某水電站公路隧道淺埋偏壓段施工技術研究

張 楊，邵鵬哲，劉明昌

(雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610051)

0 前 言

公路隧道建設施工過程中經常面臨軟弱圍巖、松散堆積圍巖、淺埋、偏壓等諸多難題[1-2]。其主要體現在拱頂覆層較薄、圍巖的穩定性較差，在開挖的過程中容易出現冒頂、塌陷、推移等情況，嚴重影響了工程施工的安全和進度[3-5]。當遇到埋深不足、巖層破損等情況時容易發生塌方事故。在施工中采取何種措施才能更好地保證全過程的安全高效是當前此類問題的主要研究方向[6-8]。本文以實際工程為依托，以淺埋、偏壓問題為研究對象，開挖前對洞口邊坡進行加強支護、對洞口段進行圍巖加固，明洞段采用半明半暗開挖，嚴格控制臺階法開挖時的爆破參數，對提高淺埋偏壓隧道施工工藝與安全控制技術具有重要的現實意義[9-10]。

1 工程概況

錦屏一級水電站位于四川省鹽源縣、木里縣交界的雅礱江干流，是雅礱江水能資源五級水電開發中的第一級，其裝機容量3 600 MW，大壩壩高305 m，水庫正常蓄水位1 880 m，死水位1 800 m，電站機組于2014年7月全部投產。

錦屏一級水電站1號營地為錦屏水力發電廠主要辦公和生活營地，位于錦屏一級大壩下游約18 km的雅礱江左岸。2018年至2020年汛期，1號營地后邊坡、1號營地至一級大壩沿線交通道路多處出現局部垮塌、落石；多次落石造成交通阻斷，嚴重影響人員、車輛通行。為確保道路通行安全，需對部分路段進行工程治理，故針對不同區域采取擋墻、防護網、棚洞、隧道等工程措施。為繞避不穩定斜坡區，在大奔流1號隧道至印把子三岔路口建設大奔流繞避隧道，繞避隧道總長1 538.971 m，進口設計起點接現有10號公路下方的2號公路，樁號K0+58.000 m ，出口終點處與現有大奔流1號隧道平交，樁號K1+596.971 m，隧道與現有1號交通洞成平面交叉。

2 施工重難點分析

隧道洞口為典型的淺埋偏壓隧道口，淺埋偏壓段長度約30 m，邊仰坡整體基本穩定，但坡度較陡，巖體破碎，節理裂隙較發育，開挖擾動后易出現邊仰坡小規模崩塌、洞內大變形、塌方甚至冒頂等，采取合理的圍巖加固、開挖支護措施是確保該工程安全施工的重難點。根據設計圖紙，洞口均為明線段洞口，為減少洞口施工對邊坡的擾動，不對邊坡進行大面積開挖，在對原邊坡局部修整、支護后，直接進洞開挖。邊坡修整、支護范圍、測量放樣如圖1所示。

圖1 洞口邊坡修整及支護范圍

3 施工方案及主要施工工藝

3.1 洞口段施工

3.1.1 邊仰坡及洞口圍巖施工

為減少洞口施工對原邊坡的擾動，確保邊坡穩定，開挖前對洞口邊坡進行加強支護，支護參數為:錨筋束3Φ28，L=9.0 m，間排距3.0 m，梅花形布置；掛網噴C20混凝土，厚12 cm，鋼筋網采用Φ8鋼筋，網格20 cm×20 cm；洞臉噴C20混凝土，厚12 cm。

3.1.2 明洞段施工

洞口機械明挖后，根據開挖揭示地質狀況，為加強洞口邊坡穩定，抵消側壓力，采取以下施工措施:

(1)K0+65.8 m～K0+71 m段(5.2 m)設置明洞，明洞段采用半明半暗開挖。半明半暗支護參數為:系統錨桿采用Φ22普通砂漿錨桿，L=3.5 m，環向間距1.0 m，縱向間距0.6 m；鋼架采用I18型鋼鋼架，間距0.6 m；噴射混凝土采用C20混凝土，厚25 cm；鋼筋網采用Ф8鋼筋網，網格間距20 cm×20 cm。

