中小断面引水隧洞不良地质洞段施工处理措施

赵继焘

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃兰州730030）

1 工程及地质概况

1.1 工程概述

青海省引大济湟工程北干渠扶贫灌溉二期工程为湟水北干渠的续建配套工程，工程任务是以城镇生活、农业灌溉为主，兼顾生态用水，为Ⅱ等大(2)型水利工程，工程控制面积2.66万hm2，其中农田灌溉面积2.45万hm2，林地灌溉面积0.21万hm2。项目区包括2条分干渠(一、三分干渠)、18条支渠（含一分干1条支渠、三分干5条支渠）、7条干斗、松多水库及田间配套工程。

1.2 地质概况

本工程除13#隧洞(桩号29+281.28—30+156.1段)、14#隧洞(桩号30+346.81—32+388.51段)、18#隧洞(桩号38+193.72—39+155.68段)、19#隧洞(桩号39+175.55—40+150.2段)、20#隧洞（桩号40+239.2—40+766段）围岩为上元古界磨石沟组石英岩夹石英片岩段，其他隧洞均为加里东期花岗闪长岩。地下水活动轻微，围岩完整性较好，主要为Ⅲ类围岩。主要存在的地质问题为岩石破碎带，地下水为裂隙水。

综上所述，本工程的地质条件较好，但也存在地质破碎带和断层带。本标段隧洞共17座，隧洞总长31 600.88 m，为保证隧洞正常施工，不良地质条件下的安全施工措施是本工程地下工程施工的重点及难点所在。

2 隧洞不良地质洞段施工

2.1 不良地质段施工方法

本标段隧洞围岩不良地质段以Ⅳ、Ⅴ类围岩为主，存在少量断层破碎带。

施工过程中，首先进行钻孔超前探水，在隧洞拱顶、中部、底部采用多壁钻，用Φ100钻头接长钻杆各钻1个孔，孔深15 m，钻孔过程中注意观察岩粉、钻速、水质等变化情况，并将勘探过程记录及勘探成果上报监理工程师；根据岩体的强度及完整程度、涌水压力和涌水量，选择采用掌子面周边浅孔超前小导管注浆（φ40，L=3.0 m）、深孔全封闭固结止水注浆（帷幕堵水注浆）（φ100，L=6.0 m）及其他处理措施，同时及时将技术方案措施报告监理工程师和设计师等，并邀请有关专家到现场进行会诊，确定最合理的、有效的处理措施。

对Ⅳ、Ⅴ类不稳定块体及稳定性差的岩体：一是开挖采用“先导洞后扩挖，短进尺、多循环、弱爆破”的施工方式，将单循环进尺控制在1.5～2.0 m范围内；二是爆破采用光面爆破，周边孔间距不大于35 cm；三是支护采用综合加固围岩法，及时进行锚喷支护处理，即每次开挖前先设超前灌浆导管，爆破后喷1层5 cm的混凝土，之后安设径向钢拱架，最后进行第二次喷射，喷层厚度5 cm。

根据设计图纸，断层破碎带施工方法：一是开挖采用“短进尺、多循环、弱爆破”的施工方式，控制循环进尺为0.5～1.0 m；二是爆破采用光面爆破，周边孔间距不大于35 cm；三是支护采用导管法、钢拱架强有力的支护措施；四是在喷混凝土之前利用三壁钻机钻排水孔，并且安设引水管，以利喷混凝土支护；五是支护后立即进行破碎带处理混凝土浇筑。

2.2 不良地质段开挖支护施工主要安全工艺措施

对于不良地质洞段的施工，整体要遵循“短进尺、多循环、弱爆破、快支护、勤观测”的原则，在确保施工安全的前提下，科学合理地度过不良地质洞段，确保工程质量。

2.2.1 超前管棚注浆 本工程主要是在Ⅴ类围岩及断层破碎带洞段采用超前管棚注浆施工技术。具体施工方法为事先沿着钢拱架外轮廓线进行钻孔，施打钢管管棚（直径φ=42 mm，壁厚δ=3.5 mm，长度L=3.0～6.0 m，环向间距@=0.3 m），导管向上倾角为5～15°，管口位置处于开挖轮廓线以外5～15 cm处，管棚相邻循环搭接长度≥1.0 m。通过注浆机将水泥浆液（1∶1）高压注入围岩裂隙，较短时间内在拱顶范围形成一个完整性较好的拱壳，为后续钢拱架及喷锚支护起到安全保障作用。

