水工隧洞施工主支洞交叉段遇不良地质采取的应对方法

李向慧

(辽宁省朝阳市龙城区水利局, 辽宁 朝阳　122005)



水工隧洞施工主支洞交叉段遇不良地质采取的应对方法

李向慧

(辽宁省朝阳市龙城区水利局, 辽宁 朝阳122005)

辽宁省大伙房水库输水工程TBM2施工段13号支洞开挖至主支洞交叉段时发现一条断层破碎带，大型水工隧洞主支洞交叉点本身受力复杂，如果围岩稳定性差将严重影响施工安全。为防止塌方等地质灾害的发生，在施工中采用钻超前孔的方式探明地质情况，采取支设临时钢格栅、注浆、喷混凝土、分层开挖等方法，使工程施工得以顺利进行。

输水工程；断层破碎带；地质灾害；施工方法

1　概　述

辽宁省大伙房水库输水工程输水隧洞TBM2施工段主洞长22.5km，为直径8.03m的圆形隧洞，大部分主洞采用TBM法开挖，其余部分主洞采用钻爆法开挖。因为TBM2施工段较长，为便于主洞开挖施工时通风和物料运输，在TBM2施工段的中部设置两个施工支洞。其中13号支洞的设计断面为5m×5m，主支洞交叉段的设计断面为11.4m×9.7m，支洞底板高于主洞底板0.93m，支洞末端平坡段长25m。13号支洞在开挖进入主支洞交叉段约2m时，左侧出现0.5m厚的软弱夹层，岩石完整性变差，风化严重，开挖进入主支洞交叉段约7.6m 时已经完全进入断层破碎带，围岩泥化严重，渗水较多，有轻度塌方现象发生，严重影响了施工安全。为了防止严重塌方等地质灾害发生，必须确定断层破碎带的影响范围，制定合理的处理方法。

2　超前地质探测

为了探测掌子面前方断层的宽度、走向、方位、倾角等情况，向掌子面前方、主洞上游和主洞下游方向各钻一个孔用来探明地质情况。根据超前钻孔结果判断：向掌子面前方探孔4m深，前1.5～2m为泥化断层围岩，约2m后为节理、裂隙极其发育较为破碎的围岩；向主洞下游侧方向探孔位于掌子面后约0.5m拱腰处，探孔深4m，探孔前1m深为泥化岩层，后3m为节理、裂隙极其发育较为破碎的围岩；向主洞上游侧方向探孔位于掌子面后约0.5m拱腰处，探孔深4m，为泥化的围岩；探孔钻完后，所有钻孔均有浑浊的线状流水流出。

经过现场探孔探测和对断层走向、方位、倾角等测量，判定断层与主洞位置关系如图1所示。

图1　断层与洞线位置关系

3　主支洞交叉段施工方案

3.1支洞开挖

先对支洞水平段顶部围岩进行锚喷支护加固，再对掌子面围岩进行喷混凝土封闭，防止塌方规模进一步扩大，然后扩挖支洞水平段的拱顶部位，从水平段起点开始向斜上方扩挖，使支洞的拱顶线与主洞的拱顶线相交[1]，爆破的岩碴应就地摊铺，以降低作业高度，方便对顶部围岩的扩挖工作。施工到支洞末端时，加长钢格栅段的立柱，把上半部的弧形格栅顶升至新扩挖的顶拱部位，连接好钢格栅，并用锚杆加固底脚。

3.2主洞扩大段施工方案

在挑顶扩挖进入主洞后，形成扇形上半断面，左侧扇形开挖，右侧沿主洞边墙开挖，每次开挖约0.7m(扇形断面中线处宽度)，及时架设格栅钢支撑，并进行锚网喷支护，开挖之前采用超前小导管注浆等辅助施工措施，因断层基本与主洞中线平行，为防止开挖时掌子面出现坍塌，部分地质较差地段根据情况固结注浆[]。扇形拱架靠主洞上游方向侧采用沿主洞边墙每榀紧靠在一起的方法(见图2)。拱脚处采用锁脚锚杆锁固，靠主洞下游方向侧，因拱脚在支洞施工时已部分开挖，为避免拱架悬空，开挖时在拱脚处扩挖15cm，并设置一个工字钢拱架纵梁，用锚杆锁固作为拱架的支撑(见图2)，所有格栅拱架采用纵向连接筋连接。

