小斷面復(fù)雜地質(zhì)圍巖排水隧洞開(kāi)挖支護(hù)技術(shù)研究

文/岑東東 武漢大學(xué) 湖北武漢 430000 中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第三工程有限公司 陜西西安 710000

1、工程概述

某水利工程邊坡治理地下排水隧洞洞總長(zhǎng)1003m，開(kāi)挖尺寸：Ⅴ類圍巖按照4.5m×4.8m斷面進(jìn)行開(kāi)挖，Ⅳ類圍巖按照4.0m×4.55m進(jìn)行開(kāi)挖，混凝土襯砌后凈斷面尺寸均為3.5m×4.0m。

2、施工重難點(diǎn)及對(duì)策

2.1 施工重難點(diǎn)

該水利工程邊坡治理地下排水洞具有洞挖斷面小、線路較長(zhǎng)、地質(zhì)條件差（以Ⅴ類圍巖為主，圍巖穩(wěn)定性差）、工期緊等特點(diǎn)，圖紙地質(zhì)資料顯示，各排水洞上游部分洞段為Ⅴ類圍巖，巖層走向與隧道軸線小夾角，開(kāi)挖后圍巖穩(wěn)定性差，對(duì)隧洞開(kāi)挖成洞非常不利，安全問(wèn)題突出，不利于隧洞的快速掘進(jìn)。因此，研究小斷面、長(zhǎng)線路、差圍巖條件下隧洞安全快速掘進(jìn)技術(shù)，是本項(xiàng)目施工的一大重點(diǎn)。根據(jù)本工程邊坡治理一期工程的另一條同類型后緣截水洞開(kāi)挖經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)挖過(guò)程中如果支護(hù)不及時(shí)或因地質(zhì)缺陷，可能造成塌方，如何有效避免洞室塌方是本工程施工的一個(gè)重點(diǎn)及難點(diǎn)。

2.2 主要對(duì)策

隧洞開(kāi)挖采用周邊光爆技術(shù)，遵循“新奧法、少擾動(dòng)、早噴錨、勤量測(cè)、緊封閉” 的原則，避免因支護(hù)不及時(shí)而發(fā)生坍塌。施工前，合理規(guī)劃隧洞通風(fēng)和照明系統(tǒng)，對(duì)洞內(nèi)施工機(jī)械和配套設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化選型，施工期間，狠抓工序銜接，加強(qiáng)施工期安全監(jiān)測(cè)和排水，確保隧洞安全快速施工。本地下排水洞與后緣截水洞巖層情況相似，根據(jù)后緣截水洞塌方處理的經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)挖完成后，支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)，避免因支護(hù)不及時(shí)而造成塌方。根據(jù)本隧洞復(fù)雜的地質(zhì)條件，編制切合實(shí)際的預(yù)案，如遇地質(zhì)缺陷問(wèn)題，可根據(jù)預(yù)案及時(shí)處理。

3、開(kāi)挖施工方法

3.1 施工方法

（1）開(kāi)挖采用全斷面鉆爆法開(kāi)挖，氣腿鉆造孔，設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線光爆成型。

（2）采用扒渣機(jī)或裝載機(jī)裝渣，農(nóng)用自卸汽車運(yùn)渣至洞外轉(zhuǎn)渣平臺(tái)后，裝載機(jī)或1.0m3反鏟裝渣，15t自卸汽車運(yùn)至指定渣場(chǎng)。

（3）該地下排水洞圍巖主要為千枚巖，遇水后泥化嚴(yán)重，嚴(yán)重影響圍巖的穩(wěn)定和洞內(nèi)交通，滲水處理以泵機(jī)抽排為主，通過(guò)排水孔將圍巖地下水引至底板兩側(cè)排水溝內(nèi)，匯集后主要采用水泵抽排出隧洞。

3.2 施工程序

本排水洞洞挖支護(hù)布置兩個(gè)工作面，上、下游工作面同時(shí)進(jìn)行施工。洞口邊坡開(kāi)挖支護(hù)施工完成后進(jìn)行開(kāi)挖進(jìn)洞，開(kāi)挖進(jìn)洞時(shí)鋼拱架緊貼洞口開(kāi)挖面進(jìn)行支護(hù)，洞口主要采用超前錨桿進(jìn)行支護(hù)，如遇圍巖較差時(shí)，可采用管棚支護(hù)圍巖，支撐作業(yè)緊跟開(kāi)挖作業(yè)，穩(wěn)步前進(jìn)。

隧洞開(kāi)挖按照“新奧法”工藝施工，初期支護(hù)視圍巖類別情況采取不同的施工程序，對(duì)Ⅲ類圍巖，開(kāi)挖爆破后進(jìn)行隨機(jī)支護(hù)和安全處理，根據(jù)實(shí)際情況，系統(tǒng)支護(hù)適時(shí)跟進(jìn)；對(duì)Ⅳ～Ⅴ類圍巖采用“預(yù)支護(hù)，短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的施工方案，一循環(huán)一支護(hù)。

3.3 工藝流程

Ⅲ類圍巖開(kāi)挖支護(hù)工藝流程如圖3-1，Ⅳ、Ⅴ類圍巖開(kāi)挖支護(hù)工藝流程如圖3-2。

圖3-1 排水洞Ⅲ類圍巖施工工藝流程

3.4 圍巖支護(hù)

Ⅲ類圍巖洞段，斷面開(kāi)挖每排炮結(jié)束后，對(duì)穩(wěn)定性差的局部巖體及時(shí)進(jìn)行清撬和隨機(jī)錨噴支護(hù)，系統(tǒng)支護(hù)、系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)及噴砼可滯后開(kāi)挖作業(yè)施工；Ⅳ類和Ⅴ類圍巖洞段超前支護(hù)和系統(tǒng)支護(hù)跟進(jìn)工作面。

圖3-2 排水洞Ⅳ、Ⅴ類圍巖施工工藝流程

3.5 具體處理措施

因千枚巖巖體形狀，在洞挖過(guò)程中，既有可能遇見(jiàn)不良地質(zhì)洞段，如遇此種情況，其開(kāi)挖支護(hù)方式應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，具體參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)確定。根據(jù)本項(xiàng)目一期后緣截水洞開(kāi)挖支護(hù)經(jīng)驗(yàn)，二期排水洞若出現(xiàn)下述情況，預(yù)采取如下措施有：超前錨桿、超前小導(dǎo)管、調(diào)整鋼拱架間距、減小開(kāi)挖進(jìn)尺、增加副拱、增設(shè)隨機(jī)排水孔、固結(jié)灌漿等。

結(jié)語(yǔ)：

小斷面復(fù)雜地質(zhì)隧洞施工主要依賴小型機(jī)具施工，工效低、工期長(zhǎng)，受狹小工作面、勞動(dòng)生產(chǎn)率低的制約，小斷面復(fù)雜地質(zhì)隧洞施工關(guān)鍵技術(shù)在于如何結(jié)合隧洞圍巖地質(zhì)情況合理選用滿足開(kāi)挖支護(hù)施工技術(shù)保障措施，本文通過(guò)具體的隧洞施工實(shí)踐，成功在常規(guī)隧洞施工理論基礎(chǔ)上結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際合理優(yōu)化技術(shù)方案，高質(zhì)高效完成項(xiàng)目施工，并形成經(jīng)驗(yàn)總結(jié)為今后類似小斷面隧洞施工方案選擇參考提供依據(jù)。