn)定性較好一點(diǎn)的Ⅳ、Ⅴ類圍巖。Ⅳ類圍巖采取打系統(tǒng)錨桿、掛鋼筋網(wǎng)片和噴10cm厚C20混凝土聯(lián)合支護(hù)。Ⅳ、Ⅴ類圍巖的系統(tǒng)錨桿準(zhǔn)22，L=2.5m，間排距1mx1m，鋼筋網(wǎng)為準(zhǔn)6的鋼筋，網(wǎng)格200mm×200mm。Ⅴ類圍巖打系統(tǒng)錨桿和掛鋼筋網(wǎng)片，立鋼拱架，最后再噴15cm厚C20混凝土。鋼拱架間距為0.6～1m，系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)的參數(shù)和Ⅳ類圍巖一樣。

（3）穩(wěn)定性較差的Ⅳ、Ⅴ類圍巖，我們的總體思路是確保施工過程中的質(zhì)量和安全得到保證，所以在施工中我們根據(jù)圍巖的實(shí)際情況，制定不同的施工方案：對松散自穩(wěn)性差的圍巖，采取短進(jìn)尺、弱爆破、及時(shí)支護(hù)；對自穩(wěn)時(shí)間較短的圍巖，出渣后立即進(jìn)行支護(hù)；對自穩(wěn)時(shí)間很短的圍巖，爆破后先噴混凝土，控制圍巖變形，出渣后按設(shè)計(jì)要求完成支護(hù)。對風(fēng)化快的巖石（如炭質(zhì)片言），清除危石后立刻進(jìn)行噴混凝土封閉（厚度3cm左右），再進(jìn)行一次支護(hù)；對于遇水易軟化的巖石（如角閃片巖）要盡快完成一次支護(hù)，嚴(yán)禁水浸泡底板，必要時(shí)對底板采用混凝土封閉。

3 不良地質(zhì)段、斷層破碎帶的施工方案

3.1 不良地質(zhì)段、斷層破碎帶的開挖方案

開挖時(shí)采用“短進(jìn)尺、弱爆破、留核心土”開挖方式，即先用楊鎬、風(fēng)鎬等沿開挖輪廓線開挖1m左右、深1m的空間，然后立即進(jìn)行噴錨支護(hù)，結(jié)束后再進(jìn)行開挖核心土。破碎帶滲、滴水開挖斷面尺寸：預(yù)留10cm的變形量，噴C20混凝土20cm后，確定開挖斷面尺寸4.0m×3.9m。對于股狀或線狀滲水、涌水開挖斷面尺寸：預(yù)留10cm的變形量，噴C20混凝土10cm后，考慮25cm的一次襯砌厚度后，確定開挖斷面尺寸4.3m×4.45m。對于涌泥采取超前管棚施工的斷面尺寸：預(yù)留10cm的變形量，噴C20混凝土10cm，考慮管棚施工需要的30cm混凝土套拱，其中包含25cm的一次襯砌厚度，開挖斷面尺寸為4.4m×4.5m。

3.2 不良地質(zhì)段、斷層破碎帶的支護(hù)方案

當(dāng)隧洞穿越不良地質(zhì)段、斷層破碎帶時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，盡量減少對圍巖的擾動(dòng)，各施工工序之間的距離盡量縮短，斷層地帶支護(hù)寧強(qiáng)勿弱，經(jīng)常檢查加固，視具體情況采取不同的超前支護(hù)措施。

（1）一次支護(hù)結(jié)合超前錨桿。對于遇水無軟化現(xiàn)象的巖層破碎帶，掌子面潮濕和滲、滴水時(shí)，采用錨桿、噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)片，鋼拱架聯(lián)合支護(hù)。錨桿采用準(zhǔn)22螺紋鋼筋，長度3.0m，間距1m×1m，噴C20混凝土厚度為20cm。對于斷層帶為破碎的大理巖或者相對堅(jiān)硬的巖石，掌子面主要為滲、滴水，無大量出水的情況時(shí)，采用超前錨桿支護(hù)配合噴錨、掛網(wǎng)及鋼拱架支護(hù)措施。

