长育村隧洞进口凝灰岩富水带施工技术总结

张 升

（中铁五局集团第一工程有限责任公司，湖南长沙410117）

1 工程简介

1.1 工程概况

滇中引水工程大理I 段施工6 标及海东分（退）水洞位于大理州境内，施工起止桩号DLⅠ91+206～DLⅠ112+429，全长21.223km，其中隧洞长20.688km/5座，线路占比97.48%。

长育村隧洞位于大理市双廊镇五星村—长育村一带，北连老马槽渡槽，南接大理Ⅱ段海东隧洞，隧洞全长约6.67km，设计流量135m3/s，纵坡i=1/4150。本分段位于长育村隧洞前段，长4.104km，隧洞采用标准马蹄形断面（R2=2R1），顶拱半径R1=4.7m，渠道设计水深7.13m，净高9.4m。大理I段施工6标承担长育村隧洞前段DLⅠ108+324.66～DLⅠ112+428.58施工里程段。

1.2 凝灰岩富水破碎带

长育村隧洞进口地质主要为玄武岩夹凝灰岩，玄武岩为相对透水且富水岩组，凝灰岩夹层或透镜为隔水岩组，为裂隙水。主要受大气降水和孔隙水越流补给，地表水沿沟槽排泄迅速。雨季地表水经地表冲沟汇集向地势低处排泄，少部分沿岩体张裂隙、溶蚀孔洞渗入地下，主要为裂隙水。隧洞基本位于地下水位以下，地下水位埋深一般80～450m，水头高一般0～300m，最大376m，进口地下水位埋深浅。

长育村隧洞进口洞室围岩稳定问题主要为凝灰岩夹层（或透镜体）与破碎玄武火山角砾岩存在稳定问题。隧洞渗涌水问题主要为玄武岩富水破碎带或风化囊渗涌水问题，玄武岩总体富水且中等透水，而凝灰岩隔水，可能遇富水破碎带（含断层破碎带）或风化囊发生涌水。局部洞段可能存在高外水压力问题。

长育村隧洞进口DLⅠ108+630～DLⅠ108+680段为凝灰岩夹层富水带。

2 人员及机械设置情况

2.1 人员配置情况

凝灰岩富水带施工，项目成立了领导包保责任制，由包保领导牵头，同时也制定了人员值班制。人员配置情况如表1所示。

2.2 机械设备设置情况

长育村隧洞进口凝灰岩富水带机械设备设置情况如表2所示。

3 超前地质预报措施

长育村隧洞进口凝灰岩富水带实施超前预报，其目的是进一步查清隧洞开挖工作面前方的工程地质与水文地质条件，指导工程施工顺利进行。同时降低地质灾害发生的几率和危害程度，为优化工程设计提供地质依据。

3.1 物探地质雷达超前预报

地质雷达（简称GPR）也称作探地雷达，是一种电磁探测技术，它利用发射天线将高频短脉冲电磁波定向送入掌子面前方，电磁波在传播过程中遇到存在电性差异的地层或目标体就会发生反射和透射，对所采集的数据进行相应的处理后，通过分析其旅行时间、幅度和波形，判断地下目标体的空间位置、结构及其分布。

物探预报，由长江勘测规划设计研究院实施，超前地质预报采用的仪器为美国GSSI 公司生产的SIR4000 型地质雷达，配100MHz 主频的屏蔽天线。

表1 长育村隧洞进口凝灰岩富水带施工人员配置表

表2 长育村隧洞进口凝灰岩富水带机械设备设置表

2020 年7 月9 日，在滇中引水工程大理Ⅰ段施工6标长育村隧洞进口，掌子面桩号DLⅠ108+619，开展了一次TGS 超前地质预报工作。本次超前地质预报范围为：DLⅠ108+619～DLⅠ108+739，共计120m。

2020年8月24日，在滇中引水工程大理Ⅰ段施工6标长育村隧洞进口，掌子面桩号DLⅠ108+666.6，开展了一次地质雷达超前地质预报工作。本次超前地质预报范围为：DLⅠ108+666.6～DLⅠ108+696.6，共计30m。

