地下洞室开挖工程围岩稳定性探析

□朱莎琴

（江西赣禹工程建设有限公司）

地下洞室开挖工程围岩稳定性探析

□朱莎琴

（江西赣禹工程建设有限公司）

地下洞室开挖施工的重点就是控制周围岩体的稳定性，严防变形或塌落等破坏的可能性。某水电站地下洞室开挖工程具有大跨度、高边墙的情况，存在开挖稳定性问题，最主要还有相邻洞室之间岩层、岩柱引起的稳定性问题，文章提出可通过洞室开挖施工技术、支护处理等措施来保证围岩稳定性。从工程实施效果可以看出，洞室开挖技术是可行安全的，并为同类工程提供参考。

稳定性；地下洞室；洞室开挖

0 引言

某水电站属大（1）型一等工程，永久性主要水工建筑物为一级建筑物。工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、拦沙及航运等综合利用效益。该工程由混凝土双曲拱坝（坝高292 m）、坝后水垫塘及二道坝、左岸泄洪洞及右岸地下引水发电系统组成。引水发电系统由3大洞室和6条引水压力管道、6条母线洞、2条尾水洞以及交通洞、运输洞、出线洞和通风洞组成的庞大的地下洞室群。其主副厂房高82.00 m、宽30.60 m、长298.10 m；主变室高22.00 m、宽19.00 m、长230.60 m；双圆筒阻抗式调压室高90.00 m、直径32.00 m，最大开挖直径38 m，两调压井轴线间距99.50 m；两条尾水隧洞长度分别为945.40 m和717.40 m，洞径均为18.00 m。

1 开挖稳定问题

本工程交叉洞室、相邻洞室多，相邻洞室之间岩柱、岩层距离小，尤其是大跨度、高边墙的主厂房、尾调室与6条压力管道、6条母线洞、6条尾水支洞的交叉口，围岩稳定问题十分突出。地质较复杂，Ⅲ级、Ⅳ级结构面发育，地应力较高，对围岩稳定不利。同时，地下洞室体型复杂，开挖质量要求高。尾水调压室顶拱为球形顶拱，底部与6条尾水支洞相交，开挖轮廓较为复杂；主厂房、尾闸室高边墙上设有开挖精度很高的岩锚梁；压力钢管、主排水洞、尾水支洞、尾水洞均分别设1个或多个渐变段。洞室埋藏深，开挖通风较困难。竖井、斜井多，深度大，开挖及混凝土施工难度较大。尾水洞出口段属大跨度浅埋洞段，边坡及围岩稳定问题突出，且受水流控制的影响，围堰布置及施工难度较大。

2 围岩稳定措施

针对上述所分析的洞室开挖时存在的围岩稳定问题，在洞室开挖时应采取以下措施来保证围岩稳定性。

2.1 避免各洞室之间干扰

本工程洞室开挖施工时紧紧抓住主、副厂房开挖和尾水洞、尾水支洞、主厂房下部一线开挖的关键项目施工，结合地下洞室布置特点，充分利用永久洞室，合理布置各地下洞室的施工支洞，以保证关键项目通道畅通，快速施工，减少各洞室施工干扰，保证总工期目标的实现。

2.2 各洞室开挖

压力管道下平段设2#施工支洞，并将下弯段底部扩挖，与主厂房运输洞相接，以解决压力管道竖井段、下变段、主厂房Ⅵ、Ⅶ层的开挖通道问题。不设竖井至第二层排水廊道的施工支洞，这样，压力管道下弯段可以和竖井段一起开挖完成。同时，取消竖井支洞的封堵施工，避免了竖井支洞对帷幕施工的影响。

从主厂房运输洞分岔设8#施工支洞至尾调室连通上室底板高程1 012.90 m，其上岔洞至2#调压室Ⅱ层1 022.50 m高程，以分别解决两个尾调室Ⅱ、Ⅲ层的开挖通道问题。为了减少尾调室开挖施工对上游尾水支洞和主厂房施工的影响，将尾调室底部的溜井出碴通道与通过尾调室底部进入尾水支洞的通道在尾调室内（宽24 m以上）分开设置，中间有岩墙隔开，这样既有利于一侧通道溜碴（溜井位于尾调室中心一侧），另一侧通道保持畅通，又有利于尾调室围岩的稳定及开挖设备从中间岩墙上撤退。同时，在尾调室最后一层开挖时，分两部分开挖，尽量减少其开挖对通道的影响。

