浅析小断面隧洞各类围岩的人工钻爆法施工方案

2016-07-12刘飞

大科技 2016年13期

关键词：管棚塌方隧洞

刘飞

（陕西省引红济石工程有限公司陕西宝鸡 712000）

浅析小断面隧洞各类围岩的人工钻爆法施工方案

刘飞

（陕西省引红济石工程有限公司陕西宝鸡 712000）

引红济石工程地处太白盆地，地质复杂多变，地下水丰富，特别是Ⅳ类以上围岩，自身稳定性差，隧洞成型困难，施工中容易出现变形、涌水、塌方等现象，为了避免这些现象的发生，引红济石工程针对不同围岩类别制定不同施工方案，顺利完成了8.7km人工钻爆段的施工任务。

隧洞；人工钻爆；施工方案

1 引红济石调水隧洞工程概况

引红济石调水工程位于陕西省宝鸡市太白县，主体工程由低坝引水枢纽和输水隧洞两大部分组成，隧洞全长19.71km，设计最大过水能力13.5m3/s，采用钻爆发和双护盾掘进机两种方案施工。进口段8.7km采用钻爆法施工，断面为圆拱直墙行，成洞尺寸3.0×2.8（高×宽），采取一次支护贯通主洞，然后进行二次衬砌。建成后对于有效缓解关中地区严重缺水局面，改善渭河生态状况，促进全省经济社会可持续发展，具有十分重要的意义。

2 施工中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩施工方案

2.1 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩的开挖方案

因为围岩是非均质材料，存在裂隙，强度不一，夹层等问题，如采取围岩的开挖方案不当，会使围岩的结构发生破坏，导致安全隐患的出现，甚至产生安全生产事故。Ⅱ类至Ⅴ类围岩的隧洞开挖断面较小，可以采用全断面一次性开挖，采用直掏孔，炮眼利用率按90%，周边眼的半孔壁保存率不低于50%进行设计。采用岩石乳化炸药，非电导爆管雷管起爆。Ⅱ、Ⅲ类围岩单循环进尺分别按2m、1.8m控制，Ⅳ、Ⅴ类围岩单循环进尺为1.5m。单位耗药量Ⅱ类为1.77kg/m、Ⅲ类围岩1.54kg/m3，Ⅳ和Ⅴ类围岩1.17kg，控制好岩石的整体爆破效果，及时清除危石，确保安全。

2.2 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩的支护方案

（1）Ⅱ、Ⅲ类围岩的支护形式。Ⅱ类围岩只对局部围岩破碎带打随机锚杆、挂钢筋网片、喷C20混凝土，也可直接在该部位喷C20混凝土；Ⅲ类围岩打系统锚杆和喷10cm厚的C20混凝土加固。

（2）稳定性较好一点的Ⅳ、Ⅴ类围岩。Ⅳ类围岩采取打系统锚杆、挂钢筋网片和喷10cm厚C20混凝土联合支护。Ⅳ、Ⅴ类围岩的系统锚杆准22，L=2.5m，间排距1mx1m，钢筋网为准6的钢筋，网格200mm×200mm。Ⅴ类围岩打系统锚杆和挂钢筋网片，立钢拱架，最后再喷15cm厚C20混凝土。钢拱架间距为0.6～1m，系统锚杆、钢筋网的参数和Ⅳ类围岩一样。

（3）稳定性较差的Ⅳ、Ⅴ类围岩，我们的总体思路是确保施工过程中的质量和安全得到保证，所以在施工中我们根据围岩的实际情况，制定不同的施工方案：对松散自稳性差的围岩，采取短进尺、弱爆破、及时支护；对自稳时间较短的围岩，出渣后立即进行支护；对自稳时间很短的围岩，爆破后先喷混凝土，控制围岩变形，出渣后按设计要求完成支护。对风化快的岩石（如炭质片言），清除危石后立刻进行喷混凝土封闭（厚度3cm左右），再进行一次支护；对于遇水易软化的岩石（如角闪片岩）要尽快完成一次支护，严禁水浸泡底板，必要时对底板采用混凝土封闭。

