Ⅴ类围岩富水隧洞主洞与斜井交叉段施工方案

Ⅴ类围岩富水隧洞主洞与斜井交叉段施工方案

田胜利

田胜利（中铁十五局集团西北工程有限公司，西安710048）

摘要：本文就引红济石Ⅰ标Ⅴ类围岩主洞与斜井交叉段施工讲述了该工程采用的施工方案，该方案经济合理，效果显著，希望本方案能对与此类似工程施工起到一定的参考作用。

关键词：Ⅴ类围岩；富水隧洞；主洞与斜井交叉段；施工方案

中图分类号：TU71文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）09-0065-02

1工程概况

引红济石调水工程位于陕西省宝鸡市太白县，是把汉江北岸褒河支流红岩河水通过穿越秦岭的隧洞自流调入渭河南岸支流石头河中的跨流域调水工程。工程由低坝引水枢纽和输水隧洞（洞长19.76km）两部分组成。本标段从进口桩号K0+009~K0+3000，全长2.99km。洞室一般埋深150～300m，最大450m，洞室中泥岩段长0.51km，砂岩段长2.48km，以Ⅴ类围岩为主，地下水较丰富。断面为圆拱直墙型，成洞尺寸3.8m×4.2m（高×宽）。

在桩号K1+210处设计有长130m斜井一个，尺寸3.6m（高）×4.0m（宽），斜井所处地质为砂岩、层位不连续，以夹层和透镜体为主，局部地段厚度较大，泥质胶结，胶结程度差，地下水丰富，有不同程度的流砂出现，易产生变形破坏，属极不稳定的砂岩。

在原斜洞与交叉段施工中，设计支护采用门架形式，高1.5m、宽2.1m、I16工字钢支护，支护拱顶低于设计拱顶0.80m，在施工中采用上抬法进行顺坡；在向上游方向主洞上导坑施工中，根据施工经验该处存在流砂等不良地质状况，为防止拱顶发生流砂、坍塌等现象发生，为确保施工安全，尽快形成工作面，经我项目部施工技术人员、设计院及陕西省水利厅有关专家多次勘察、研究分析，该处地面较平整，洞顶距离地面25~30m，且地下水位较高，决定对交叉段K1+190～K1+220段采用旋喷桩进行固结处理，交叉段在按设计施工的基础上采用加强门架支护。

2施工原则与方案

具体施工步骤为：①为确保施工安全和小型机械进洞，拟对斜井洞壁、洞底因流砂或地下水渗带所形成的空腔进行回填注浆加固后，再进行洞底局部修整施工。②对支洞掌子面采用长6m、间距20cm、Φ100大管棚和Φ60小导管注浆加固固结岩层；并对已施工完的支洞洞壁围岩进行模筑混凝土加固或固结注浆加固（小导管施工工艺见图1）。③支洞斜穿主洞施工采用短台阶、短进尺（每循环60cm）、弱爆破或不爆破、预留核心土和门架支护的施工方法向前掘进。④正洞施工，先由交叉段向下游开挖支护5～10m，再进行上游开挖支护施工；洞内开挖采用风镐开挖，小型装载机装碴，小型翻斗车出碴。并在交叉段向上下游各不小于10m的范围内加强初期支护：初期支护采用I20工字钢，间距50cm，工字钢间用Φ25连接筋，间距60cm，拱脚和边墙底脚采用锁脚锚杆加强，喷射砼厚度≮30cm，包裹钢拱架厚10cm，分层喷至设计厚度。

3施工工艺

支洞施工采用短台阶法开挖先拱后墙方案。

3.1上部（拱部）施工①施工工艺流程（见图2）。②操作要点。a.管棚和注浆管的制作：管棚长6m，直径为100mm，管头加工成尖头；注浆管的规格尺寸与管棚相同，在距管口2m以后钻?准6～8的注浆孔，孔距15cm，呈梅花形布置。b.注浆管、棚管的布置：由于地压力大，在拱顶曲率中心两侧45°范围内按间距10cm布管，其中注浆管间按小于1.5倍注浆扩散半径设置，定为30cm，在此范围之外则按30cm间距布管，且全是注浆管；掌子面核心土部位按50cm间距布管。以防止核心土失稳外漏。c.打入钢管：利用改装的风枪或气腿式风钻直接打管，如水平管可采用电煤钻打孔，再用人工锤击打管，管内砂用高压风吹出。d.孔口止浆：由于孔口地层不能自稳，需用柔性止浆袋止浆。柔性止浆袋系用橡皮绸制成的套状袋，打管前将其套在注浆管上用铁线绑牢然后随同钢管一起打入地层，注浆时，浆液或气体通过注浆孔进入袋内，使之鼓起压实管周围砂体，达到止浆的目的。e.注浆：将水玻璃稀释到10～20Be，和浓度为15%～20%的硫酸按2：1或3：1比例混合，配成pH值为3～5的浆液，然后按定压法（0.3～0.5MPa）进行单孔或群孔注浆。f.开挖：注浆完成后即可组织开挖。g.支护形式和方法：砂岩段采用I20型钢拱架，@60cm，φ25连接筋加密，@50cm；拱架尺寸加大为2.5m(半径)，预留5cm。h.拱部衬砌：每挖完1个进尺，就衬砌1次（加格栅支撑），二衬紧跟。i.量测：量测项目有围岩压力、拱顶沉降和拱脚收敛。当发现围岩压力过大或沉降过大时，应对下一循环的管棚和注浆参数进行调整，同时须注浆加固拱脚。