(2)明洞采用單壓式明洞，支護設于模筑襯砌外側，并緊貼襯砌，為確保鋼架等組成的支護結構的整體抗滑穩定，先施作明洞外邊墻，在基礎底部布置2排Ф22砂漿錨桿，L=3.0 m，間距1.0 m，入巖2.0 m，外露1.0 m伸入混凝土擋墻內，墻底寬1.0 m，頂寬0.5 m，施作高度2.0 m。

(3)右側開挖輪廓外淺埋部位布置Ф22砂漿錨桿，長度4.5 m，間排距1.0 m，梅花形布置。

(4)左側拱腳段設置貼坡混凝土重力擋墻，擋墻沿開挖輪廓外邊線布置，墻高2.0 m，長3.0 m，擋墻底部布置3排Ф22砂漿錨桿，每排布置2根，錨桿入巖2 m，外露1.0 m伸入混凝土擋墻；邊墻布置2排Ф22砂漿錨桿，每排布置3根，錨桿入巖2 m，外露1.0 m伸入混凝土擋墻。

3.1.3 暗挖段施工

進洞開挖2 m后，開挖揭示巖體節理裂隙較發育，巖體呈塊狀，且洞口下游側巖體偏薄，為確保洞口圍巖安全穩定，對洞口部位巖體采取以下加固措施:

(1)大奔流繞避隧道洞口下游側邊坡樁號K0+73.000～K0+76.000段增設普通砂漿錨桿，錨桿間排距1.5 m×1.5 m，梅花形布置，共設置4排14根，底部第一排高程1 671.926 m(見圖2)。在增設錨桿范圍系統噴C20混凝土，厚12 cm。錨桿長度根據現場實測巖體厚度確定，孔向垂直隧道軸線，下傾10°成孔，錨桿具體參數見表1。

圖2 增設錨桿布置

表1 錨桿參數

(2)在洞口下游半幅，距開挖輪廓線1.5 m設置一排3，Ф28，L=9 m鎖口錨筋束，間距2 m，錨筋束沿洞軸線方向水平成孔，共4束(見圖3)。

圖3 錨筋束布置

(3)在洞口下游側沖溝部位，沿現有被動防護網下部設置一排3Ф28，L=9 m錨筋束，間距2 m，錨筋束豎直成孔，共4束。

(4)將1號洞口K0+72.800～K0+82.800段超前小導管(Ф42，L=4.5 m)縱向間距調整為1.2 m(原1.8 m)。

為防止洞口開挖對現場既有設施造成損害，洞口進洞10 m以內開挖采用靜態爆破(膨脹劑)。靜態爆破首先采用鑿巖臺車在洞口中部鉆孔，鉆孔范圍寬2.0 m，高2.0 m，孔深1.0 m，鉆孔間距50 cm×50 cm，鉆孔完成后采用挖掘機+破碎錘在鉆孔部位進行破碎掏槽，掏槽深度為1.0 m，寬2.0 m，高2.0 m。掏槽完成后其余斷面逐步逐層進行裝藥爆破，鉆孔方向盡可能與掏槽后形成的臨空面平行，并下傾5°左右，布孔間距25 cm×25 cm，鉆孔直徑50 mm，鉆孔深度1.0 m(具體根據圍巖狀況調整)。

靜態爆破采用化學膨脹劑，將膨脹劑用適量水調成流動狀漿體，直接灌入鉆孔中，經水化反應后，產生巨大膨脹壓力將巖石脹裂、破碎。爆破后石渣采用液壓反鏟及裝載機，挖裝至25 t自卸汽車內，由25 t自卸汽車轉運至印把子混凝土拌和系統重復利用。

3.2 洞身段施工

3.2.1 臺階法施工

對掌子面采取臺階法施工，上臺階高度為5.3 m，下臺階高度為2.65 m(見圖4)，隧道貫通后再進行仰拱開挖施工，開挖施工工藝流程如圖5所示。

圖4 臺階法開挖斷面示意(單位:cm)

