引水隧洞破碎围岩施工技术研究

引水隧洞破碎围岩施工技术研究

刘胜虎，赵云龙

中国水利水电第十工程局有限公司  四川 成都 610072

摘 要：破碎围岩指岩石中存在裂隙和断层，由于自然风化、侵蚀和地震等原因，导致围岩中裂隙和断层的增多、扩展和连接，最终导致围岩整体性能的下降，从而形成一个破碎的、不稳定的岩体。本文旨在探究破碎围岩隧道施工控制技术，为破碎围岩隧道施工提供一定的参考。

关键词：引水隧洞、破碎围岩、施工技术

1 工程概况

某大（二）型水电站引水隧洞工程标全长4715米，隧道位于川西高原山区，引水隧洞为圆型断面,其Ⅱ、Ⅲ类围岩开挖断面的直径为14m、Ⅳ类围岩开挖断面的直径为12.9m、Ⅴ类围岩开挖断面的直径为13.4m，属于特大断面隧洞。隧洞开挖采用分层开挖方式，先施工上半洞，待上半洞施工完成后再施工下半洞，其中Ⅱ、Ⅲ类围岩上半洞的开挖高度为9.1m，Ⅳ类围岩上半洞的开挖高度为7.65 m,Ⅴ类围岩上半洞的开挖高度为7.9m。

引水隧洞沿线地层岩性单一，为燕山早期中粒黑云母二长花岗岩。隧洞穿越Fx1断层破碎带，断层破碎带及影响带岩体以全、强风化为主，多呈碎块～碎裂结构，地下水活跃，岩体稳定性差，围岩以Ⅴ类为主，Ⅳ类次之；过沟段因地表常年流水，地下水相对丰富，围岩以Ⅳ类为主。

2 破碎围岩施工方法

2.1 双侧壁导洞法开挖

双侧壁导洞法施工分左、右、中间三部分。左右及中部开挖前均先施工双层Φ108mm注浆管棚，壁厚6mm，长15m，外露0.5m，第一层管棚平行于洞轴线上仰3°，第二层管棚平行于洞轴线上仰6°，管棚搭接长度7m。施工完成后再向前进行开挖施工。

左侧导洞先行施工，领先右侧导洞5m，右侧导洞领先中间导洞5m。开挖中间部分采用60型小挖机分层梯级开挖。导洞开挖遵循 “短进尺、强支护、早封闭、勤量测” [1]。由于处于断层中，围岩强度很低，采取挖机开挖（如遇到岩石采取弱爆破），每循环进尺0.5m，开挖后及时对洞室周边及掌子面进行初喷砼封闭（厚度3~5cm），减少围岩的裸露时间，同时减少渗水对本来强度低的围岩的软化影响。并及时进行钢支撑架设（I25a，工字钢中心间距0.5m， 锁脚锚杆改为自钻式注浆锚杆Φ25mm，L=4.5m），挂网+锚喷支护（径向小导管Φ48mm，壁厚4mm，L=6m，间排距1×1m，外露0.5m，喷混凝土厚度为覆盖工字钢为准）。

2.2 单侧壁导洞法开挖

根据断层影响洞身的情况，选取左侧壁或右侧壁导洞法施工。开挖前先施工双层Φ108mm管棚（壁厚6mm，长15m，外露0.5m）。第一层管棚平行于洞轴线上仰3°，第二层管棚平行于洞轴线上仰6°，管棚搭接长度7m。施工完成后再向前进行开挖施工。

导洞领先另一侧10m，导洞后续开挖部分上部采取60型小挖机分层梯级开挖。导洞开挖遵循 “短进尺、强支护、早封闭、勤量测”。由于处于断层中，围岩强度很低，采取挖机开挖（如遇到岩石采取弱爆破），每循环进尺1m，开挖后及时对洞室周边及掌子面进行初喷封闭（厚度3~5cm），减少围岩的裸露时间，同时减少渗水对本来强度低的围岩的软化影响。并及时进行钢支撑架设（I25a，工字钢中心间距0.5m，锁脚锚杆改为自钻式注浆锚杆Φ25mm，L=4.5m），挂网+锚喷支护（径向小导管Φ48mm，壁厚4mm，L=6m，外露0.5m，间排距1×1m，喷混凝土厚度为覆盖工字钢为准）。

