复杂地质条件下大断面隧洞交叉口快速开挖技术

陈 锡 琪

(厦门安能建设有限公司，福建 厦门 361004)

复杂地质条件下大断面隧洞交叉口快速开挖技术

陈 锡 琪

(厦门安能建设有限公司，福建 厦门 361004)

橙子沟水电站引水隧洞和2号支洞交叉口围岩复杂、开挖空间大，为此采取超前锚固、分区开挖、加强支护、跟踪监测的方法，安全、快速的完成了开挖施工，为隧洞施工创造了作业面，该方法安全性好、施工速度快，施工难度小，可作为同类工程的参考。

复杂地质,大断面隧洞,快速开挖

1 概述

白龙江橙子沟水电站位于白龙江甘肃省陇南市境内，为径流引水式电站。工程枢纽主要建筑物由泄洪冲沙闸(兼导流明渠)、左岸堆石坝、右岸岸边式电站进水口，引水发电隧洞、调压井、压力管道、发电厂房及开关站等建筑物组成。

引水发电隧洞全长约17.2 km，圆形断面、开挖洞径为12.1 m，Ⅲ类、Ⅳ类围岩采用钢筋混凝土全断面砌衬。隧洞沿线共布置6条施工支洞。其中2号施工支洞开挖断面为8.0 m×7.0 m(宽×高)、城门洞型，与引水隧洞相交于引4+524桩号，引水隧洞和2号支洞交叉口开挖完成后，形成上、下游两个工作面，负责引水隧洞2+630～5+547段的施工。

引水隧洞和2号支洞相交部位岩层多为薄层石英黑云母片岩和炭质千枚岩，近水平层理，呈薄层状褶皱，岩质较软、片理发育，局部呈片理化千枚夹层，岩体中断裂较发育，主要为层间挤压带和层面裂隙，有破碎带，局部有渗水，岩体整体属Ⅳ类，地质条件复杂。

2 开挖的难点分析

1)引水隧洞开挖直径10.2 m、圆形断面，2号支为城门洞型断面，相交后形成约200 m2的空间，整体稳定性差；且顶拱相交位置形成尖角，极易产生应力集中和卸荷裂隙。

2)地质条件复杂，以薄层石英云母片岩和炭质千枚岩为主且有裂隙发育的破碎带，隧洞锚喷支护、钢支撑等外部加强支护必须要与开挖同时进行。

3)开挖形成的断面必须满足自卸车出渣车辆，装载机装车需要，才能形成快速出渣和快速开挖的条件。

4)此部位作为隧洞开挖时的关键通道，必须确保整个施工期内的安全。

3 交叉口施工方案

经综合考虑上述难度，同时为保证快速完成交叉口，实现引水隧洞上、下游两个作业面同时施工，采取“提前锁口，超前支护、分区开挖、加强支护、跟踪监测”的方案。即：

1)为保证交叉段钢支撑的整体受力，对主洞顶拱部位进行局部扩挖，扩挖既要满足主洞设计开挖体型要求，又要保证主洞钢支撑将受力传到支洞增设的最后一榀钢支撑。为保证行车安全对2号支洞与主洞的拐角处进行斜角开挖。

2)交叉开挖前完成2号支洞口钢支撑、网喷混凝土加强支护措施并对顶拱采用超前锚杆进行加强支护。

3)将交叉口分三个区，分区、分块开挖，支护跟随开挖及时施工。即开挖满足体型要求后立即进行钢支撑、网喷混凝土支护，上一循环强支护完成后才能进行下一循环的开挖。具体分区开挖如下：

第一步：完成施工支洞口的锁口锚杆和施工支洞加强段的钢支撑、网喷混凝土支护(2号支洞口的加强支护)；

第二步：从施工支洞掌子面顺施工支洞方向继续开挖至主洞另一侧，开挖时必须在主洞另一侧预留2.0 m左右的保护层。对施工支洞与主洞的拐角处进行斜角开挖，保证施工期的行车安全(Ⅰ区开挖、支护)；

第三步：从主洞内部已开挖部位(Ⅰ区)顺主洞方向朝上游开挖，开挖时钻孔上倾向顶部扩大，直至主洞的设计开挖线。主洞上层全部达到设计开挖线后继续向上游开挖3 m～4 m，保证安装完整的上层钢支撑5榀，并对钢支撑进行网喷支护(Ⅱ区开挖、支护)；

第四步：从主洞上游侧支护完成部位(Ⅱ区上游侧)，顺主洞方向朝下游开挖，支护与开挖交替进行，每循环的开挖结束后立即进行钢支撑、网喷混凝土支护。向下游的开挖和支护直至在支洞下游侧的主洞内安装5榀完整的上层钢支撑(Ⅲ区开挖、支护)。