尾水调压室球形顶拱体型复杂，只有一次支护，开挖质量要求高，采取在尾调室顶拱增设施工支洞，以改善施工环境，利于机械作业，加快施工进度。从顶拱施工支洞进入尾调室后，先挖尾水调压室顶拱周边环形导洞，再挖中间岩柱，所有周边孔采用手风钻短进尺，沿切线方向钻孔，逐孔精确放样，标出钻孔方向，以保证钻孔精度，开挖过程中及时进行顶拱锚喷支护。尾水出口施工包含尾水洞出口段30 m洞挖，采取分三层施工，一枯完成第一层施工，第一层先锁口，然后两侧导洞先行开挖，中间岩柱开挖滞后跟进。开挖时采用超前锚杆等超前支护措施，短进尺、弱爆破，开挖后及时施作钢支撑，加深顶拱的锚杆深度，确保围岩稳定。

2.3 支护措施

对上、下平洞段开挖与支护，当开挖至地质不利结构面出露位置处，除控制药量及减小循环进尺以减少对围岩稳定影响外，还应及时采取超前支护以及架设钢支撑等加强支护措施。

本工程施工时采取合理安排交叉洞室的施工程序，6条引水洞、6条母线洞、6条尾水支洞与主厂房、尾调室的高边墙的交叉洞口，均采用先将引水洞、母线洞、尾水支洞等较小洞室在大洞室开挖其上一层前挖至大洞室边墙以内2 m，并及时做好锁口喷锚支护。在大洞室开挖至交叉口附近时，采取严格的控制爆破。在开挖后的高边墙开洞口时，采取锁口锚杆、超前锚杆对边墙进行超前锚固，必要时进行超前预注浆加固、小导洞浅孔短进尺爆破、短进尺密孔小药量扩大开挖跟进等措施。

另外，对Ⅲ、Ⅳ级结构面，蚀变岩体等不良地质洞段的施工，严格按照“新奥法”原理进行，根据不同地质情况和部位，采取“超前预测，超前支护、短进尺、弱爆破、少扰动、早封闭、强支护、勤测量”等措施，确保围岩的稳定，避免围岩塌方。配备有丰富地下工程经验的地质工程师，及时预测预报工程地质情况，分析工程地质问题。

2.4 爆破处理措施

对各洞（井）交叉口1.50倍洞径范围在开挖后及时实施加强支护，在必要情况下可实施超前锚杆或进行超前预灌浆等措施。

合理应用光爆、小药量短进尺等控制爆破技术进行洞（井）开挖规格控制，保证洞挖成型质量，减少开挖对围岩的影响，开挖后适时支护，避免塌方。

加强围岩安全监测，建立安全预报制度。开挖过程中根据开挖部位和地质条件，及时根据要求设置安全监测点和围岩收敛监测断面，及时沟通信息，以便调整开挖钻爆程序和钻爆参数，减轻开挖爆坡对围岩稳定的影响。

对于地质条件较差的洞段，开挖后用钢格栅、钢支撑等进行支护，在2#压力管道邻近厂房段开挖时，在锚杆超前施工的基础上还应限定单响起爆药量，保证围岩稳定。

严格按规范要求开挖、支护，在主变室开挖交叉洞室的洞口时，应采取控制爆破，并根据设计要求完成交叉洞室锁口锚杆支护。对较大规模断层、软弱夹层开挖时采用工字钢拱架或格栅钢拱架支撑，以保证洞室的稳定。对较大规模断层、软弱夹层，开挖后按设计要求和监理人指令，及时采取挖槽、锚固、回填混凝土及灌浆措施。对于主变室开挖时段，岩壁吊车梁混凝土正在施工，为控制其开挖对岩锚梁的震动影响，主变洞开挖进行爆破试验；开挖均采取合理的控制爆破手段，控制最大单响装药量，加强爆破震动监测，以防止爆破振动损伤岩壁梁混凝土。

3 结语

针对水电站洞室开挖工程实例，洞室存在开挖跨度大、开挖高差大等特点，为了防止围岩的松弛变形和破坏，需要及时进行支护。结合开挖顺序、洞室之间交叉施工、爆破技术的处理，支护结构的优化等施工技术和措施，通过洞室开挖时采取以上有效处理措施，保证开挖后围岩稳定。从本工程实施效果可以看出，洞室开挖技术是可行安全的，可为同类工程提供参考。

［1］张华.地下洞室开挖过程中的高边墙安全与稳定控制［J］.四川水力发电，2016（8）：38-41.

［2］赖跃强，姜小兰.彭水枢纽地下洞室开挖应力及稳定试验研究［J］.长江科学院院报，2014（8）：80-82.

［3］张建，沈军.大跨度洞室开挖施工方案研究［J］.煤田地质与勘探，2006（6）：115-118.

编辑：符蕾

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1673-8853（2017）07-0044-02

2017-04-10