大伙房輸水隧洞六河段施工技術研究

張建(遼寧省水利水電勘測設計研究院遼寧沈陽110006)

大伙房輸水隧洞六河段施工技術研究

圍巖自穩性極差。

1.3 水文地質條件

由于本地褶曲、斷裂、裂隙、節理、巖溶及巖石本身的嚴重風化，洞室區圍巖的滲透性很強。洞室滲水的直接或間接的補給來源主要為頂部及周邊的第四系地層賦水，包括斷裂構造水、巖溶水及基巖裂隙水。由于六河河谷較開闊、上游河水的常年補給、兩側山體飽氣帶水及基巖裂隙水的補給，構成了豐富的地下的補給來源。由于洞室開挖后破壞了原地下水的平衡結構，致使洞內局部涌水量及水頭壓力都較大，對洞室的穩定造成一定的不利影響。經過系統灌漿后，地下的活動狀態減弱為線狀流水。

1.4 洞室圍巖工程地質特性

經大量的地質勘察，又經施工地質驗證，對工程有影響的主要地質特性歸納如下：

（1）圍巖完整性很差。表現為多組結構面及節理裂隙發育，巖石多為碎裂結構及散體結構。巖體完整性系數大都為0.35≥Kv＞0.15或Kv≤0.15，巖體完整程度為較破碎或破碎。

（2）巖石強度很低。表現為風化及構造溶解嚴重，多處于強風化狀態；飽和單軸抗壓強度Rb（M P a）為30≥Rb＞15或15≥Rb＞5。已屬于較軟巖或軟巖。

（3）構造溶解嚴重。表現為條帶狀的砂狀大理巖發育。這種巖石是在構造應力下，破壞了原來巖石的膠結狀態，再由水的溶解作用下形成，巖石強度極低，用手掰即碎。其特點是在有臨空面的情況下，遇水很快膨脹、分解、塌落，容易引起塌方與涌水。

（4）地下水豐富，特別是F13斷層等影響帶處地下水的出露表現為涌水。由于洞室的埋深較大，涌水的壓力也較大。

2 主要施工技術措施

六河段施工采取以洞內超前灌漿為主，后期徑向灌漿為輔，開挖及支護采用“臺階法+預留核心土，鋼拱架+超前管棚注漿”的綜合施工措施。

2.1 超前灌漿

六河施工段超前灌漿共進行5個循環，分別為15+817～15+797m、15+797～15+777m、15+ 777～15+747m、15+708.5～15+720m、15+720～15+750m，其中15+708.5～15+720m段超前灌漿超前處理11.5m，其余各循環超前處理30m（水平距離），開挖20m，預留10m止漿巖盤，超前灌漿洞周加固范圍為10m。六河段F13主斷層及其影響帶（樁號：15+720～15+780m）進行了兩個循環的超前灌漿，重疊處理3m。

超前灌漿施工采用孔口封閉、孔內循環的灌漿方式。15+817～15+797m、15+797～15+777m、15+777～15+747m、15+720～15+750m，每一循環超前灌漿施工在洞室開挖掌子面由外向內共布置7環，共計135個灌漿孔。15+708.5～15+ 720m段超前灌漿共布置環共計60個超前灌漿孔。超前灌漿施工堅持環間分序、環內加密的原則，對灌漿孔進行分序、分段灌漿。

2.2 超前支護

六河段F13主斷層揭露后，分別在15+728m及15+777m兩個掌子面進行超前管棚施工，管棚在斷層核心部位搭接，搭接長度為6.5m。15+728m掌子面超前管棚布置沿洞室頂拱進行布置，共布置49個超前管棚孔，管棚長度為25m，管棚鋼管外插角為5°。15+777掌子面超前管棚布置沿洞室全周進行布置，共布置97個超前管棚孔，管棚長度為33m，管棚鋼管外插角為8°。超前管棚采用外徑108m鋼管，環向間距為0.3m。超前管棚采用42.5級普通硅酸水泥進行灌漿施工。超前管棚布置斷面見圖2。

圖2 超前管棚布置斷面圖

2.3 開挖及支護

洞室開挖采用臺階分步法。六河施工段洞室開挖共分5種開挖形式：過渡段開挖（樁號15+700～15+712m、15+840～15+828m）、Ⅰ型開挖（樁號15+828～15+817m）、Ⅱ型開挖（樁號15+712～15+720m、15+817～15+797m）、工況一開挖（樁號15+797～15+777m）、工況二開挖（樁號15 +720～15+777m），所有開挖斷面均為馬蹄形。除過渡段開挖采用全斷面開挖外，其余各型開挖均采用臺階分部法開挖。

圖3 六河施工段開挖及支護布置圖

洞室開挖施工前根據不同的開挖形式分別在擬開挖掌子面頂拱部位實施Φ 25超前錨桿、Φ 32超前小鋼管、Φ 42超前小導管等加強超前支護措施。洞室開挖及初期支護采用“弱爆破、短進尺、勤支護”的施工方式。開挖進尺嚴格控制在0.5～1.0m范圍內。每循環進尺后及時對洞室開挖掌子面及洞周噴射C 30鋼纖維混凝土進行臨時支護，隨后采用鋼格柵或鋼拱架及系統錨桿、鋼筋網進行初期支護，初期支護噴射C 30鋼纖維混凝土，厚度為15～20c m。六河段洞室開挖及支護見圖3。洞室開挖及支護施工相關數據統計見表1。

2.4 混凝土襯砌

六河段隧洞斷面為馬蹄形，混凝土襯砌采用自防水混凝土C 30F 200W12。混凝土襯砌施工時在洞室邊頂拱及仰拱部位鋪設防排水板，并在邊頂拱拱角部位預埋排水管。

2.5 固結灌漿

六河段洞室開挖及支護施工期間采用超前灌漿、超前管棚、鋼拱架及系統錨桿等技術手段有效加固了圍巖，確保了洞室順利貫通和混凝土襯砌作業。襯砌作業結束后，對六河段洞室全周進行固結灌漿處理。固結灌漿固鉆孔孔徑為Φ42m m，環間間距為2.0m，排距為1.0～2.0m，孔深6.0m，梅花形布孔，設計灌漿壓力0.5～1.0MP a。灌漿材料采用H SC超細水泥漿。

3 結論

六河施工段地質條件極其復雜，在施工前就制定從超前預處理、開挖、支護到襯砌、固結灌漿等各施工步驟的翔實措施和預案，確保了洞室安全施工。六河段安全監測數據，包括多點位移計、鋼筋應力、混凝土襯砌應變、襯砌圍巖壓力等數據指標都在合理的范圍內，表明該段洞室結構是安全的。

表1 洞室開挖及支護數據統計表