复杂软岩地层隧洞洞室开挖施工技术

刘超

摘 要：文章以科哈拉水电站的引水隧洞工程为例，主要从洞脸处理、隧洞开挖和安全监测这3个方面对洞室开挖施工技术展开了详细的探讨，并综合对比不同地质环境提出相应的隧洞岩爆防治措施，从而确保了洞室开挖的安全性，提升了工程质量。

关键词：软岩地层 隧洞施工 支护方式

中图分类号：TV554

1.工程概况

科哈拉水电站位于巴基斯坦境内，项目对应的引水隧洞总长为17.4km，引水流量达到425m3/s，共配备了4台水轮发电机，共同构成1100MW的总装机组。在科哈拉水电站引水隧洞工程施工中，施工区域内地质条件较差，普遍存在岩体软弱以及节理裂隙现象，并伴有渗水情况，给工程稳定性提出了巨大的挑战。

2.洞室开挖施工技术

2.1洞脸处理

（1）洞脸开挖。在进行沟槽开挖作业时应确保开挖区域与洞口有5m的间距，爆破作业分两次完成。在对洞脸边坡区域进行施工时，采用的是预裂爆破的方式，此过程应控制爆破用料量，通过多段少进的方式进行施工，确保基岩的稳定性。

（2）洞脸部位锚杆锁口。在结束洞口开挖作业后，需要随即进行素喷混凝土作业，当厚度达到5cm后，应展开锚杆锁口处理。基于洞口部位的不同，需要用不同的方式。对于洞顶区域而言，锁口锚杆只需布设一排，而侧面区域则需有所改变，应再增设一排，两排之间保持0.5m距离。锚杆使用的是规格为Φ20mm的螺纹钢，入岩深度为5m。

（3）拱部小导管注浆预加固。参考方案中的设计轮廓线，在其外侧布置小导管，从而为注浆提供通道，以便对顶部围岩区域进行预加固处理。小导管的间距有所讲究，彼此之间应达到30cm，同时每一根管的外倾角都应介于5～10°范围内，管长以4～6m为宜。运用风钻成孔的方法，将孔径控制在5Omm水平。当完成小导管安装作业后便可进行注浆处理，整个过程应在高压环境中进行，控制水灰比介于1：1～0.5：1范围内，讲求先稀后浓的原则，灌浆压力≥0.3MPa。当孔内不再吃浆时，应进行闭浆处理，整个过程时长≥5min，对应压力应>O.5MPa。在严重渗水区域施工时，可采用双浆液注浆法，此时各管搭接长度≥1m。

（4）洞脸明洞浇筑。结束上述作业后，应对洞脸进行清理，并搭建安装钢筋，通过混凝土浇筑的方式形成规格为1m的明拱洞形。

2.2隧洞开挖

在结束上述作业环节，且各部分均达到相应强度要求后，便可进行隧洞开挖处理，具体工艺流程如下：测量放样→钻孔→装药连线→爆破通风→安全处理→出碴清底→围岩支护→清理工作面→测量放样（进行下一循环施工）。

2.2.1钻爆法施工

（1）测量放样。以施工图纸为基准，计算出放样点的具体参数，并在现场进行定位。应使用红油漆对具体点位进行标识，特殊情况下可以繪制拱部“红线”，以此达到光爆效果。使用钢尺对炮眼孔位进行测量，并以设计图纸为基准做好爆破孔布设工作。适时对断面间距以及断面对应点数进行测量，当出现洞轴线偏离基准水平或顶拱变形等现象时，应对爆破参数做以适度调整。

（2）钻孔。成孔设备以YT28凿岩机较为合适，在施工时应确保孔位、方向、孔径以及深度等参数满足工程要求，依据施工区域以及爆破性质的实际情况配备不同的人员数量，结束钻孔作业后应进行及时验收，对于非达标空洞而言应再次造孔。

（3）爆破施工。基于不同的地质条件以及支护方式，需针对性地采用对应方式，具体为：①全断面开挖：此方式普遍适用于III、IV类围岩。②正台阶开挖：此方式首先应对上半断面进行钻爆，并进行支护处理，而后方可对下半断面进行钻爆施工。③反台阶开挖：此方式首先应对下半断面进行钻爆，并将残渣清除干净，而后方可对上半断面进行施工，由此形成掌子面并做以支护处理。

2.2.2围岩支护

此环节设计的主要结构有挂网混凝土、锚杆以及钢支撑等。不同类型的工程围岩对应的支护厚度均有所差异，具体为II类厚度100mm、IV类厚度120mm以及V类厚度180mm。对于破碎带等稳定性较差的地段，应采用钢筋栅拱架网喷砼结构，由此形成厚度为300mm的支护厚度。除了III类围岩外，其余类型在进行支护作业时应与开挖作业交替进行。

2.3安全监测

（1）对于围岩稳定性较差的部位而言，在开挖过程中应密切关注结构变形情况，具体可采用收敛观测以及测量仪器两种方法进行。通过分析可掌握围岩的稳定情况，并由设计单位检测，以此为基础制定后续施工方案。

（2）注重底板围岩的状况。在进行安全洞开挖作业时，难免会出现部分区域底板过度渗水的现象，加之岩石的强度较弱，当运输车辆在施工区域长期来回时，将形成大范围碾压。基于此，应对该部分进行换填混凝土施工处理，可有效避免底板过度超挖现象，并提升钢支撑的稳定性，对隧道安全具有促进作用。

（3）事先进行二衬混凝土作业。本工程施工区域地质条件普遍较差，基于提升施工安全性的目的，在开挖时应兼并进行永久混凝土衬砌施工，工程对二衬混凝土施工提出了较高的要求，其施工区域距掌子面应保持在100m的间距，并使用钢模台车进行施工，但应为下部施工区域腾出充足的空间，以便车辆的顺利通行。

3.隧洞岩爆防治措施

如表1所示为具体的隧洞岩爆防治措施。

4.结束语

综上所述，隧道开挖支护施工本就存在一定的难度，在复杂地质环境中施工时难度再次增大，加之区域内地下水过于丰富，对工程提出了更多挑战。文章围绕隧洞洞室开挖施工技术进行研究，提出了具体的可行方法，从而提升了工程质量，确保施工在安全条件下进行，对于复杂软岩地层施工具有积极意义。

参考文献：

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