復雜地質條件下隧洞開挖支護施工技術

潘福營，李璟延

（國網新源控股有限公司基建部，北京市 100761）

復雜地質條件下隧洞開挖支護施工技術

潘福營，李璟延

（國網新源控股有限公司基建部，北京市 100761）

某抽水蓄能電站通風洞地質條件復雜，圍巖節理裂隙發育，地下水位較高，存在大量的滲水，主要以Ⅳ類、Ⅴ類圍巖為主，根據現場實際情況，在施工過程中采取了一些開挖支護施工技術，保證了隧洞安全順利地完成。

抽水蓄能電站；通風兼安全洞；地質條件復雜；施工技術

0 引言

某抽水蓄能電站的通風兼安全洞采用城門洞型，開挖斷面尺寸為9.2m×8.1m（寬×高），洞長1084.18m，平均縱坡6.5%。根據洞室的圍巖分類，對Ⅲ類圍巖采取系統錨桿+掛網噴混凝土支護型式；對Ⅳ、Ⅴ類圍巖采取系統錨桿+掛網噴混凝土支護+鋼支撐拱架+混凝土襯砌的復合支護型式。鋼支撐采用I20工字鋼，Ⅳ類圍巖工字鋼間距1.2m，Ⅴ類圍巖工字鋼間距0.8m。

該電站通風兼安全洞地質條件復雜，節理裂隙發育，很多部位圍巖傾角很緩，加之地下水豐富，巖石的自穩能力相對較差，經實際統計，Ⅲ類圍巖占6.76%，Ⅳ類圍巖占73.11%，Ⅴ類圍巖占20.13%，而且地下水豐富，最大的涌水量達到6000m3/d。中間還夾有斷層和巖脈等地質缺陷，存在很大的安全隱患，施工難度非常大，為了保證隧洞施工安全順利地進行，隧洞開挖支護施工嚴格遵循“超前勘探、超前排水、超前支護、短進尺、弱爆破、勤量測、少擾動、早封閉、強支護”的原則。同時根據現場實際情況采取了各種施工技術措施，整個施工過程中發生了6次大的塌方，若干小的塌方，為水電工程少見，但未發生一起安全事故，順利完成了整個項目的施工。通過該項目取得了很多有效的經驗和方法。

1 隧洞開挖支護施工技術

1.1 洞軸線首先返測到地面上

根據前期地質水文勘探資料和探洞的實際情況，本項目地質條件非常復雜，有道是逢溝必斷，測量人員首先將洞軸線返到地面上，做好明顯的標志，同時計算出地面與隧洞頂的高差。工程技術和地質人員沿線進行查勘，根據地面的情況進一步了解和初步判斷該項目的地質情況，將地面沖溝的部位、有水塘的部位測量洞線樁號，標注在圖上，在快開挖到這些部位時，提前采取一定的措施，對安全施工起到了一定的保障作用。

1.2 做好超前地質勘探

做好長距離超前地質預報和短距離超前地質預報工作。長距離超前地質預報可以預測工作面前方200m以上的距離，甚至更遠。長距離超前預報采用地質雷達進行，同時主要依靠設計地質人員結合地質雷達資料，根據實際開挖圍巖情況和其他部位圍巖揭露情況以及前期勘探資料綜合分析論證得出。短距離超前地質預報，主要預報掌子面前20m左右的距離。在實際施工過程中主要采用了潛孔鉆進行超前勘探，潛孔鉆超前勘探具有快速、靈活、施工方便、費用低等特點，施工速度快，潛孔鉆鉆孔深度能達到20m以上，通過實際鉆進情況和巖粉情況對圍巖進行判別，另外通過超前鉆孔可以將地下水提前引出，起到了雙重的效果。

1.3 做好技術和物資準備工作

對于復雜地質條件下隧洞開挖施工，工程技術人員要根據地質資料提前做好相應的施工技術方案，對于斷層、破碎帶和塌方處理的施工措施更要詳細論證，編制好應急預案，施工排水措施和設備配置也要詳細編制，以上施工措施要得到參建各方的認可和監理工程師的審批。施工技術方案確定以后，項目經理要高度重視，針對方案中所需要的材料提前做好準備工作，特別是材料和專業設備的準備到位，比如穿越斷層或者塌方處理的大管棚材料和偏心鉆機提前備好2～3個循環的用量，不能等遇到塌方后再準備材料，這樣勢必造成更大的塌方，造成更大的損失。排水設施同樣如此，特別是對于富水地區，巖脈具有阻水的特點，一定時期可能沒有水，但可能突然之間來水，由于沒有充分的排水設施而造成更大的損失，這在工程上也是經常遇到的。

1.4 嚴格做好各項施工措施的落實工作

復雜地質條件下隧洞開挖支護的原則嚴格遵循“短進尺，弱爆破，強支護，少擾動，勤量測，早封閉”的原則，這也是常規的施工原則。斷面較大的隧洞還要分層、分段開挖和支護。但是在實際施工過程中，很多施工單位為了降低成本，很難將上述措施落實到位，有些塌方就是由于措施落實不到位引起的，比如開挖后掌子面及時采取素噴混凝土進行封閉，防止掉塊的發生，由于中間增加這道工序后，施工人員、設備要多調節一次，支護用材料也相對多浪費一些，但有時由于未及時封閉，造成小范圍的掉塊，從而引起掉塊不斷擴大而造成大范圍的掉塊或者塌方的產生。還有的由于工序銜接不及時，造成支護滯后，從而使圍巖產生較大的變形，進而引起塌方的產生。因此，施工過程中應嚴格做好施工技術的落實工作。另外，該電站地質條件復雜多變，規律性相對來說不是很好，因此工程技術人員每天到現場進行巡視、檢查、指導，根據實際圍巖的情況及時與監理、設計進行溝通，調整爆破參數和支護方式等。