（2）超前小管棚結(jié)合超前錨桿。如果斷層巖石為遇水容易泥化的巖石，如糜棱巖、炭質(zhì)片巖，掌子面潮濕，巖石較破碎，采用超前小管棚結(jié)合超前錨桿。超前錨桿與管棚交錯(cuò)布置，并與鋼拱架焊接牢固。超前錨桿采用準(zhǔn)25錨桿，長度4.0m，搭接長度1.0m，鉆孔角度為30～45°為宜；小管棚采用準(zhǔn)42鋼管布置在隧洞拱部，長3.5m，搭接長度1.0m，配合一次支護(hù)措施。

（3）超前小導(dǎo)管注漿。如果斷層巖石為遇水容易泥化的巖石，如糜棱巖等，而且掌子面為股狀或線狀出水，出水量較大時(shí)，采用超前小導(dǎo)管注漿。超前小導(dǎo)管管徑根據(jù)鉆孔直徑選擇，一般選用準(zhǔn)42鋼管布置在隧洞拱部，長4.0m，外插腳5～7°，采用水泥砂漿或水泥玻璃漿液灌注，導(dǎo)管環(huán)向間距30～50mm，縱向兩組導(dǎo)管間搭接長度不小于1m。

（4）超前管棚支護(hù)。斷層破碎帶與堅(jiān)硬巖石接觸段容易發(fā)生涌泥、塌方時(shí)采用管棚通過。管棚的搭接長度一般為15m，斷層寬度大，可分組設(shè)置，縱向兩組管棚的搭接長度不小于3.0m。管棚一般采用準(zhǔn)108壁厚熱軋無縫鋼，環(huán)向管中心距30～40cm。同時(shí)要根據(jù)巖石級(jí)別和出水量不同進(jìn)行調(diào)整，出水量較大管棚搭接長度要適當(dāng)放長。否則：爆破后掌子面會(huì)因水流沖涮，使管棚一端懸空，導(dǎo)致塌方。

4 隧洞塌方的施工處理方案

隧洞施工中發(fā)生塌方的頻率較高，所以在塌方的處理上按“小塌清、先支后清”和“大塌穿，先棚后穿”的原則進(jìn)行。引紅濟(jì)石調(diào)水工程地處太白盆地，斷層破碎帶較多，節(jié)理、層理及裂隙發(fā)育，層面交錯(cuò)，地下水豐富、圍巖自穩(wěn)能力極差，成型困難。在施工中采用“超前臨時(shí)支撐法”方案對該隧洞塌方進(jìn)行處理，去得了不錯(cuò)的效果。具體措施如下：

（1）采用工字鋼和鋼筋預(yù)制鋼拱桁架，加強(qiáng)施工掌子面的排水。采用工字鋼（可用廢舊材料）按一定水平間距沿隧洞設(shè)計(jì)開挖線以外斜向頂部打入塌方堆積體內(nèi)，形成頂棚。

（2）采用千斤頂調(diào)整工字鋼高度，使其大致在隧洞頂拱外弧線上，并用圓木支撐固定。采用預(yù)制鋼拱桁架支撐替換圓木支撐，用千斤頂進(jìn)一步調(diào)整工字鋼高度，使其在鋼拱桁架的外弧線上。

（3）在臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)的保護(hù)下，邊挖邊撐，將隧洞設(shè)計(jì)開挖線內(nèi)的塌碴逐段清除。在清除塌碴的同時(shí)，為了避免前方塌方堆積體發(fā)生坍塌，應(yīng)采用鋼管、板枋材、木樁或工字鋼等將掌子面塌方堆積體支撐牢固。各個(gè)支撐構(gòu)件，均不得侵占襯砌斷面。襯砌后不再拆除。

5 總結(jié)

隧洞工程屬于地下隱蔽工程，施工過程中不確定性因素較多，存在很大風(fēng)險(xiǎn)性，因此在隧洞施工中必須采取有效的措施，制定切實(shí)可行的施工方案，確保隧洞施工安全。

U455.41

A

1004-7344（2016）13-0127-01

2016-4-10

劉飛（1978-），男，助理工程師，大專，主要從事農(nóng)田水利灌溉，水政執(zhí)法工作。