复杂地质条件下隧洞开挖支护施工技术

潘福营，李璟延

（国网新源控股有限公司基建部，北京市 100761）

复杂地质条件下隧洞开挖支护施工技术

潘福营，李璟延

（国网新源控股有限公司基建部，北京市 100761）

某抽水蓄能电站通风洞地质条件复杂，围岩节理裂隙发育，地下水位较高，存在大量的渗水，主要以Ⅳ类、Ⅴ类围岩为主，根据现场实际情况，在施工过程中采取了一些开挖支护施工技术，保证了隧洞安全顺利地完成。

抽水蓄能电站；通风兼安全洞；地质条件复杂；施工技术

0 引言

某抽水蓄能电站的通风兼安全洞采用城门洞型，开挖断面尺寸为9.2m×8.1m（宽×高），洞长1084.18m，平均纵坡6.5%。根据洞室的围岩分类，对Ⅲ类围岩采取系统锚杆+挂网喷混凝土支护型式；对Ⅳ、Ⅴ类围岩采取系统锚杆+挂网喷混凝土支护+钢支撑拱架+混凝土衬砌的复合支护型式。钢支撑采用I20工字钢，Ⅳ类围岩工字钢间距1.2m，Ⅴ类围岩工字钢间距0.8m。

该电站通风兼安全洞地质条件复杂，节理裂隙发育，很多部位围岩倾角很缓，加之地下水丰富，岩石的自稳能力相对较差，经实际统计，Ⅲ类围岩占6.76%，Ⅳ类围岩占73.11%，Ⅴ类围岩占20.13%，而且地下水丰富，最大的涌水量达到6000m3/d。中间还夹有断层和岩脉等地质缺陷，存在很大的安全隐患，施工难度非常大，为了保证隧洞施工安全顺利地进行，隧洞开挖支护施工严格遵循“超前勘探、超前排水、超前支护、短进尺、弱爆破、勤量测、少扰动、早封闭、强支护”的原则。同时根据现场实际情况采取了各种施工技术措施，整个施工过程中发生了6次大的塌方，若干小的塌方，为水电工程少见，但未发生一起安全事故，顺利完成了整个项目的施工。通过该项目取得了很多有效的经验和方法。

1 隧洞开挖支护施工技术

1.1 洞轴线首先返测到地面上

根据前期地质水文勘探资料和探洞的实际情况，本项目地质条件非常复杂，有道是逢沟必断，测量人员首先将洞轴线返到地面上，做好明显的标志，同时计算出地面与隧洞顶的高差。工程技术和地质人员沿线进行查勘，根据地面的情况进一步了解和初步判断该项目的地质情况，将地面冲沟的部位、有水塘的部位测量洞线桩号，标注在图上，在快开挖到这些部位时，提前采取一定的措施，对安全施工起到了一定的保障作用。

1.2 做好超前地质勘探

做好长距离超前地质预报和短距离超前地质预报工作。长距离超前地质预报可以预测工作面前方200m以上的距离，甚至更远。长距离超前预报采用地质雷达进行，同时主要依靠设计地质人员结合地质雷达资料，根据实际开挖围岩情况和其他部位围岩揭露情况以及前期勘探资料综合分析论证得出。短距离超前地质预报，主要预报掌子面前20m左右的距离。在实际施工过程中主要采用了潜孔钻进行超前勘探，潜孔钻超前勘探具有快速、灵活、施工方便、费用低等特点，施工速度快，潜孔钻钻孔深度能达到20m以上，通过实际钻进情况和岩粉情况对围岩进行判别，另外通过超前钻孔可以将地下水提前引出，起到了双重的效果。

1.3 做好技术和物资准备工作

对于复杂地质条件下隧洞开挖施工，工程技术人员要根据地质资料提前做好相应的施工技术方案，对于断层、破碎带和塌方处理的施工措施更要详细论证，编制好应急预案，施工排水措施和设备配置也要详细编制，以上施工措施要得到参建各方的认可和监理工程师的审批。施工技术方案确定以后，项目经理要高度重视，针对方案中所需要的材料提前做好准备工作，特别是材料和专业设备的准备到位，比如穿越断层或者塌方处理的大管棚材料和偏心钻机提前备好2～3个循环的用量，不能等遇到塌方后再准备材料，这样势必造成更大的塌方，造成更大的损失。排水设施同样如此，特别是对于富水地区，岩脉具有阻水的特点，一定时期可能没有水，但可能突然之间来水，由于没有充分的排水设施而造成更大的损失，这在工程上也是经常遇到的。

1.4 严格做好各项施工措施的落实工作

复杂地质条件下隧洞开挖支护的原则严格遵循“短进尺，弱爆破，强支护，少扰动，勤量测，早封闭”的原则，这也是常规的施工原则。断面较大的隧洞还要分层、分段开挖和支护。但是在实际施工过程中，很多施工单位为了降低成本，很难将上述措施落实到位，有些塌方就是由于措施落实不到位引起的，比如开挖后掌子面及时采取素喷混凝土进行封闭，防止掉块的发生，由于中间增加这道工序后，施工人员、设备要多调节一次，支护用材料也相对多浪费一些，但有时由于未及时封闭，造成小范围的掉块，从而引起掉块不断扩大而造成大范围的掉块或者塌方的产生。还有的由于工序衔接不及时，造成支护滞后，从而使围岩产生较大的变形，进而引起塌方的产生。因此，施工过程中应严格做好施工技术的落实工作。另外，该电站地质条件复杂多变，规律性相对来说不是很好，因此工程技术人员每天到现场进行巡视、检查、指导，根据实际围岩的情况及时与监理、设计进行沟通，调整爆破参数和支护方式等。