1.5 充分利用好小導管進行超前支護

通風兼安全洞地質條件復雜多變，巖石節理裂隙發育，普通錨桿安裝困難，不進行超前支護又容易掉塊和塌方，根據實際地質情況，主要采用了超前小導管進行超前支護，起到了很好的效果，避免了很多塌方的產生，而且保證了開挖的質量，減少了超挖和超填的工程量，保證了施工進度。

該項目超前小導管支護采用了φ42、長度4m和φ50、長度6m兩種規格的鋼管，超前小導管間距為30～50cm，鉆孔角度外插5～100，一般布置在頂拱120°范圍內，根據圍巖情況有時在180°或者拱肩下60cm以上范圍內。保證拱肩部位不超挖對保證頂拱的穩定起著很重要的作用。超前小導管灌漿采用高壓注漿泵，水灰比1：1～0.5：1，先稀后濃，灌漿壓力大于0.3MPa，灌漿持續到孔內不再吃漿為止，閉漿時間持續大于5min，閉漿壓力大于0.5MPa。對于滲水較大的部位采用雙漿液注漿。每循環小導管搭接長度保證1m以上。

小導管相比大管棚具有施工速度快、施工靈活方便、成本低等特點，對于圍巖較差的部位優先采用小導管進行超前支護，對于抑制掉塊、塌方和保證開挖質量具有很好的作用。

1.6 塌方處理的方法

復雜地質條件下隧洞開挖施工，有些塌方很難避免，通風兼安全洞在開挖過程中遇到了6次大的塌方，遇到塌方后人員和設備及時撤離到安全的部位，做好安全警戒和現場記錄工作，待塌方穩定后根據不同的塌方情況采取不同的處理措施。該項目對于較大的塌方采用的處理方法是“固結松渣體與坍腔體、大管棚超前支護，短進尺、分層分區開挖、破碎錘進行欠挖處理、隨挖隨支護，自進式錨桿支護、鋼拱架緊跟、掛網噴鋼纖維混凝土”的綜合施工方案。對于相對較小的塌方，塌方會隨著空腔的升高，自然形成一個穩定的塌落拱，而不再塌后，再對塌方面進行噴射鋼纖維混凝土，塌方部位安裝鋼支撐，鋼支撐固定好后，鋼支撐頂部鋪設鋼模板，再回填混凝土形成2m高以上的頂拱，在二襯混凝土施工時再用泵送混凝土將上部的空腔填滿。

1.7 其他

1.7.1 做好檢查與監測工作

圍巖較差的部位開挖后及時做好變形監測工作，臨時監測主要采取的方法是收斂觀測和測量儀器進行變形監測。同時，有條件的話，永久監測的錨桿測力計和多點位移計及時安裝。利用永久和臨時監測的成果進行分析，判斷圍巖的穩定情況，根據分析結果由設計單位確定下一步的處理措施。

1.7.2 關注底板的圍巖情況

通風兼安全洞在開挖過程中有的部位底板長期滲水，加上巖石強度低，在運輸車長期來回碾壓的情況下，造成底板高度不斷地下降，因此對鋼支撐底腳的穩定造成了很大的影響，在施工過程中，針對此部位采取了提前換填混凝土的方法，有效地減少了底板的進一步超挖，同時對鋼支撐的穩定和隧洞安全起到了很好的效果。

1.7.3 提前進行二襯混凝土的施工

由于圍巖地質條件較差，為了保證施工安全，采取了邊開挖邊進行永久混凝土襯砌施工，二襯混凝土施工離開掌子面100m的距離。二襯混凝土采用定型的鋼模臺車進行施工，鋼模臺車加工的尺寸要保證下部施工交通車輛的正常通行。

2 結束語

復雜地質條件下隧洞開挖支護施工具有很大的施工難度，再加上地下水豐富的隧洞難度更大，施工的方法和措施很多，但為了保證在安全和質量的前提下加快開挖進度，關鍵是各種措施的落實工作，每次塌方的處理費用和工期都很長，因此在開挖期間適當增加投入，減少或避免塌方的產生，也是一種經濟效益，也是對進度的一種保證。

[1] 潘福營.溧陽抽水蓄能電站通風洞塌方的處理.四川水力發電，2011，30（2）：20-22.

[2] 李國權，邢磊，史永方.溧陽抽水蓄能電站前期洞室施工經驗總結.水力發電，2013，39（3）：62-64.

[3] 田貴明，張淑芝，田樹申.溧陽抽水蓄能電站尾水主洞施工方案.水力發電，2013，39（3）：73-75.

潘福營（1971—），男，碩士，教授級高級工程師，主要從事工程項目管理工作。E-mail：183983936@qq.com

李璟延（1977—），女，博士，高級工程師，主要從事抽水蓄能電站電氣技術研究及管理工作。E-mail：jingyanli@sgxy.sgcc.com.cn

Tunnel Excavation and Supporting Technology under the Complicated Geological Conditions

PAN Fuying，LI Jingyan
（State Grid Xinyuan Company Ltd.，Infrastructure Department，Beijing 100761，China）

The ventilation holes of pumped storage power plant always have the complex geological conditions，such as：the fractured of the joint surrounding rock，the high water level with a lot of seepage，mainly including Type Ⅳand Type V. According to the actual situation，some special excavation and support construction technology have been taken into the construction process to ensure the completion of tunnel safely and smoothly.

pumped storage power plan；ventilation and security holes；complex geological conditions；construction technology