小断面复杂地质围岩排水隧洞开挖支护技术研究

【摘要】小断面隧洞广泛用于水利工程、边坡治理工程，小断面地下排水隧洞施工难以实现开挖与衬砌平行作业，一般宜先行开挖和初期支护，待洞身开挖贯通后再进行混凝土衬砌的施工支护，同时，因排水隧洞的特殊性，围岩地质又是制约隧洞安全开挖的另一个重要因素，如何将常规隧洞施工理论应用于小断面复杂地质围岩隧洞施工中，是本文重点探讨的重点，本文以某大型水利工程边坡治理地下排水隧洞施工为实践展开技术探讨。

【关键词】小断面；复杂地质；隧洞；支护技术

1、工程概述

某水利工程边坡治理地下排水隧洞洞总长1003m，开挖尺寸：Ⅴ类围岩按照4.5m×4.8m断面进行开挖，Ⅳ类围岩按照4.0m×4.55m进行开挖，混凝土衬砌后净断面尺寸均为3.5m×4.0m。

2、施工重难点及对策

2.1施工重难点

该水利工程边坡治理地下排水洞具有洞挖断面小、线路较长、地质条件差（以Ⅴ类围岩为主，围岩稳定性差）、工期紧等特点，图纸地质资料显示，各排水洞上游部分洞段为Ⅴ类围岩，岩层走向与隧道轴线小夹角，开挖后围岩稳定性差，对隧洞开挖成洞非常不利，安全问题突出，不利于隧洞的快速掘进。因此，研究小断面、长线路、差围岩条件下隧洞安全快速掘进技术，是本项目施工的一大重点。根据本工程边坡治理一期工程的另一条同类型后缘截水洞开挖经验，开挖过程中如果支护不及时或因地质缺陷，可能造成塌方，如何有效避免洞室塌方是本工程施工的一个重点及难点。

2.2主要对策

隧洞开挖采用周边光爆技术，遵循“新奥法、少扰动、早喷锚、勤量测、紧封闭” 的原则，避免因支护不及时而发生坍塌。施工前，合理规划隧洞通风和照明系统，对洞内施工机械和配套设备进行优化选型，施工期间，狠抓工序衔接，加强施工期安全监测和排水，确保隧洞安全快速施工。本地下排水洞与后缘截水洞岩层情况相似，根据后缘截水洞塌方处理的经验，开挖完成后，支护及时跟进，避免因支护不及时而造成塌方。根据本隧洞复杂的地质条件，编制切合實际的预案，如遇地质缺陷问题，可根据预案及时处理。

3、开挖施工方法

3.1施工方法

（1）开挖采用全断面钻爆法开挖，气腿钻造孔，设计开挖轮廓线光爆成型。

（2）采用扒渣机或装载机装渣，农用自卸汽车运渣至洞外转渣平台后，装载机或1.0m3反铲装渣，15t自卸汽车运至指定渣场。

（3）该地下排水洞围岩主要为千枚岩，遇水后泥化严重，严重影响围岩的稳定和洞内交通，渗水处理以泵机抽排为主，通过排水孔将围岩地下水引至底板两侧排水沟内，汇集后主要采用水泵抽排出隧洞。

3.2施工程序

本排水洞洞挖支护布置两个工作面，上、下游工作面同时进行施工。洞口边坡开挖支护施工完成后进行开挖进洞，开挖进洞时钢拱架紧贴洞口开挖面进行支护，洞口主要采用超前锚杆进行支护，如遇围岩较差时，可采用管棚支护围岩，支撑作业紧跟开挖作业，稳步前进。

隧洞开挖按照“新奥法”工艺施工，初期支护视围岩类别情况采取不同的施工程序，对Ⅲ类围岩，开挖爆破后进行随机支护和安全处理，根据实际情况，系统支护适时跟进；对Ⅳ～Ⅴ类围岩采用“预支护，短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测”的施工方案，一循环一支护。

3.3工艺流程

Ⅲ类围岩开挖支护工艺流程如图3-1，Ⅳ、Ⅴ类围岩开挖支护工艺流程如图3-2。

图3-1 排水洞Ⅲ类围岩施工工艺流程

3.4围岩支护

Ⅲ类围岩洞段，断面开挖每排炮结束后，对稳定性差的局部岩体及时进行清撬和随机锚喷支护，系统支护、系统锚杆、挂网及喷砼可滞后开挖作业施工；Ⅳ类和Ⅴ类围岩洞段超前支护和系统支护跟进工作面。

3.5具体处理措施

因千枚岩岩体形状，在洞挖过程中，既有可能遇见不良地质洞段，如遇此种情况，其开挖支护方式应根据现场情况进行适时调整，具体参数现场确定。根据本项目一期后缘截水洞开挖支护经验，二期排水洞若出现下述情况，预采取如下措施有：超前锚杆、超前小导管、调整钢拱架间距、减小开挖进尺、增加副拱、增设随机排水孔、固结灌浆等。

结语：

小断面复杂地质隧洞施工主要依赖小型机具施工，工效低、工期长，受狭小工作面、劳动生产率低的制约，小断面复杂地质隧洞施工关键技术在于如何结合隧洞围岩地质情况合理选用满足开挖支护施工技术保障措施，本文通过具体的隧洞施工实践，成功在常规隧洞施工理论基础上结合项目实际合理优化技术方案，高质高效完成项目施工，并形成经验总结为今后类似小断面隧洞施工方案选择参考提供依据。

参考文献：

[1]李冠楠.复杂地质条件下小断面排水隧洞塌方处理及预防措施[J].西北水电，2014（1）：33-38.

[2]王团乐，刘冲平，郝文忠，等.乌东德水电站金坪子巨型滑坡地质研究[J].《人民长江》， 2014（20）：54-58.

作者简介：

岑东东，武汉大学，湖北武汉；中国葛洲坝集团第三工程有限公司，陕西西安。