辛安泉供水改造工程2号隧洞施工技术简述

康巍

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

辛安泉供水改造工程2号隧洞施工技术简述

康巍

（山西省水利水电勘测设计研究院，山西 太原 030024）

辛安泉供水改造工程取水口拟设淜头水电站浊漳河下游河谷段，主要满足平顺、黎城等县区的生活及工业用水需求，兼农业灌溉。在2号隧洞改造施工中，隧洞穿过岩溶或裂隙发育地层时，局部可能产生涌水、突水现象，但受节理裂隙切割，围岩稳定性差，应及时喷锚支护。为确保工程质量，需对工程重难点问题做好相关技术改进措施。

隧洞施工；超前预测；供水工程；辛安泉

1 工程概况

山西省辛安泉供水改造2号隧洞工程位于漳河与百里滩河右岸岩体中，地面高程630.0～940.0m。隧洞进口底高程640.0m，出口底高程637.4m，隧洞埋深一般小于130m，最大达300m。隧洞围岩为卵石混合土层，可能有上层滞水影响。洞顶上覆土层厚度5.0～55.0m，洞段围岩类别为Ⅴ类，洞段土层遇水易变形，卵石混合土层遇水易坍塌，洞室稳定性极差，自稳时间短，需及时支护衬砌。

2 工程地质条件

输水2号隧洞沿线涉及地层有：低液限黏土，卵石混合土，结构松散，厚度大于45m；厚—巨厚层鲕状灰岩夹薄层灰岩，泥质条带灰岩。岩层产状N70°～85°E/ NW＜30°～90°。基岩强风化层厚1.0～3.0m。其中，桩号ZG20+000—ZG20+106.0段隧洞围岩类别总体为Ⅲ类。但受节理裂隙切割，局部围岩稳定性差，应及时喷锚支护。建议坚固系数3～4，单位弹性抗力系数100～1 000MPa/m，饱和抗压强度40MPa，泊松比0.26～0.29，变形模量5～7.5GPa。隧洞穿过岩溶或裂隙发育地层时，局部可能产生涌水、突水现象，需考虑排水措施。基岩洞帘处岩体受风化卸荷影响，岩体较破碎，围岩稳定性较差，应加强支护。桩号ZG20+106.0—ZG20+ 119.08段洞段围岩类别为Ⅳ类，洞段土层遇水易产生软化变形，卵石混合土层遇水易坍塌，洞室稳定性极差，建议洞帘开挖边坡1∶0.75～1∶1.0，并进行加固处理。

3 施工重难点技术

3.1 不同断面优化开挖工艺

本工程采用6个工作面同时挖进，隧洞及支洞按新奥法原理组织施工，采用喷锚构筑法施工。由于2号隧洞属浅埋深砂砾石混合层，为减少围岩形变，保证围岩稳定性和工程安全性，隧洞岩质地层开挖上采用钻爆法，Ⅲ类围岩采用全断面开挖，Ⅳ，Ⅴ类围岩采用台阶法施工，土洞段采用人工配合机械开挖，上弧导坑预留核心土法施工。

3.2 钻爆通风技术

洞身段采用中心掏槽，爆破法掘进，主爆孔选用毫秒微塑导爆管，预裂、光爆孔选用导爆索组成起爆网络。按照爆破药量控制及烟尘难题，针对Ⅳ及Ⅴ类岩层，通过密布孔、短进尺、少药量方式来施工。每一茬爆破后对不稳定块体及围岩结构实施锚杆、挂网、机喷混凝土。在隧洞施工通风处理上，利用Q= Max（Q1，Q2，Q3，Q4）来计算出洞口风机的需供风量，即洞内允许最低风速计算Q1、洞内最多工作人员数Q2、排除爆破炮烟Q3、稀释内燃机废气Q4。其中，通风机应有足够的风压以克服系统阻力，即h＞h阻，按h阻=∑h动+∑h沿+∑h局计算。在洞内防尘处理上，采用湿式凿岩和湿喷混凝土工艺，水幕降尘和个人防护相结合的方式。

