复杂地质条件下特大断面水工隧洞开挖施工技术的应用

复杂地质条件下特大断面水工隧洞开挖施工技术的应用

王涛1 钟继君2

1云南省滇中引水工程有限公司 云南 昆明 650205 2云南省滇中引水二期工程有限公司 云南 昆明 650205

摘要：由于特大断面水工隧洞极易受到复杂地质条件的影响，使得在实际开挖施工过程中水工隧洞的施工难度增大。因此，有效的、针对性的特大断面水工隧洞开挖施工技术的实施对工程的正常、安全、顺利施工有着至关重要的积极作用。论文结合相应的实际工程对复杂地质条件下特大断面水工隧洞施工存在的缺陷进行简要分析，并对特大断面水工隧洞开挖、支护技术进行具体的探究，旨在为同行、类似工程的施工提供一定的参考依据。

关键词：复杂地质条件；特大断面；水工隧洞；开挖施工技术

目前，针对大断面隧道的施工问题，国内外很多专家、学者进行了深入的理论研究和实践，提出了多种施工工法用以指导大断面隧道的施工，使大断面隧道的施工技术更加科学。但是，对于复杂地质条件下，特大断面水工隧洞开挖的施工技术方面，缺乏速度快、成本低的隧道施工工法，影响了复杂地质条件下特大断面水工隧洞开挖的顺利施工。因此，对于复杂地质条件下特大断面水工隧洞开挖的施工，需要结合现场工程实例，研究、开发施工速度快、成本低的隧道施工工法，从而更好地指导大断面隧道的实际施工。

1. 工程地质条件概述

某水电站工程，在进行导流洞施工当中，需要穿过较厚的岩石夹泥层的地质结构，，深度在110m左右，呈挤压褶皱和裂缝发育形态，其中包括方解石和泥质填充。此岩层下部还存有地下水，洞体内部非常潮湿并且存在滴水，岩石有明显的断裂性和不完整性，走向趋势和洞的纵轴线交角非常小，几乎呈平行趋势，可以说围岩稳定性非常差。在此基础上，结合围岩类型与力学理论，该项工程在实施起来难度非常大，开凿隧洞断面较大，针对此类情况，需要重点做好开挖施工方案。初步方案为：采用低弱爆破、缩短阶段进尺、多环辅助，合理布置支护与施工流程。针对地质复杂的位置，需要先进行洞内勘察，之后再进一步细化施工方法，从而提高水工隧洞开挖施工的安全、并提高施工质量。

2.特大断面导流隧洞施工中存在的缺陷问题与支洞设计

该工程在进行施工过程中，围岩主要包括花岗片麻岩与角闪斜长片麻岩构成，个别位置存在着较轻的岩爆状况，在实际勘察钻孔当中，偶尔会出现饼状石芯，施工的安全隐患较大。同时在勘察中发现破碎带岩层有轻微的透水性，呈现出裂缝渗水形态，特别是特大断层部位岩石不稳定，且跨幅较大，施工起来尤为困难，施工安全与质量无法做到十拿九稳。可见，如果对施工现场缺乏充分的了解，很容易因为人为因素影响造成塌方。

简单来说，施工支洞就是在施工时进入的界面交通专用隧洞，在施工完成之后需要进行封堵处理，在施工支洞设计当中需要充分考虑隧洞长度、实际情况、地质情况、机械作业等影响因素。这就要保证施工支洞位置足够合理，长度也要符合实际情况，过长或过短都将影响施工进度，更甚至对本工程主体的按期启动造成制约，为此施工支洞的设计均需要进行多次的调整、优化。该项工程由于实施起来非常复杂，在设计过程中也提出了多种方案，通过对各个方案进行综合对比，最终挑选出结合了地质结构、施工路径的理论最佳方案，采用三个支洞开凿辅助施工方案。