剖面图见图1，平剖图见图2。

4 施工方法

1)Ⅰ区洞挖施工。

Ⅰ区开挖断面与施工支洞末端的开挖断面相同。即：8 m×7 m(宽×高)，开挖采用手风钻水平钻孔，循环进尺1.5 m，周边光面爆破。单耗取0.92 kg/m3左右。掏槽型式采用楔形掏槽，掏槽孔间排距50 cm×70 cm，孔深3.5 m；光爆孔间距50 cm，孔深3.0 m，线装药密度150 g/m；主爆孔间排距80 cm×120 cm，孔深3.2 m；爆破网络采用非电毫秒延期雷管微差延时网络电力起爆。

2)Ⅱ区、Ⅲ区洞挖施工。

Ⅱ区、Ⅲ区采用短进尺的开挖法，手风钻水平钻孔，循环进尺2.0 m，周边光面爆破。掏槽型式采用楔形掏槽，掏槽孔间排距50 cm×70 cm，孔深1.5 m；光爆孔间距50 cm，线装药密度150 g/m～200 g/m；主爆孔间排距80 cm×100 cm，孔深2.0 m单耗取0.98 kg/m3左右；爆破网络采用非电毫秒延期雷管微差延时网络电力起爆。

3)支护施工。

交叉段的支护与开挖同时进行，支护项目主要包括：喷射混凝土(喷射素混凝土、挂网喷混凝土)、系统锚杆、钢支撑及随机支护。具体部位为：

在施工支洞内与主洞相交的10 m范围采用钢支撑、网喷混凝土进行加强支护。钢支撑间距1.0 m，靠主洞侧的四榀加密，前三榀间距为50 cm，紧靠主洞的一榀间距为15 cm。此部位钢支撑的锁脚锚杆16根(φ25，L=4.5 m)，钢支撑间挂钢筋网(φ6.5@20 cm×20 cm)，连接筋加固(φ25，间距0.8 m)，喷混凝土20 cm。

在2号施工支洞与主洞相交的边墙和顶拱，在开挖主洞前采用锁口锚杆(φ25，L=6.0 m,入岩5.9 m)进行加固，锁口锚杆2排，间排距0.5 m×0.5 m，梅花形布置。

在主洞中心线以上范围内增加超前锚杆，超前锚杆间距0.5 m(φ25，L=4.5 m)。

主洞内钢支撑采用18号工字钢，间距0.8 m，锁脚锚杆上层为22根(交叉口部位为16根)。主洞交叉口钢支撑与支洞钢支撑进行对接并焊接牢固。钢支撑连接筋加固(φ25间距1.0 m)，挂钢筋网(φ6.5@20 cm×20 cm)，喷混凝土20 cm。

在主洞内根据实际围岩情况增加随机锚杆(锚杆φ25，L=6.0 m～4.5 m)和随机排水孔(φ50，L=3.5 m)。

4)跟踪监测措施。

为确保隧洞开挖安全，在交叉口开挖期间，隧洞交叉点、上下游各4 m，设置3排临时变形观测点，采用测量仪器进行变形监测，每天观测2次。

开挖完成后，在上述部位埋设收敛变形监测点，作为施工期变形监测，保证隧洞施工人员的安全。

5 结语

通过以上措施，保证了隧洞交叉口开挖的安全、顺利，仅用两周就完成了交叉口的开挖、支护，为引水隧洞的开挖创造了有利的条件。开挖施工方法和采取的措施可作为同类工程施工的参考。

[1] DL/T 5099—2011,水工建筑物地下开挖工程施工技术规范[S].

[2] 刘桃红,张 瞳.橙子沟水电站调压井固结灌浆施工技术[J].科技创新与应用,2014(9):66-67.

[3] 窦亚民.对复杂地质条件下隧道施工技术管理的探讨[J].经营管理者,2011(1):51-53.

Analysisofrapidexcavationtechnologyoflargesectiontunnelintersectionundercomplicatedgeologicalconditions

ChenXiqi

(XiamenAnnengConstructionCo.,Ltd,Xiamen361004,China)

Chengzigou power station diversion tunnel 2# and tunnel surrounding rock complex, the intersection of excavation space, to advance anchorage excavation, strengthening support, partition and tracking monitoring method, safety, rapid completion of the excavation construction, creating a work surface for tunnel construction, the safety and speed of construction, the construction difficulty is small, can be used as reference for similar projects.

complicated geology, large section tunnel, rapid excavation

1009-6825(2017)28-0180-02

2017-07-26

陈锡琪(1979- )，男，工程师

U455

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