Ⅴ类围岩隧洞交叉口段施工方法探讨

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(1.中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院， 贵阳 550081； 2.四川子禾工程技术有限公司， 成都 610041)

Ⅴ类围岩隧洞交叉口段施工方法探讨

王学勋1，季翔2

(1.中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院， 贵阳 550081； 2.四川子禾工程技术有限公司， 成都 610041)

隧洞交叉口段(岔口段)的施工跨度大、结构复杂，存在安全风险，无自稳性的Ⅴ类围岩交叉口段更是安全施工的重点。本文根据四川木里河上通坝水电站引水隧洞3号施工支洞与引水主洞交叉口段的成功施工经验，分析、总结了该类工程的施工方法，保证了在Ⅴ类围岩中安全完成交叉口的施工任务。

无自稳性； Ⅴ类围岩； 交叉口； 施工方法

1 工程概况

上通坝水电站为低闸引水式电站，额定引用流量107.7m3/s，电站装机240MW (3×80MW)。电站引水隧洞位于木里河右岸，圆形，衬砌后过水直径为6.2m,全长21.75km，共设置8条施工支洞。3号施工支洞为城门洞形，成型规格为4.5m×5.3m,长438m，支洞K0+000～K0+130段坡度为1.3%，K0+130～K0+438段坡度为1.6%。引水隧洞主洞交点里程为引6+608m，支洞与主洞轴线水平夹角上游侧为80°。

交叉口段地质揭示为里朵2号断层破碎带影响带，围岩以碳质板岩为主，间夹团块状灰岩，且间夹断层泥，岩石强度低，围岩岩体破碎，围岩自稳条件极差，地下水活动以串珠状水流为主，局部线状流水，属V类围岩段，无自稳性。

2 施工方案

引水主洞开挖跨度7.8m，围岩无自稳，尤其支洞与主洞所夹部位经开挖扰动，基本失去承受荷载的能力。引水洞衬砌后断面为6.2m，施工顺序为初期开挖支护完成后进行衬砌，初期支护裸露时间较长。为了防止引水主洞围岩变形过大，因此预留底拱120°范围不开挖，对应水平宽度为6.4m，抑制变形的同时满足引水主洞施工通行的通道宽度要求。

根据交通运输要求，支洞临近与主洞交界面10m时开始扩挖，扩挖线与洞轴线夹角为9°，至交界面处支洞扩挖宽度为8m。交叉口引水主洞部分采取先开挖支护中导洞部位，待中导洞部位开挖支护完成后，开始引水隧洞上、下游的扩挖。交叉口过渡段初定为2倍洞径宽度即14m(详见图1)。

图1 交叉口平面布置单位：mm

3 具体施工措施

3.1 交叉口支洞部分施工

支洞采取上、下分层开挖，自K0+428桩号开始渐变，逐渐加宽至K0+438段(宽8m)，开挖循环进尺控制在0.7m左右。具体支护参数如下(见下页图2)：

a.在顶拱120°范围内，施工超前小导管φ42mm，δ=3.5mm，L=4.5m@30cm，搭接长度2.5m。小导管注浆浆液浓度一般选择1∶1，单孔注浆压力一般为0.5～1.0MPa(根据围岩情况现场确定，一般先从小压力开始)。若注浆量大且压力长时间不升高，应采取加大浆液浓度或者改为砂浆注入。若注浆压力达到终压后并稳定10min以上，或达到设计量的80%以上时，即可结束该孔注浆。注浆结束后，用预缩砂浆封堵孔口及周围裂隙，防止浆液倒流。

b. I14钢支撑间距为60cm, 锁脚锚杆为φ25，L=4.5m，连接筋为φ22，环向间距为40cm，纵向两端搭接20cm；喷混凝土C20，厚度t为20cm，φ6.5mm钢筋网网格间距20cm×20cm。

c.φ25系统锚杆间距2m按梅花形布置，每根长度L=4.5m，间距2m×2m。

d. 在渗水边墙、边顶拱部位增设排水孔，φ42，L=3m，顶部排水孔垂直开挖面，排水孔上仰5～8°。

图2 支洞与引水主洞交界面K+0+438开挖支护示意单位：mm

3.2 支洞与主洞交界面的加强处理

考虑到交界面支洞部分的支撑要承受主洞开挖卸载后传递过来的荷载，因此对交界面的支洞支护采取加强措施，即采用I16型钢代替I14型钢，同时将2榀钢支撑焊接为一个整体，同时锁脚锚杆改为锁脚小导管(φ42mm，δ=3.5mm，L=4.5m)。在顶拱180°范围内，施工超前小导管φ42mm，δ=3.5mm，L=4.5m@30cm，搭接长度2.5m。