2.2.2 钢拱架支撑 本标段采用I16工字钢，间距0.5～1.0 m/榀，拱架之间用φ22连接筋以环向间距0.5 m连接。钢拱架加工要求：沿隧洞周边轮廓误差≤3 cm；钢支撑平放时，平面翘曲应＜±2 cm。钢支撑安装工艺要求：为保证钢支撑置于稳固的地基上，施工中在钢支撑基脚部位预留0.15～0.2 m原地基；架立钢支撑时挖糟就位，软弱地段在钢支撑基脚处设槽钢以增加基底承载力；钢支撑平面应垂直于隧洞中线，其倾斜度不大于2°。钢支撑的任何部位偏离铅垂面≤5 cm。钢支撑与基岩面或垫块接触间距＜5 cm。

2.2.3 围岩喷锚支护技术 在开挖并清理洞渣后，采用高压水冲洗基岩面，初喷C20砼厚3 cm封闭围岩，以缩短围岩暴露时间，控制围岩变形，防止围岩在短期内松弛剥落。在锚杆、挂网、钢架支撑安设完成后复喷砼到设计厚度，喷砼采用混凝土PZ-6型干喷机进行喷射作业。

喷射砼分层进行作业，每层厚度≤5 cm。尽可能通过喷射砼将凿除缝、地质缺陷处及其可能存在的空洞填充密实。在可能被水流冲出游离物的岩石面或表面有渗水的部位，尽快进行喷射砼；在安装有钢筋网的部位，喷射砼覆盖钢筋网片厚度≥3 cm。

喷砼厚度按图纸设计要求，一般分层喷射，且每次喷射在前一次喷射尚未完全凝固前进行。一般相邻层喷射间隔30～60 min。喷射完成后，洞壁相邻表面过渡平缓圆顺，没有明显台阶，以改善受力状态。

2.3 塌方处理措施

如果围岩情况较为破碎，完整性差，出现塌方情况也是施工过程中不可避免的。应该按照以下措施处理：一是通过喷射C20混凝土使塌方空腔初期稳固，避免二次塌方，以保证施工安全；二是喷射C20混凝土厚度10 cm封闭掌子面，通过超前管棚钢管进行超前注浆，以稳固前方围岩，加强其完整性；三是快速安装I16钢拱架，间距加密至0.3～0.5 m/榀，并用φ22螺纹钢连接牢固；四是采用圆木先沿钢拱架外轮廓铺设1～2层，再进行竖直方向和侧向支撑；五是对该段进行挂网喷锚支护，视情况可采用全断面双层钢筋网片，喷砼厚度也可适度加厚；六是对该段局部分层进行回填灌浆处理，灌浆范围为顶部180°范围内，灌浆厚度为0.60～1.0 m，灌浆次序为先侧墙、后拱顶；在回填灌浆前开孔探测，若塌方覆盖层厚度大于0.50 m，可将浆液黏稠度下调；若塌方覆盖层厚度小于0.50 m时，可将浆液黏稠度上调。

3 结束语

隧洞工程是一个线条状的地下隐蔽工程，往往会穿越山峰、沟谷及河流等地貌，且埋深差别较大，因此隧洞工程地质状况十分复杂多变，遭遇不良地质非常常见，但在多数情况下不良地质洞段是可预防、可控制、可避免的。因此，为保证施工安全和质量，施工过程中的地质预测、预报必不可少，合理、安全的处理不良地质洞段，把不良地质洞段对于隧洞施工安全、施工质量、成本控制、工期影响的负面影响消除到最低程度。