1.5 充分利用好小导管进行超前支护

通风兼安全洞地质条件复杂多变，岩石节理裂隙发育，普通锚杆安装困难，不进行超前支护又容易掉块和塌方，根据实际地质情况，主要采用了超前小导管进行超前支护，起到了很好的效果，避免了很多塌方的产生，而且保证了开挖的质量，减少了超挖和超填的工程量，保证了施工进度。

该项目超前小导管支护采用了φ42、长度4m和φ50、长度6m两种规格的钢管，超前小导管间距为30～50cm，钻孔角度外插5～100，一般布置在顶拱120°范围内，根据围岩情况有时在180°或者拱肩下60cm以上范围内。保证拱肩部位不超挖对保证顶拱的稳定起着很重要的作用。超前小导管灌浆采用高压注浆泵，水灰比1：1～0.5：1，先稀后浓，灌浆压力大于0.3MPa，灌浆持续到孔内不再吃浆为止，闭浆时间持续大于5min，闭浆压力大于0.5MPa。对于渗水较大的部位采用双浆液注浆。每循环小导管搭接长度保证1m以上。

小导管相比大管棚具有施工速度快、施工灵活方便、成本低等特点，对于围岩较差的部位优先采用小导管进行超前支护，对于抑制掉块、塌方和保证开挖质量具有很好的作用。

1.6 塌方处理的方法

复杂地质条件下隧洞开挖施工，有些塌方很难避免，通风兼安全洞在开挖过程中遇到了6次大的塌方，遇到塌方后人员和设备及时撤离到安全的部位，做好安全警戒和现场记录工作，待塌方稳定后根据不同的塌方情况采取不同的处理措施。该项目对于较大的塌方采用的处理方法是“固结松渣体与坍腔体、大管棚超前支护，短进尺、分层分区开挖、破碎锤进行欠挖处理、随挖随支护，自进式锚杆支护、钢拱架紧跟、挂网喷钢纤维混凝土”的综合施工方案。对于相对较小的塌方，塌方会随着空腔的升高，自然形成一个稳定的塌落拱，而不再塌后，再对塌方面进行喷射钢纤维混凝土，塌方部位安装钢支撑，钢支撑固定好后，钢支撑顶部铺设钢模板，再回填混凝土形成2m高以上的顶拱，在二衬混凝土施工时再用泵送混凝土将上部的空腔填满。

1.7 其他

1.7.1 做好检查与监测工作

围岩较差的部位开挖后及时做好变形监测工作，临时监测主要采取的方法是收敛观测和测量仪器进行变形监测。同时，有条件的话，永久监测的锚杆测力计和多点位移计及时安装。利用永久和临时监测的成果进行分析，判断围岩的稳定情况，根据分析结果由设计单位确定下一步的处理措施。

1.7.2 关注底板的围岩情况

通风兼安全洞在开挖过程中有的部位底板长期渗水，加上岩石强度低，在运输车长期来回碾压的情况下，造成底板高度不断地下降，因此对钢支撑底脚的稳定造成了很大的影响，在施工过程中，针对此部位采取了提前换填混凝土的方法，有效地减少了底板的进一步超挖，同时对钢支撑的稳定和隧洞安全起到了很好的效果。

1.7.3 提前进行二衬混凝土的施工

由于围岩地质条件较差，为了保证施工安全，采取了边开挖边进行永久混凝土衬砌施工，二衬混凝土施工离开掌子面100m的距离。二衬混凝土采用定型的钢模台车进行施工，钢模台车加工的尺寸要保证下部施工交通车辆的正常通行。

2 结束语

复杂地质条件下隧洞开挖支护施工具有很大的施工难度，再加上地下水丰富的隧洞难度更大，施工的方法和措施很多，但为了保证在安全和质量的前提下加快开挖进度，关键是各种措施的落实工作，每次塌方的处理费用和工期都很长，因此在开挖期间适当增加投入，减少或避免塌方的产生，也是一种经济效益，也是对进度的一种保证。

[1] 潘福营.溧阳抽水蓄能电站通风洞塌方的处理.四川水力发电，2011，30（2）：20-22.

[2] 李国权，邢磊，史永方.溧阳抽水蓄能电站前期洞室施工经验总结.水力发电，2013，39（3）：62-64.

[3] 田贵明，张淑芝，田树申.溧阳抽水蓄能电站尾水主洞施工方案.水力发电，2013，39（3）：73-75.

潘福营（1971—），男，硕士，教授级高级工程师，主要从事工程项目管理工作。E-mail：183983936@qq.com

李璟延（1977—），女，博士，高级工程师，主要从事抽水蓄能电站电气技术研究及管理工作。E-mail：jingyanli@sgxy.sgcc.com.cn

Tunnel Excavation and Supporting Technology under the Complicated Geological Conditions

PAN Fuying，LI Jingyan
（State Grid Xinyuan Company Ltd.，Infrastructure Department，Beijing 100761，China）

The ventilation holes of pumped storage power plant always have the complex geological conditions，such as：the fractured of the joint surrounding rock，the high water level with a lot of seepage，mainly including Type Ⅳand Type V. According to the actual situation，some special excavation and support construction technology have been taken into the construction process to ensure the completion of tunnel safely and smoothly.

pumped storage power plan；ventilation and security holes；complex geological conditions；construction technology