岩溶峡谷区深埋隧洞快速施工关键技术

王学军

(中铁十二局集团第二工程有限公司，山西 太原 030024)

岩溶峡谷区深埋隧洞快速施工关键技术

王学军

(中铁十二局集团第二工程有限公司，山西 太原 030024)

水利工程改造要考虑区域地质条件，岩溶峡谷区地质环境特殊，现场施工要结合区域地质实况进行改造，才能实现水利空间结构综合化改造。本文结合贵州省夹岩水利枢纽及黔西北供水工程北干渠2标水打桥深埋特长隧洞工程案例，分析了岩溶峡谷区深埋隧洞快速施工技术，提出切实可行的施工改造方案。

岩溶峡谷；深埋隧洞；施工；技术

水利工程改造实现了空间资源综合化利用，按照区域结构标准及改造要求展开施工。岩溶峡谷区地质环境特殊，水利工程改造要考虑地质结构规律，从安全角度制定可行的施工方案，对项目规划与施工进行优化改造。

1 工程概述

贵州省夹岩水利枢纽及黔西北供水工程包括水源工程、毕节供水工程、灌区骨干输水工程3大部分。水库坝址位于七星关区与纳雍县界河六冲河中游潘家岩处。坝址距离毕节市城区约50 km，坝址下游约2 km有211省道通过，对外交通条件优越。工程设计灌溉面积为6.0万hm2，总供水人口267万人，多年平均发电量2.2亿kW·h。灌区骨干输水工程由总干渠、北干渠、南干渠、金遵干渠、黔西分干渠、金沙分干渠、供水管线、支渠以及灌区骨干泵站等组成。水打桥深埋特长隧洞属于灌区骨干输水工程中的北干渠部分，隧道(K0+000～K20+360)全长20.36 km，北干渠2标承担隧洞出口段施工，主要内容包括：水打桥隧洞出口段10.06 km(K10+300～K20+360)、4#支洞1150 m、5#支洞662 m、6#支洞501 m。

2 工程重点、难点、特点的认识

本标段工程主要包括水打桥隧洞、施工支洞等，以隧洞施工为主，项目比较单一。隧洞围岩以Ⅲ、Ⅳ类围岩为主，Ⅲ类围岩占38%，Ⅳ类围岩占34%，Ⅴ类围岩占28%，如表1。围岩主要为砂质泥岩、灰岩、泥岩、泥质灰岩、泥质白云岩、溶塌角砾岩等，节理裂隙发育、局部岩溶发育，且与F106断层平面交叉，受其影响沿线形成多条牵引式小断层，分别为F106-1、F106-2、F106-3、F106-4、F106-5，形成不良地质洞段，断层岩体破碎，受断层影响，节理裂隙发育，开挖后围岩稳定性较差，且有发生突泥、突水可能，安全风险大[1]。

表1 北干渠2标水打桥隧洞出口段长度及支洞围岩分类情况表 m

3 岩溶峡谷区深埋隧洞快速施工要点

隧洞通过岩溶地区时，采用综合超前地质预报，探明溶洞的分布范围、类型、规模、发育程度、填充物、地下水的情况(有无长期补给来源、雨季水量有无增长等)及岩层的稳定程度等，按照“以疏为主、堵排结合、因地制宜、综合治理”的原则分别以“疏导、堵填、注浆加固、跨越、绕避、宣泄”等措施进行处理。根据钻探等地质综合勘察分析，岩溶主要表现为岩溶裂隙或局部较小的溶洞，因此，处理岩溶的主要工程措施为注浆堵水和岩溶空洞的回填[2]。对于开挖面前方的岩溶空洞，必须提前进行压浆充填；实施超前探水，根据预报的情况在必要时实施径向注浆；对充填比较密实的溶涧，采用超前小导管预支护的方式，台阶法施工；做好反坡排水以及突水突泥预案及相应的应急措施，以策安全；对于大厅式溶洞及大型溶洞应及时通知，进行有针对性的设计及施工。本标段隧洞穿越地层主要为三叠纪中、下统地层，洞线与岩层走向夹角 5°～30°，沿线地层分布情况见表2。

表2 北干渠2标段沿线主要分布地层岩性表

4 岩溶峡谷区深埋隧洞快速施工技术

4.1 结构布置型式

水打桥隧洞为无压流隧洞，隧洞进口接总干渠末分水闸，出口接白甫河倒虹管，隧洞设计流量Q=31 m3/s，加大流量Q=34.61 m3/s，隧洞断面型式采用圆形，衬砌后净空半径r=2.7 m，施工水深h=3.998 m，加大水深h=4.356 m。Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩全断面C25钢筋混凝土衬砌，厚度分别为 0.4 m、0.4 m、0.5 m，高外水压力洞段(K10+300～K11+475)Ⅳ、Ⅴ类围岩衬砌厚度分别为 0.5 m、0.8 m。

隧洞洞身段岩体主要处在T1yn1，T1yn3、T1y3隔水层及T1yn1强透水层分界线附近，T1yn4溶塌角砾岩以及T2g1泥质白云岩地层等，隧洞洞身岩体大部分处在新鲜岩体内，部分地层受断裂带影响。隧洞位于地下水以下，因洞身段为强岩溶地层，地表岩溶洼地、落水洞呈串珠状分布，推测存在2条暗河和2条较大的岩溶管道系统，隧洞受岩溶影响较大，可能出现涌水、涌泥等地质现象[3]。