其120m 的长距离超前预报和30m 的短距离预报成果结果分析分别如图1、图2所示。

3.2 超前水平钻探预报

图1 DLⅠ108+619~DLⅠ108+739长距离预报结果

图2 DLⅠ108+666.6~DLⅠ108+696.6短距离预报结果

钻探预报是超前预报中最为直观的一种预报方法，其原理是通过潜孔钻机或取芯机，对前方掌子面围岩打孔的方式，判别前方围岩情况，主要是探水和溶洞空腔等，其施作长度一般在30m。

长育村隧洞进口掌子面施作至DLⅠ108+625 时，结合现场实际情况，在上台阶掌子面中间及右侧均施作了超前水平钻，其中，掌子面中间施作长度30m，为水平钻探，右侧施作长度15m，外插角5°。

长育村隧洞掌子面施作里程至DLⅠ108+650 时，探孔搭接长度5m，根据现场实际情况，再次施作超前水平钻。

3.3 加深炮孔

加深炮孔的施作，由施工单位具体实施。先由技术人员对班组进行交底，现场操作时，可由技术人员结合现场实际情况，用油漆标记与墙上或现场指定位置。施钻过程中应注意钻进难易程度变化、调钻情况并观察岩粉颜色变化，发现异常及时记录并报告。加深炮孔布置如图3所示。

3.4 地质素描

地质素描由长江勘测设计研究院地质专业具体实施，2020 年 7 月 13 日，在长育村隧洞进口 DLⅠ108+629.97进行地质查看，其现场备忘录情况为：围岩情况为玄武岩夹凝灰岩，弱风化，凝灰岩主要分布于拱顶，遇水易软化，性状差，岩体裂隙发育，主要为缓倾角结构面，面多附泥质，块裂结构为主，裂隙有渗滴水，桩号DL I 108+629.94 顶拱部位凝灰岩及周边破碎安山岩在地下水软化作用下，塌腔在径向延伸较大，垮塌后洞内涌水量增大至30L/s，存在地表水贯通的可能。

图3 加深炮孔施钻布置图

主要工程地质问题为顶拱软弱凝灰岩与破碎安山岩在地下软化作用下的变形、垮塌问题，需严格按照四方技术方案处理卡进行处理。

4 开挖及初期支护措施

4.1 开挖工法

长育村隧洞进口掌子面施作里程至DLⅠ108+630时，由原来的正台阶开挖工法，改三台阶法，以缩小原来的开挖高度，开挖时，减少对围岩的扰动。2020 年8月23日10:00时，长育村掌子面施工里程至DLⅠ108+666时，喷浆结束，扒回弹料进入开挖时，隧洞左右拱脚上1m位置，水量突然增大，流量约30L/s；同时，掌子面右侧凝灰岩随着流水涌出，为防止发生塌方，立即装运洞渣回填进行反压封堵。2020年8月24日，经业主、设计、监理、施工单位四方会议讨论，采用预留核心土开挖方法，同时对上台阶开挖采用半断面开挖方法（类似CD 法），开挖半断面后及时进行支护封闭。半断面预留核心土开挖法如图4所示。

4.2 开挖进尺

开挖采用破碎锤结合人工风镐进行开挖，严格控制开挖进尺不大于0.6m/1 榀间距。掌子面采用预留核心土法开挖，并分左右侧单幅开挖工法（类似CD法）。挖掘机先将拱脚处多余回填渣进行清理，预留1～2 人施作空间，距离拱脚宽度不大于1m，然后采用人工风镐凿除易松动的破碎岩石。机械结合人工风镐开挖如图5所示。