3.复杂地质下特大断面水工隧洞开挖施工技术的应用

3.1爆破施工

爆破主要是采用轻爆破，其实施流程为：第一，导流洞上层开凿采用了自制台架，用手持风钻在指定位置上钻孔，采用光爆技术设计轮廓线，在分段处理过程中主要是采用毫秒雷管，这样可以减少对岩层的影响，同时也可以满足施工精度，之后采用自动装卸车清理施工现场。针对施工过程中出现的挂口、地质条件差的洞体断，采用了扩洞施工技术开凿，经实践证明该方法在实际应用中也非常稳定、安全，可以有效控制挂口成型与塌方。第二，在中层洞施工过程中，考虑到安全性和效率性，决定采用液压钻孔机和阶梯爆破方法，两侧保护层应用手动风机钻孔，轮廓设计中依然采用光爆技术和毫秒雷管，装车用反铲挖掘机、现场清理用自卸车辆。通过实践表明，液压钻孔机应用中可以有效提高施工效率，推进了施工进程，手持风钻可以保障整体的开挖质量。第三，下层洞主要是采用手持风钻设备为主，采用光爆、毫秒雷管进行后续处理，采用自卸车进行现场清理。在此需要说明一下，光爆技术整体上对岩层的影响非常小，可以有效避免对岩层造成干扰，提高基岩的完整性，有效避免形成超挖情况，施工标准性和精度非常高。第四，本工程在施工中采用了周边导坑的方法，也就是支加固特定位置的围岩，这样可以节省出大量的加固费用，只要找准位置即可起到围岩保护的作用。

3.2隧洞支护

在该工程第一期支护工程施工过程中，主要是通过开挖时所留余的空间进行支护，从而提高围岩整体的稳定性，提高施工中的安全性，可以有效缓解塌方、风化、水蚀等问题发生，所留余的空间也足够容下施工设备。支护工作是复杂地质条件下施工的重要一环，由于复杂地质带来的是更多不确定因素，支护工作质量好坏直接影响施工安全与质量。本工程在实际施工中初期采用了一些降低岩层扰动方案，但是不久后依然出现了局部塌方问题。针对此类情况，采用了增加随机锚杆、钢筋制网、喷射混凝土支护方法，这样即可有效减少塌方的几率，在后续施工中也没有出现局部塌方问题。由此可见，针对复杂地质情况，需要重点分析地质变化趋势，采用更加灵活的应对方法，提高施工的灵活性，这样即可让临时支护逐渐演变成长期支护，保证工程的稳定性。

3.3不良段落支护

通过分析本工程的实际特点可知，由于围岩不具备稳定性，并且变形情况较为严重，这就需要采用刚性的联合支护方案，这样才能够避免不良变形问题出现。在施工过程中，遇到不良地质情况需要具体问题具体分析，采用具有针对性的施工方法，可以先暂停两边的刷边施工，之后开展导洞支护工作，支护完毕再开展刷边施工，提高施工的连续性。同时，需要强化径向随机锚杆支护，采用钢筋作为支撑，距离控制在0.5m左右即可，纵向钢筋为Φ25，排距为0.5m，钢筋和径向随机锚杆与锁脚锚杆之间需要焊接处理。之后，进行湿喷混凝土施工，主要采用含有钢纤维的混凝土，厚度要保证在30cm左右，其中，钢纤维掺入量需要进行事先试验。

联合支护技术较多，针对岩层较为松软的地区、岩溶地段的工程隧洞，需要采用超前支护技术，该项技术能够加强围岩的稳定性，封堵岩石缝隙吗，减少地下水渗漏的情况，从而保证施工的安全性。通常情况下，超前支护主要是采用超前小导管、锚杆、大小管棚，大管棚直径要控制在110m左右、中心距为280mm左右，上仰角度为3°，长度控制在10m以内，当然，参数不是固定的，需要在不对断面产生影响的情况下选择适宜的参数。针对破碎带和变形严重的地段，通常是采用中空自进式锚杆和水泥卷式预应力锚杆支护，主要是用于取代传统砂浆锚杆，可以有效解决插杆和塌孔的问题，全面发挥了锚杆的支护性能，提高整体安全性。

结束语

综上所述，复杂地质条件下开展大断面水工隧洞开挖施工需要注意各个事项，包括开挖、爆破、支护等，需要技术人员事先做好勘察工作，制定合理的施工方案，保证施工方案的灵活性，这样才能够保障工程有序开展。本工程主要是采用了长洞短打、弱爆破、短进尺、强支护的施工方案，经实践证明效果非常好，值得推广。

参考文献

[1]李振晟.复杂地质条件下特大断面水工隧洞开挖施工技术的应用[J].中国水运(下半月),2016,1609:311-312+314.

[2]卢平，朱记伟，刘建林．复杂特殊地质特大断面导流隧洞施工技术[J]．中国农村水利水电，2016，（4）：45-46．