3 不良地质段、断层破碎带的施工方案

3.1 不良地质段、断层破碎带的开挖方案

开挖时采用“短进尺、弱爆破、留核心土”开挖方式，即先用杨镐、风镐等沿开挖轮廓线开挖1m左右、深1m的空间，然后立即进行喷锚支护，结束后再进行开挖核心土。破碎带渗、滴水开挖断面尺寸：预留10cm的变形量，喷C20混凝土20cm后，确定开挖断面尺寸4.0m×3.9m。对于股状或线状渗水、涌水开挖断面尺寸：预留10cm的变形量，喷C20混凝土10cm后，考虑25cm的一次衬砌厚度后，确定开挖断面尺寸4.3m×4.45m。对于涌泥采取超前管棚施工的断面尺寸：预留10cm的变形量，喷C20混凝土10cm，考虑管棚施工需要的30cm混凝土套拱，其中包含25cm的一次衬砌厚度，开挖断面尺寸为4.4m×4.5m。

3.2 不良地质段、断层破碎带的支护方案

当隧洞穿越不良地质段、断层破碎带时，应加强地质超前预报，尽量减少对围岩的扰动，各施工工序之间的距离尽量缩短，断层地带支护宁强勿弱，经常检查加固，视具体情况采取不同的超前支护措施。

（1）一次支护结合超前锚杆。对于遇水无软化现象的岩层破碎带，掌子面潮湿和渗、滴水时，采用锚杆、喷射混凝土、钢筋网片，钢拱架联合支护。锚杆采用准22螺纹钢筋，长度3.0m，间距1m×1m，喷C20混凝土厚度为20cm。对于断层带为破碎的大理岩或者相对坚硬的岩石，掌子面主要为渗、滴水，无大量出水的情况时，采用超前锚杆支护配合喷锚、挂网及钢拱架支护措施。

（2）超前小管棚结合超前锚杆。如果断层岩石为遇水容易泥化的岩石，如糜棱岩、炭质片岩，掌子面潮湿，岩石较破碎，采用超前小管棚结合超前锚杆。超前锚杆与管棚交错布置，并与钢拱架焊接牢固。超前锚杆采用准25锚杆，长度4.0m，搭接长度1.0m，钻孔角度为30～45°为宜；小管棚采用准42钢管布置在隧洞拱部，长3.5m，搭接长度1.0m，配合一次支护措施。

（3）超前小导管注浆。如果断层岩石为遇水容易泥化的岩石，如糜棱岩等，而且掌子面为股状或线状出水，出水量较大时，采用超前小导管注浆。超前小导管管径根据钻孔直径选择，一般选用准42钢管布置在隧洞拱部，长4.0m，外插脚5～7°，采用水泥砂浆或水泥玻璃浆液灌注，导管环向间距30～50mm，纵向两组导管间搭接长度不小于1m。

（4）超前管棚支护。断层破碎带与坚硬岩石接触段容易发生涌泥、塌方时采用管棚通过。管棚的搭接长度一般为15m，断层宽度大，可分组设置，纵向两组管棚的搭接长度不小于3.0m。管棚一般采用准108壁厚热轧无缝钢，环向管中心距30～40cm。同时要根据岩石级别和出水量不同进行调整，出水量较大管棚搭接长度要适当放长。否则：爆破后掌子面会因水流冲涮，使管棚一端悬空，导致塌方。

4 隧洞塌方的施工处理方案

隧洞施工中发生塌方的频率较高，所以在塌方的处理上按“小塌清、先支后清”和“大塌穿，先棚后穿”的原则进行。引红济石调水工程地处太白盆地，断层破碎带较多，节理、层理及裂隙发育，层面交错，地下水丰富、围岩自稳能力极差，成型困难。在施工中采用“超前临时支撑法”方案对该隧洞塌方进行处理，去得了不错的效果。具体措施如下：

（1）采用工字钢和钢筋预制钢拱桁架，加强施工掌子面的排水。采用工字钢（可用废旧材料）按一定水平间距沿隧洞设计开挖线以外斜向顶部打入塌方堆积体内，形成顶棚。

（2）采用千斤顶调整工字钢高度，使其大致在隧洞顶拱外弧线上，并用圆木支撑固定。采用预制钢拱桁架支撑替换圆木支撑，用千斤顶进一步调整工字钢高度，使其在钢拱桁架的外弧线上。

（3）在临时支护结构的保护下，边挖边撑，将隧洞设计开挖线内的塌碴逐段清除。在清除塌碴的同时，为了避免前方塌方堆积体发生坍塌，应采用钢管、板枋材、木桩或工字钢等将掌子面塌方堆积体支撑牢固。各个支撑构件，均不得侵占衬砌断面。衬砌后不再拆除。