3.3 临时支护与超前锚杆支护技术

针对Ⅲ类围岩采用临时支护，结合现场围岩条件随机设置系统锚杆、挂网喷混凝土来确保围岩承载力。洞身Ⅳ，Ⅴ类围岩，考虑到爆破后隧洞不稳定性风险，采用超前预支护工艺。如隧洞口作为重点施工部位，针对出口地质条件较差，对稳定性要求更高，在工程设计规划上以洞外明挖+超前支护、悬吊锚杆稳固法来处理。针对洞口岩体扰动问题，在爆破前提前对边坡进行预裂，以近洞口5m范围内采用分层方式严格控制施药量来减小爆破扰动。明挖至洞顶后，采用悬吊锚杆预加固技术实施超前支护，针对局部地质较差问题，利用锚筋孔，对围岩、洞顶岩体进行灌浆固结后再安装锚杆。在洞口锁扣开挖施工中，结合设计参数与现场支护基础，对导流洞上层轮廓线外1m处布置锁口锚杆，为确保刚性变形，将支座设计成活动方式。为增加隧洞基础及上部结构刚度，设置承重墙来增强稳定性，并对墙体进行加固。如利用圈梁对洞口进行封闭施工，针对特殊部位设置附加圈梁，对内外墙交界处或转角处设置构造柱，并留马牙槎和拉结钢筋。针对Ⅴ类围岩根据需要设置钢筋格构架和钢支撑，并确保构架紧贴岩面，与锚杆支护共同承载。针对Ⅴ类围岩施工中钢拱架支撑，采用每1m设置一榀钢拱架，并根据围岩条件适当减少间距。洞室开挖时，要对前一开挖断面进行全面复核，并对欠挖点进行标注，后期开挖首先预处理。

3.4 围岩量测监测工作

现场监控量测与复合式衬砌是新奥法施工的核心技术。由于2号隧洞地质条件较差，在对原设计监测内容进行监控的同时，应做好隧洞收敛断面的量测工作。如从测点埋设、监控量测、数据处理分析和仪器保养等方面为安全施工提供准确依据，及时处理观测点位移变化、锚杆应力变化等问题。量测项目、方法和频率见表1。

表1 供水2号隧洞量测项目表

3.5 岩爆防范工作

针对2号隧洞岩爆施工风险特点，尤其是在过路、过渠、雨季等特殊环节，应做好风险防范、甄别与应急处置。结合“预加固、短进尺、弱爆破、强支护、勤测量、衬砌紧跟”原则，对供水2号隧洞可能发生高地应力地段进行测试，并对岩体的岩性特征，岩石的物理力学性质、地应力特征等进行综合分析，预测可能出现岩爆的具体地段及岩爆等级。充分考虑支护措施和衬砌结构，采用浅孔爆破，尽可能减少爆破对围岩的影响；采用短进尺、多循环的作业方式；实施光面爆破，开挖后对隧道工作面及其以后约15m范围内进行喷雾和高压水冲洗，以适当改变岩石物理性质，降低岩石脆性。另外，喷射混凝土层采用钢纤维混凝土，提高喷层的抗拉和抗剪能力；对于可能产生岩爆的地区，应采用超前地质钻孔对岩体应力进行释放；采用高压水湿润，向岩体深部注水，降低岩体结构强度，减缓岩爆。采取以上措施后，有效规避了可能存在的潜在风险，也为推进工程施工进度提供了保障。

3.6 掌子面与衬砌施工

在软岩类隧洞开挖施工中，二次衬砌的及时跟进是保障工程安全的重点。由于2号隧洞砂砾岩弱胶结性，对开挖与衬砌安全间距提出较高要求，加之洞内施工环境的复杂性，交叉施工干扰大。为此，在主洞施工前期，结合地质监测，设计为40m间距限值，并根据2号隧洞三个典型断面60 d围岩最大累计收敛变形量为水平侧线8.94mm，提出洞空允许的相对收敛值为32.5mm，而对于围岩收敛变形监测结果，后期开挖与衬砌间距可以调整为60m，以确保整个工程开挖进度。另外，针对多点作业带来的交叉施工干扰问题，结合现场施工总体规划，统筹协同施工各方。如设置临时弃渣场，尽量减少占用耕地，充分利用周边废弃料坑；做好混凝土制备与质量控制，根据各作业点需求集中拌制，提高项目配给效率；在洞内施工中预先备料、留置堆渣区，确保掘进作业速度；做好施工场区环保监测，协调好水、电、排水、供风等管理工作。

4 结语

辛安泉供水改造工程2号隧洞在施工方案优化上取得了良好效果，确保了工程施工质量、进度、安全，节约了施工成本。针对不同地质条件下隧洞施工环境的差异性，在施工重难点技术上，需结合工程具体实际不断完善，提升隧洞施工整体水平，特别是在施工监理环节，勤量测、严管理，做好施工现场监控与应急措施安排。如围岩变形量测、对已锚地段的变形检测、喷层异常裂缝的处置，以及防洪度汛应急救援方案的优化，确保工程组织施工严密、平稳、安全推进。

TV672+.1 ［

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］1004-7042（2016）09-0033-02

康巍（1986-），男，2012年毕业于河海大学水利水电工程专业，助理工程师。

2016-07-03；

2016-08-15