3.2下部施工工艺①施工工艺流程。下部放样布孔→钻孔→装药爆破→排烟→机械开挖及人工修凿→喷砼→安设下部格栅钢拱架→布设锚杆孔→钻孔→安设锚杆→挂钢筋网→喷砼至设计厚度。②施工要点。a.在下部断面施工前，先打入1#和2#管。其中，1#管与水平方向成16°角，2#管成25°角。这两种管的长度均为4m，直径均为60mm，布设间距均为45cm。1#和2#管打入后，即可注浆加固拱脚。b.中台阶布管：3#管为核心土注浆加固管，长2m，横向间距1.5m，纵向间距0.45m，钢管外径为60mm；4#管为水平管，垂直边墙打孔，间距40cm，所用钢管的外径为60mm。中间台阶高2m，注完浆后即可开挖。c.中间台阶开挖：衬砌：采用短开挖、衬砌紧跟，每个循环挖、衬4次，进尺3.2m。d.下台阶打管注浆：下台阶打入5#管（管长4m，外径60mm，布置与3#管同）后注浆。要注意，4#管的施工需与各台阶错开，错开距离一般为两个循环进尺。e.墙脚加固：边墙衬砌后，为防止结构过量沉降，需对墙脚加固，做法是打6#管（管长4m，倾角450）注浆。

4正交支洞与正洞交叉段施工

4.1交叉段采用加强门架支护加强型钢采用I20工字钢，并在门架上部设斜撑、门架底部加支撑纵横梁加强。门架间距50cm，及时喷射砼加强，包裹门架后10cm，连续施作到正洞内侧，门架间用Φ25连接筋连接，间距50cm。然后紧挨已完工门架下部在其两侧安装两组垂直于洞轴线的较小门架，在此基础上截掉门架内影响正洞施工的立柱，保留正洞内左右两侧4根立柱，然后对其进行正常的隧洞初期支护加固。

4.2交叉段正洞开挖支护在对交叉段门架处理完的基础上，先按正洞标准断面向下游开挖支护5～10m，待形成工作面后，再向正洞上游进行开挖支护施工。开挖支护作业严格按注浆管棚超前支护和三台阶法开挖进行。

5结论

引红济石调水工程引水隧洞和斜井交叉段工程地质与水文地质条件复杂，且处在透水岩层中，且交叉段洞室断面较大，两洞室交角小，是隧道开挖施工中的难点。交叉段开挖施工措施采用了采用短台阶、短进尺（每循环60cm）、弱爆破或不爆破、预留核心土和门架支护的施工方法向前掘进；洞内开挖采用人工配合风镐开挖，小型装载机装碴，小型翻斗车出碴。并在交叉段向上下游各不小于10米的范围内进行加强型初期支护：初期支护采用I20工字钢，间距50cm，工字钢间用Φ25连接筋，间距60cm，拱脚和边墙底脚采用锁脚锚杆加强，喷射砼厚度≮30cm，包裹钢拱架厚10cm，分层喷至要求厚度，钢支撑、拱架与锚杆之间均采用型钢或连接筋进行焊联，通过以上处理，支护结构与围岩形成整体拱效应，未发生塌方等事故。引水隧洞交叉段开挖支护施工的顺利完成，为隧洞提前进洞与早日贯通提供了条件，确保了工程进度，施工方案经济合理，效果显著，希望本方案能对与此类似工程施工起到一定的参考作用。

参考文献：

[1]刘宗仁.ISBN7-04-011599-9，土木工程施工[Z].

[2]王仲何.不良地质地层中隧洞施工方法[Z].

[3]陶晓南.软岩隧洞施工支护技术[Z].

[4]陆科昆.隧道工程施工技术[M].成都：西南交大出版社.