4.2 一次支护施工

Ⅲ类围岩洞段采用随机锚杆+喷混凝土作临时支护，C25随机锚杆长3 m，上部180°范围内喷C20混凝土，厚度6 cm；对Ⅳ类围岩洞段采用系统锚杆挂网喷C20混凝土作临时支护， 喷C20混凝土厚6 cm，C25系统锚杆间排距1.5 m，根长3.0 m，φ8挂网钢筋(网格尺寸25 cm×25 cm),考虑50%洞段采用钢支撑(22号轻轨)，间距1.0 m；对Ⅴ类围岩洞段采用钢支撑(22号轻轨)加系统锚杆挂网喷C20混凝土作临时支护，钢支撑间距0.5 m，喷C20混凝土厚10 cm，C25系统锚杆间排距1.5 m，根长3.0 m，φ8挂网钢筋(网格尺寸25 cm×25 cm)；对50%的洞段采用φ32超前锚杆进行支护,锚杆根长4.5 m，顶部120°范围设置，间距0.5 m。

4.3 边坡处理措施

隧洞出口地形坡度 25°～30°左右， 覆盖层为残坡积黏土夹碎石， 厚0～1.0 m,下伏基岩为T1yn4中至厚层溶塌角砾岩、泥质白云岩。为逆向坡，倾角17°，属稳定性较好的边坡： 开挖边坡坡比覆盖层1∶1，强风化岩体1∶0.75，弱风化1∶0.5[4]。边坡均采用喷C20混凝土及锚杆支护，混凝土厚10 cm，锚杆采用φ25钢筋，锚杆长度为3.0 m，锚杆间排距为1.5 m，设置φ50 mm排水孔，间排距2 m。

4.4 灌浆施工

隧洞衬砌混凝土浇筑完成达到施工强度后在顶拱120°范围内进行回填灌浆处理， 回填灌浆初始压力采用0.3 MPa。Ⅴ类围岩洞段进行固结灌浆，灌浆孔排距3 m，进入基岩内孔深3 m。

4.5 特殊洞段处理

4.5.1 涌水洞段施工措施

隧洞地下水类型主要为基岩裂隙水，此类水在断层破碎带、褶皱核心部和裂隙密集带易产生集中渗流、涌水或爆发性突水，从而引起塌方或其他不良地质现象，给施工带来很大困难。对于小规模涌水段，可采用洞内排水沟自流或集水坑抽排出洞外。对于较大规模涌水段，掘进前打超前钻孔，探测钻孔出水量、水压、涌水点里程等，通过注浆堵水等处理后掘进。根据地质勘探资料，在落水洞暗河、鼠场暗河附近隧洞开挖前，必须打超前钻孔，探测隧洞是否和暗河系统有联通，避免开挖中出现大量的突然涌水，危及施工安全。掘进后及时排除工作面的涌水或注浆后的剩余水，并加强支护。高外水头段(K10+300～K11+475)，为确保一次支护结构稳定，采用引排方法或壁后注浆法进行处理。

4.5.2 断层破碎带施工措施

断层破碎带(断层F106、F106-1、F106-2、F106-3、F106-4、F106-5等及其影响带)的岩石破碎，可能存在涌水和围岩软硬不均等不良地质情况，掘进中造成开挖工作面坍塌、边墙坍塌等不利的影响[5]。对于一般的不良地段，采用先掘进后处理的办法，掘进后根据断层破碎带的具体情况选取合适的支护方式，及时加强支护，采用喷混凝土、喷纤维混凝土、锚喷、喷锚网、喷锚网加钢拱架的联合支护。不良情况严重的地段，对前方断层破碎带进行注浆预加固处理。

5 结 论

总之，岩溶峡谷区深埋隧洞结构特殊，现场施工要结合区域地质条件，制定一套完整的施工技术方案，提出符合隧洞工程改造标准的作业方案。同时，考虑隧洞快速施工技术要求，按照工程图纸拟定针对性的作业方案，从现场勘察、工艺设计、施工改造、后期养护等方面，引导隧洞施工布局与操作。现有施工技术方案中，要考虑结构布置型式、一次支护施工、边坡处理、特殊路段处理、断层破碎带施工等要点，全面落实各项施工技术方案，为深埋隧洞工程改造提供综合性保障。

[1] 张志强,李化云,何川.基于流固耦合的水底隧道全断面注浆力学分析[J].铁道学报，2015，22(2):76-78.

[2] 沈祥明，刘坡拉，汪继锋.基于层次分析法的铁路岩溶隧道突水风险评价[J].铁道工程学报，2015，33(12):15-17.

[3] 李庚许.注浆加固块石堆积体在野三关隧道中的应用[J].铁道建筑技术，2010，25(10):45-47.

[4] 张民庆，曾强运，杨兵.岩溶隧道溶洞泄水机理及工程实例分析[J].岩土工程学报，2014，25(10):33-35.

[5] 朱鹏飞,张梅，黄鸿健，等.宜万铁路复杂隧道风险管理与控制[J].铁道标准设计，2010(8):7-11，19.

王学军(1981-),男，工程师，主要从事铁路、公路、地铁、水利工程的施工与管理工作。

P931.5;U455

A

2096-0506(2016)12-0063-03