4.3 超前措施

（1）超前小导管施工。在上台阶钢架腹板位置割孔，并打设施钻超前小导管，超前小导管环向间距30cm，单根长度L=4.5m，第二环与第一环割孔位置错开，每环打设。

（2）注浆。超前小导管施作完成后，采用小导管注浆。注浆压力控制在0.3～0.5MPa。

图4 半断面预留核心土开挖法

图5 机械结合人工风镐开挖

开挖过程中遇塌方，在喷浆封闭前，预埋∅200mm注浆管。在喷浆封闭后，通过该管进行喷浆与注浆。

4.4 初期支护

长育村隧洞进口DLⅠ108+630～DLⅠ108+680段围岩类别为V类，其初期支护方式如下：

钢架采用I22a型钢钢架，纵向间距0.6m；

纵向连接钢筋采用HRB400∅22mm钢筋，环向间距1m；

钢筋网片采用HPB300 的∅6mm 钢筋网，钢筋网网格间距为15cm×15cm；

锁脚锚杆增强为锁脚导管，上台阶在拱腰位置增设一组，单根长度L=2.5m（由于开挖工法为预留核心土法，无法施作锁脚，待核心土长度超过该钢架后，中台阶开挖前，后续进行补打，补打加强为∅42mm 锁脚锚管，单根长度L=4.5m）；

锚杆采用中空锚杆，在开挖中台阶之前进行补打，中空锚杆为∅25mm中空锚杆，单根长度L=6m；

喷射混凝土采用C20喷射混凝土，厚度20cm。

排水孔打设深度L=3m，根据现场实际情况打设，每循环不少于5个。

5 排水措施

在每循环钢架安装完成时，在打设锁脚导管的同时，采用YT-28风钻对掌子面前方及周边进行打设排水孔，排水孔打设范围为初支面湿润带，打设深度为L=3m。

在掌子面后方约50m位置，距离拱脚1.5m位置开挖临时集水坑，将掌子面及中台阶的水汇集在临时集水坑中，通过水泵将水抽排至洞外。

6 施工中注意事项

6.1 加强各项安全监测、观测

（1）在上台阶掌子面加密布设监控量测点，每5m布设一组，每组布设不少于3个，每天测量不少于2次，并每日将结果进行通报。

（2）在洞口位置设置水量监测仪，设专人每8h对水量进行监测、记录，并每日通报监测结果。

6.2 资源准备充足

（1）在掌子面后方30m位置设置逃生管道，在逃生管道口设置安全绳、简易医疗箱、食物及饮用水。

（2）用编织袋装碎石土，以备塌方时封堵用。

（3）开挖时，罐车及喷浆机在中台阶等待，遇到塌方时及时进行喷浆封堵。

（4）初期支护所用的材料全部准备充足，水泥净浆由拌合站供应，注浆机准备到位。

（5）准备好充足的雨衣、雨靴等防护用品，准备好备用的水泵，以防止洞内积水情况发生。

6.3 凝灰岩富水破碎带施工

（1）做好超前地质预报工作，尤其是超前水平钻。

（2）选择合适的开挖工法。

（3）做好超前措施。

（4）开挖后及时进行支护。尤其是喷浆机及喷射混凝土，要做到现场有需要，第一时间供应。

（5）做好排水工作。

7 施工总结及建议

（1）凝灰岩是由火山喷发后的火山灰而成，软弱、破碎、无结构性，且具有随机存在的特性，施工中遇到凝灰岩岩层时，发生地质灾害的可能性大大增加；但当下常规的超前地质预报（TSP、TGS、地质雷达等）方法的可靠性并不高，所以超前探孔的重要性不言而喻，超前探孔能更直观地了解前方的岩层结构，从而对施工可以更具有针对性。因此，必须加强超前探孔及加深炮孔施工，并将其纳入工序进行管理。

（2）对凝灰岩富水破碎带隧洞的开挖，选择合适的开挖工法，可以有效解决开挖时对掌子面围岩的扰动。

（3）对凝灰岩富水破碎带隧洞的开挖，应做好监控量测、超前支护、排水孔、初期支护加强，最主要的是安全施工，不可盲目追求进度而大面积、大进尺开挖，必要时还需施作临时横撑，以封闭成环，达到安全。

（4）做好后备物资储备工作，做好安全防范措施。

（5）做好人员值班制度，掌子面发现异常，及时组织人员机械撤退工作。