圖5 臺階法開挖施工工藝流程

臺階法施工，采用鑿巖臺車鉆孔，首先進行上臺階①開挖，上臺階開挖及初期支護完成后再開挖下臺階②，下臺階開挖及初期支護完成后進行下一循環施工，待隧道貫通后再進行仰拱③開挖。上下臺階開挖掌子面距離按3 m控制。爆破后石渣采用液壓反鏟及裝載機，挖裝至25 t自卸汽車內，由25 t自卸汽車轉運至印把子渣場作為砂石原料或轉運至三灘溝渣場棄置。出渣后，由專職安全員對開挖面周圍危巖進行排查，確保無安全隱患后，方可進行下一道工序施工。初期支護需緊跟開挖掌子面，采用鑿巖臺車及濕噴臺車進行施工，初期支護完成后再開始下一個鉆爆作業循環。

3.2.2 爆破參數

爆破采用光面控制爆破，數碼電子雷管起爆。將斷面布孔中掏槽孔、輔助孔、周邊孔分2次進行爆破，即掏槽孔先行爆破，然后進行輔助孔和周邊孔的爆破。掏槽孔采用復式掏槽方式布孔，即布置3排孔，同時對3排孔實施毫秒延時爆破。輔助孔和周邊孔進行一次爆破，不同類爆破孔和同類爆破孔均實施毫秒延時爆破，循環進尺控制在1.0 m，降低單孔裝藥量。

3.3 質量保證措施

本工程隧道地質條件較為復雜，開挖成型斷面多樣，要保證施工質量必須從總體施工程序安排、施工技術方案選擇和施工進度上進行優化，合理配置資源，要求施工隊伍具有豐富的施工經驗，并且在施工中不斷總結，提高施工技術和管理水平，以保證優質、高效完成施工。施工階段采取以下措施保證施工質量:

(1)施工前，結合各部位開挖要求和地質條件進行詳細的爆破設計，優選合理的爆破參數；施工中，根據爆破效果，不斷修正完善爆破參數以達到更好的效果。

(2)合理安排開挖施工程序，保證開挖的質量滿足要求。

(3)配備足夠的鉆爆設備，加強施工人員系統業務培訓，熟練掌握鉆爆技術，嚴格按照確定的爆破參數進行施工，保證爆破效果。

(4)施工中，嚴格控制鉆孔開口位置、孔距、孔斜、線裝藥密度等參數，確保施工質量。

3.4 防護措施

為防止洞口開挖對現場既有設施造成損害，洞口采取以下防護措施:

(1)在洞口分別掛設一道主動防護網(內側加小網)，以攔截飛石并削弱爆破沖擊波。主動防護網與洞頂錨筋束外露端牢固連接，并將洞口范圍覆蓋。

(2)在洞口采用設置土坎+鋼管+竹夾板的方式進行擋護，并備好機械設備在爆破后及時疏通道路，確保交通順暢。即在土坎后側按2 m間距設置Φ48鋼管，鋼管底部設置插筋，在鋼管上綁竹夾板形成一道防護墻，墻后采用斜撐加固，墻高約6 m，作為防爆破飛石及沖擊波的保險措施。

(3)針對洞口附近高壓線鐵塔，在距鐵塔3 m位置采用Φ48鋼管環鐵塔四周搭設雙層腳手架，高度6 m，在腳手架內外側立面滿鋪竹夾板，用于防護爆破飛石。

(4)在洞口圍擋內側設置一道防護墻，防護墻采用Φ48鋼管+竹夾板的方式搭設，鋼管間距2 m，底部設置插筋，鋼管上滿綁竹夾板，墻后采用斜撐加固，墻高約6 m，作為防爆破飛石及沖擊波的保險措施。

4 結 論

(1)針對圍巖破碎以及淺埋偏壓的復雜地質條件，該工程采取加強洞口邊坡支護，加固洞口圍巖，半明半暗法開挖明洞，臺階法開挖隧道以及設置爆破防護措施等，順利通過了淺埋偏壓段，保證了施工安全及工程質量，對類似淺埋偏壓隧道施工具有一定的參考價值。

(2)采用爆破技術進行施工時，施工人員必須嚴格按照確定的爆破參數進行施工，保證爆破效果，確保施工質量，并做好防護措施，避免對現場施工人員、機械以及環境造成損害。

(3)淺埋偏壓公路隧道在施工過程中易發生滑坡以及坍塌等事故，技術人員和施工人員要嚴格按照相應規定和要求進行施工。同時，由于圍巖條件復雜多變，需根據實際情況對施工方案進行優化和調整，從而確保施工質量，提高施工效率。