不良地質(zhì)隧洞施工技術(shù)方案研究

李懷國

（中國水利水電第一工程局有限公司云南分局，云南 昆明650200）

1 工程概況

隧洞穿過的地段為念生肯溝和梨園大溝夾持的山脊地形，山脊高程一般1830m～1840m，兩側(cè)地形坡度一般40°～45°。

地段內(nèi)基巖裸露，分布的地層為二迭系東壩組第三層（P2d3）和第四層（P2d4），主要巖性為黑褐色火山角礫熔巖、褐鐵礦化杏仁狀玄武巖、杏仁狀玄武巖，夾灰黑色致密狀玄武巖等，并有少量熔結(jié)凝灰?guī)r及多條2cm～5cm厚且斷續(xù)分布的凝灰?guī)r條帶。

該地段巖層呈單斜構(gòu)造，產(chǎn)狀為N75°～85°E，NW∠44°～65°。根據(jù)壩址區(qū)勘察成果，發(fā)育的主要結(jié)構(gòu)面為流層面和其它節(jié)理裂隙，并有部分?jǐn)D壓面、小斷層等Ⅳ級結(jié)構(gòu)面和少量屬Ⅲ級結(jié)構(gòu)面的斷層。根據(jù)壩址統(tǒng)計(jì)，主要節(jié)理按產(chǎn)狀分有以下三組：①N25°～50°E，SE∠70°～80°，節(jié)理面起伏，粗糙，延伸長，多數(shù)閉合，地表極少數(shù)張開并夾泥，間距0.1m~0.15m；②N45°～60°W，SW∠50°～70°，節(jié)理較平直，粗糙，延伸較長，地表多數(shù)張開夾泥，間距0.1m～0.2m；③N70°～80°E，NW∠40°～60°，流層面，面粗糙，局部結(jié)合緊密，延伸較3m～5m，間距0.2m～0.5m。

地表裸露基巖多屬強(qiáng)風(fēng)化，根據(jù)壩址區(qū)勘察成果，弱風(fēng)化底界水平埋深一般50m～75m。表部巖體有卸荷松弛現(xiàn)象。

2 開挖支護(hù)方案及程序

根據(jù)本工程隧洞的特點(diǎn)和工期要求，采用三臂鑿巖臺車為主的大型機(jī)械化鉆爆法施工；出渣采用3m3側(cè)卸裝載機(jī)配15t自卸車運(yùn)輸。噴砼采用濕噴機(jī)進(jìn)行濕噴，錨桿、注漿導(dǎo)管施工選用鑿巖臺車或手風(fēng)鉆鉆孔為主的方案。初擬洞挖方案見表1所示。

3 開挖工藝及措施

3.1 隧洞進(jìn)出口段開挖工藝

施工嚴(yán)格遵循“短開挖、小擾動、強(qiáng)支護(hù)、及時(shí)密閉、勤觀測”的原則。

隧洞進(jìn)出口段Ⅳ類圍巖及Ⅴ類圍巖開挖支護(hù)程序。

Ⅴ類圍巖開挖工藝流程：施工準(zhǔn)備→測量放線→超前小導(dǎo)管預(yù)注漿支護(hù)→單側(cè)壁導(dǎo)坑法分部開挖→型鋼支撐、系統(tǒng)錨桿、掛鋼筋網(wǎng)噴砼支護(hù)→監(jiān)測圍巖變形基本穩(wěn)定→二次模筑仰拱砼施工→二次模筑邊頂拱砼施工→轉(zhuǎn)入下一循環(huán)

?