3.3 交叉口引水支洞中导洞部位的开挖支护

中导洞的开挖支护必须及时跟进，分区开挖支护顺序如下(见图3)：

a.首先开挖A区，宽度4.9m，即中导洞开挖。第一次开挖深度为4m左右，以施工第1段钢支撑为宜；第二次开挖为3.15m左右，以施工第2段钢支撑为宜。施工期间为了保证绝对安全，支护时可采取钢支撑特制台车防护。

b.然后开挖B区，开挖深度为预留的120°底板范围，以施工第3段钢支撑为宜。

c. A区和B区支护完成后开挖C区。

d. D区预留，作为交通、排水等通道，预留高度根据实际需要确定，本工程为120°。

图3 交叉口中导洞部位开挖支护分区剖面单位：mm

I16钢支撑支护时按设计要求分节将事先加工好的型钢钢架运至开挖面，采用人工拼装架立。安装前先对开挖面进行检测，如有欠挖及时进行处理，钢架安装时其中线、标高和垂直度必须满足规范要求。每节钢架间用25cm×30cm连接钢板进行连接，并连接牢固。喷射混凝土混合料按配合比搅拌均匀后方能运至施工现场。

每开挖循环支护参数与支洞和引水支洞交界面的支护参数基本一致，具体以设计图纸明示参数为准。

3.4 交叉口引水隧洞过渡部分的开挖支护

对于Ⅴ类围岩中圆形隧洞不宜全断面开挖，一般采取上、下分层开挖同时底部预留部分，在防止开挖变形过大的同时保证排水和交通等需要。

交叉口引水隧洞过渡部分的开挖采取上、中、下三层开挖。首先开挖上层即图3中的A区，并及时支护。其次开挖中层即图3中的B和C区。最后开挖底拱即图3中的D区，一般初期开挖支护时不开挖，在衬砌前开挖捡底，不支护。

上、中层的支护参数基本和支洞与引水主洞交界面的支护参数相同，实际施工中根据围岩节理裂隙情况、是否渗水等进行适当调整。

由于上、下游工作面相距较近，从安全角度考虑，一般采取单向工作面开挖，非爆破作业，上、下游可同时作业。为了安全及控制围岩变形，开挖支护采取的原则仍然为上下分层施工。

3.5 其他需要注意的事项

a.测量放线：在进入主洞前，对前期的坐标控制点及高程控制点应进行复测，确认无误后使用。利用坐标控制点及高程控制点放出隧洞中线及开挖轮廓线，然后在开挖面上按爆破设计图放出炮孔位置。

b.钻孔：采用自制钻爆台车按事先布好的孔位进行人工钻孔，孔位偏差不应大于5cm，孔深必须符合设计要求。

c.炮孔检查：在装药前，对钻孔质量进行严格检查，必须达到“准、直、平、齐”要求，符合要求后才能进行装药，保证爆破效果。

d.装药爆破：围岩类别为Ⅳ类，应严格控制爆破装药量，减少对围岩扰动，确保施工安全。

e.通风排烟：爆破后应立即开启风机进行通风，排除洞内烟尘，并进行有毒有害气体监测，在确保洞内空气清新、安全后作业人员才能进入洞内施工。

f.安全处理：炮工进洞后及时进行找顶，排除拱顶、边墙及掌子面的危石，如围岩稳定性较差，先初喷5cm厚的C20混凝土对岩面进行暂时封闭，保证施工安全。

g.施工过程中应定期和不定期进行洞内有毒、有害气体的监测，发现数据异常及时撤出人员，以免发生有害气体中毒事件。

h.对超挖部位必须使用混凝土充填密实，不能留有空腔，超挖较多的部位须增加锚杆，使岩体与钢支撑共同承载受力。

i.对施工人员进行安全技术交底，配备劳动保护用品。加强用电管理，供用电设施要有安全可靠的接地装置。雨天施工时，加强施工人员的安全监护管理，电焊机、电源、开关等电器设备均需设置防护罩，工作场所搭设防护棚或采取其他防护措施。低温天气需采取可靠的抗冻保暖等劳动保护措施。

4 结 语

对于Ⅴ类围岩隧洞施工段，必须遵循“短进尺、弱爆破和强支护”的原则。对于自稳性差或者无自稳性的围岩，一般应采取分层开挖或预留核心土施工。不同的跨度、围岩类型和渗水大小等都对隧洞交叉口段施工有影响。因此，应根据现场实际情况，合理设计施工参数，并确保施工质量，保证隧洞交叉口段的安全施工。对于交叉口转弯半径的计算要充分考虑大体积且不能拆卸的施工设备的行走影响，确保不影响后续施工。

隧洞交叉口段的施工关键是大跨度隧洞侧的顶部支护和岔口部位的加固，顶部采用小导管施工就是保证在开挖后围岩应力重新调整引起变形前在开挖轮廓线外一定范围内形成具有一定承载强度的拱圈。分层开挖是减少围岩扰动影响的有效措施，另外钢支撑的制作加工的准确性和分段间连接质量也是关键。对于有渗水的部位，必须增设排水孔释放内水，降低内水压力的同时提高周围围岩的稳定性。

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