图2　扇形临时支护钢格栅布置

扇形格栅钢支撑每榀尺寸不一，施工前根据每榀的断面尺寸进行精确放样加工，以确保格栅拱架尺寸准确并与围岩密贴，从而确保支护结构稳定，避免出现坍塌、掉块现象。

根据断面尺寸计算，扇形格栅拱架架设11榀后进入主洞开挖支护，先向主洞上游方向开挖主洞的上半断面。主洞断层区洞段采用超前小导管注浆加固围岩、局部掌子面固结灌浆等辅助施工措施。主洞开挖时按照“管超前、弱爆破、短进尺、强支护”的原则施工。

为使注浆工作结束后能在较短的时间内进行开挖支护，采用固结时间较短的水泥——水玻璃双液注浆。

根据目前揭露主洞内的围岩为断层泥，节理密集、发育，伴有线状流水，且断层位于主洞轴线位置，为避免掌子面发生塌方现象，可对掌子面前方同时进行超前小钢管注浆加固和固结注浆，超前注浆循环进尺深度3.5m，每循环搭接1.5m长，在超前小钢管注浆结束后开挖循环控制在2m范围内，当主洞上游方向的上半断面开挖一定距离后(约30～50m)，再开挖主洞下游方向的上半断面。

向主洞下游方向开挖时需拆除主支洞交叉口段扇形临时钢格栅。施工时按照开挖一个循环、拆除一榀临时钢格栅、架设一榀上半断面钢格栅方法施工。拆除临时钢格栅前，超前注浆小导管应已施工完成，并与后面永久钢格栅连接，在后方永久钢格栅及上部注浆小导管的保护下，拆除临时钢格栅及喷射混凝土。

当向主洞下游方向开挖一定距离后(30～50m)，暂停主洞上半断面的开挖工作，由主支洞交叉点开始进行主洞下半断面的开挖。下半断面采用一次开挖并及时支护的方法施工。

按照上述施工方法进行上、下半断面的交替施工，直至通过断层影响带为止。最终钢格栅布置如图3所示。

图3　最终钢格栅布置图

3.3支护参数

a.系统锚杆：φ22L=2.5m/根梅花形布置@1000mm。

b.钢筋网：@150×150mm。

c.超前支护：φ42小导管L=3.5m/根沿顶拱布置@1000mm左右，在地质稍好地段，采用φ22L=3.5m/根超前锚杆，@400～600mm。

d.钢格栅：G150 @800～1200mm。

3.4监控量测

为保证施工安全，及时发现围岩的过度变形和支护结构的破坏先兆，应做好临时监控量测工作，具体作法是每隔5m设一处临时监控量测断面，每天定时测量围岩的沉降、收敛情况，做好数据记录和分析工作，发现数据异常应及时上报监理工程师，组织专家组研究调整施工方法。

4　结　语

在13号支洞的主支洞交叉段隧洞开挖施工过程中，采用小导管注浆、扇形钢格栅等强支护，使开挖施工较为安全。施工中仅需在主支洞交叉口段安装临时钢支撑，临时钢支撑的安装、拆除工程量少，施工较为方便和安全。施工中采用分层开挖法能在较短的时间内完成主洞上半断面开挖支护工作，保证了施工安全，缩短了工期。

[1]付国林，刘智，黄传明.钢拱架套拱在挤压破碎带隧洞交叉口开挖中的应用[J]. 办公室业务,2012(S2):125-126，105.

[2]孙立福.不良地质条件下隧洞交叉口初期支护的施工技术[J]. 铁道建筑,2009(10):43-45.

[3]王学勋，季翔.V类围岩隧洞交叉口段施工方法探讨[J]. 水利建设与管理,2014(8):12-15.

Corresponding method adopted in the bad geological condition of main sub-tunnel crossed section in hydraulic tunnel construction

LI Xianghui

(LiaoningChaoyangLongchengDistrictWaterConservancyBureau,Chaoyang122005,China)

One fault fracture zone is discovered when Liaoning Dahuofang Reservoir Water Conveyance Project TBM2 construction section No. 13 sub-tunnel is constructed to main sub-tunnel cross section. The large-scale hydraulic tunnel main sub-tunnel crossing point has complex force itself. The construction safety is seriously affected due to the poor stability of surrounding rock. Drilling advanced hole can be adopted for discovering geological situation during construction in order to prevent the occurrence of geological disasters, such as landslide, etc. Temporary steel grille erection, grouting, shotcrete, stratified excavation and other methods are adopted, thereby smoothly implementing engineering construction.

water conveyance project; fault fracture zone; geological disasters; construction method

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.004

TV554

B

1005-4774(2016)10- 0013- 03