進(jìn)出口Ⅳ類圍巖段開挖工藝流程：施工準(zhǔn)備→測量放線→超前小導(dǎo)管預(yù)注漿支護(hù)（若有）

→短臺階分層分部開挖→型鋼拱架支撐、系統(tǒng)錨桿、掛鋼筋網(wǎng)噴砼支護(hù)→監(jiān)測圍巖變形基本穩(wěn)定→二次模筑仰拱砼施工→二次模筑邊頂拱砼施工→轉(zhuǎn)入下一循環(huán)

3.2 洞身Ⅲ～Ⅳ類圍巖洞段開挖工藝

施工嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、弱爆破、勤量測”的原則。洞身Ⅲ～Ⅳ類圍巖開挖工藝流程：施工準(zhǔn)備→測量放線→超前錨桿支護(hù)（若有）→上層開挖支護(hù)→下層開挖支護(hù)→監(jiān)測圍巖變形基本穩(wěn)定→二次模筑砼施工→轉(zhuǎn)入下一循環(huán)

3.3 洞身Ⅱ類圍巖洞段開挖工藝

開挖支護(hù)程序見后附圖，開挖工藝流程見如圖1

3.4 主要工藝作業(yè)措施

3.4.1 測量放線

控制測量采用全站儀作導(dǎo)線控制網(wǎng)。施工測量采用經(jīng)緯儀配水準(zhǔn)儀進(jìn)行。測量作業(yè)由專業(yè)人員認(rèn)真進(jìn)行，每個(gè)月進(jìn)行一次測量檢查、復(fù)測，確保測量控制工序質(zhì)量。

3.4.2 鉆孔作業(yè)

由熟練的臺車、風(fēng)鉆工嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)鉆爆圖進(jìn)行鉆孔作業(yè)。各鉆手分區(qū)、分部位定人定位施鉆，實(shí)行嚴(yán)格的鉆手作業(yè)質(zhì)量經(jīng)濟(jì)責(zé)任制。每排炮由值班工程師按“平、直、齊”的要求進(jìn)行檢查。周邊孔偏差不得大于5cm/m，爆破孔偏差不得大于10cm。

3.4.3 裝藥爆破

炮工按鉆爆設(shè)計(jì)參數(shù)認(rèn)真進(jìn)行，炸藥選用硝銨或乳化炸藥。臺車水平孔一般崩落孔藥卷直徑35mm，連續(xù)裝藥，周邊孔選用25mm直徑藥卷，間隔裝藥，用砂袋堵塞嚴(yán)實(shí)。裝藥完成后，由技術(shù)員和專業(yè)炮工分區(qū)分片檢查，聯(lián)結(jié)爆破網(wǎng)絡(luò)，撤退工作面設(shè)備、材料至安全位置，導(dǎo)火索起爆、導(dǎo)爆索、導(dǎo)爆管傳爆，毫秒微差爆破，周邊光面爆破。

3.4.4 通風(fēng)散煙：爆破后起動強(qiáng)力軸流通風(fēng)機(jī)正壓通風(fēng)，開挖面爆破渣堆進(jìn)行人工灑水降塵。

3.4.5 安全處理、清底：爆破后要用1.0m3反鏟處理掌子面及頂拱安全。出渣后再次進(jìn)行安全檢查及處理，并用反鏟扒除工作面積渣，為下一循環(huán)鉆爆作業(yè)做好準(zhǔn)備。

表1 洞身Ⅱ類圍巖開挖工藝流程框圖

3.5 鉆爆開挖施工方法

能夠由挖掘機(jī)直接掏挖的部位采用由挖掘機(jī)直接掏挖，邊角部位輔助以人工鋤挖成型。裝載機(jī)集渣裝車，15t自卸汽車出渣。對于巖體較硬、挖掘機(jī)挖掘困難的部位采取造孔、小藥量微差爆破。造孔施工采用多臂鉆造孔，手風(fēng)鉆輔助造孔。爆破后采用1.0m3反鏟扒渣，將作業(yè)面清出后，滿足作業(yè)面施工要求后，邊出渣、邊進(jìn)行下一步施工。

3.6 洞身段掘進(jìn)開挖方法

3.6.1 施工方案

Ⅲ類圍巖整體性較差的洞段及Ⅳ類圍巖洞段，采取正臺階開挖方式，初期支護(hù)跟進(jìn)施工；Ⅲ類圍巖整體性較好的洞段、Ⅱ類圍巖洞段，采取全斷面開挖方式，初期支護(hù)頂拱范圍，其余部位支護(hù)滯后開挖20～30m進(jìn)行施工。

3.6.2 施工程序

①Ⅳ類圍巖洞段

Ⅳ類圍巖洞段采用超短正臺階開挖施工法，臺階長度一般為2～3m，臺階高度以拱腳為界，約3.0m。

Ⅳ類圍巖洞段施工程序?yàn)椋簻y量放樣→（易塌頂洞段超前錨桿施工）→上臺階鉆孔→裝藥、聯(lián)網(wǎng)、爆破→通風(fēng)排煙→頂拱噴第一層混凝土（5cm）→扒渣→（易塌頂洞段架設(shè)上格柵鋼架）→頂拱徑向錨桿施工、掛鋼筋網(wǎng)→頂拱噴第二層混凝土（23cm）→下臺階鉆孔→裝藥、聯(lián)網(wǎng)、爆破→通風(fēng)排煙→出渣→邊墻噴混凝土（23cm）→下一循環(huán)（單循環(huán)進(jìn)尺2m）。

②Ⅲ類圍巖洞段

Ⅲ類圍巖洞段采用全斷面開挖掘進(jìn)方式，初期支護(hù)錨桿跟進(jìn)施工。Ⅲ類圍巖整體性較差的洞段也采取超短正臺階開挖方法，施工時(shí)可采取與Ⅳ類圍巖洞段相同的施工方法。

Ⅲ類圍巖洞段施工程序?yàn)椋簻y量放樣→鉆孔→裝藥、聯(lián)網(wǎng)、爆破→通風(fēng)排煙→出渣→徑向錨桿施工→掛鋼筋網(wǎng)、噴混凝土（10cm）→下一循環(huán)（循環(huán)進(jìn)尺3.0m）

③Ⅱ類圍巖洞段

Ⅱ類圍巖洞段采用全斷面開挖掘進(jìn)方式。初期支護(hù)拱頂范圍，其余部位支護(hù)滯后開挖20～30m進(jìn)行施工，可與洞挖施工平行進(jìn)行作業(yè)。

3.6.3 現(xiàn)場爆破試驗(yàn)

在施工現(xiàn)場進(jìn)行洞身段爆破試驗(yàn)：以確定各炮孔孔排距、孔深、裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)、堵塞長度、單響藥量，監(jiān)測爆破振動速度等，并將試驗(yàn)成果報(bào)監(jiān)理工程師審批。

3.6.4 洞挖施工方法

采用直眼桶型掏槽、光面爆破。鉆孔采用三臂鑿巖臺車。造孔結(jié)束后，在液壓升降平臺上人工裝藥，機(jī)制炮泥機(jī)堵孔。采取密孔、少藥、非電毫秒雷管聯(lián)網(wǎng)微差控爆等措施，以減少爆破振動。用1.0m3液壓反鏟清橇掌子面危巖，出渣采用3m3側(cè)卸式裝載機(jī)。

3.7 隧道貫通措施

隧道接近貫通前，兩端施工應(yīng)加強(qiáng)聯(lián)系，統(tǒng)一指揮，并采取淺眼低藥量，控制爆破，當(dāng)兩開挖面間的距離30m時(shí)，一端爆破，另一端人員撤離工作面，剩余15m時(shí)，必須停止一個(gè)工作面作業(yè)并做好警戒，改為單向開挖，直到貫通為止。做好調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)的準(zhǔn)備工作。貫通時(shí)，必須由專人在現(xiàn)場統(tǒng)一指揮，停止掘進(jìn)的工作面必須設(shè)置柵欄及警標(biāo)，2個(gè)工作面入口必須有人警戒。貫通后，先進(jìn)行通風(fēng)后，方可恢復(fù)工作。

[1]李其桐.國外長隧洞施工技術(shù)及施工機(jī)械發(fā)展趨勢[J].水電站設(shè)計(jì)，1989-04-02.