2.3 破碎带混凝土衬砌

受断层及其影响带影响围岩蚀变强度很低，为防止支护后发生局部突涌垮塌，在单、双侧壁法施工完成后及时割除内侧拱架，如未发现变形即刻进行已开挖部分上半洞衬砌施工，衬砌角度214°，采用12m钢模台车衬砌。如有持续变形则采取组合小钢模衬砌施工。

衬砌时为确保上层与下层钢筋搭接长度满足要求，上层开挖时，在上层开挖高程两侧分别向下开挖出上层衬砌预留钢筋沟槽，沟槽深度需满足钢筋搭接长度要求，宽度1.5m左右，沟槽内钢支撑需与上层钢支撑相连，焊接牢固，临时支护与上层保持一致。衬砌时在两侧扩挖部分回填砂，确保上层与下层钢筋搭接长度满足要求，同时保护钢筋不受损坏。考虑到下层开挖衬砌的时间及安全，下层采用组合小钢模衬砌，同时下挖时进行边墙垂直扩挖，开挖高程至边顶拱衬砌的下部。一是确保底板台车一起进行剩余混凝土衬砌；二是确保下层衬砌后上部已衬砌砼不下沉，确保安全。

3 局部塌方处理措施

3.1 掌子面处理

塌方发生后及时从外面拉渣料反压塌方处，使上部塌方料不再继续流出，使塌方处渣料处于填充状态，不至于空腔越来越大。待塌方处没有渣料流出稳定后对塌方口处采取砂袋回填塞满，然后喷20cm厚C20砼封闭。砂袋回填前在流水及塌方两侧位置预埋4根Φ200钢花管，将上部渗水通过花管引排。

3.2 反压渣料处理

采用湿喷机对反压渣料喷20cm厚C20混凝土封闭，然后采用管棚钻机钻孔：1m*1m间排距布置2排灌浆花管（Φ108mm（壁厚6mm， L=9m），对掌子面反压渣料采用进行固结灌浆

[2]。待固结灌浆完成后，对掌子面部分渣料清除至钢模台车浇筑高程，清除反压渣料后在掌子面侧采取砂袋进行挡护。

3.3 塌方位置处理

（1）渗水处理

在掌子面未塌方的左侧采取地质钻机跟管钻2个排水孔，1个和洞轴线15°夹角，水平向前，长40m。一个垂直掌子面向前，长40m。排水管采用Φ108mm（壁厚6mm）花管，将前面山体水进行引排。

（2）塌方空腔处处理

在砂袋位置采取管棚钻机进行跟管探测，根据探测情况预测塌方范围，再确定布置灌浆管的数量。首先预估跟管10个Φ108mm（壁厚6mm）钢花管进行固结灌浆。第一排3个钢花管，L=8m，角度平行洞轴线上仰10°，距离塌方边缘内左右侧各一根，中间布设一根；第二排4个灌浆管，L=10m，角度平行洞轴线 上仰30°，在塌方范围内1m各布置2个（根据钻孔情况进行调整），中间平分布置2个。第三排根据钻孔情况进行布置3个，角度平行洞轴线上仰45°。

（3）管棚注浆施工

灌浆管采取跟管进行，布置完成后采取从下至上进行双液（水泥+水玻璃）固结灌浆。钢管安装就位后，连接上高压注浆管，采用灌浆机进行注浆，注浆前先进行注浆现场试验，注浆参数按照实际情况确定。

注浆前先把水泥调成糊状，把管棚钢管与孔壁之间缝隙用人工封堵，同时管口进行焊接钢板封堵，除靠边缘侧预留出气孔（Ф20钢管）外，在钢板中心穿孔并安装带阀门的Ф40mm单头带丝管，直接与注浆机出浆管连接，避免跑浆漏浆现象，达到升压的目的。

4 变形监测

在破碎围岩隧道施工中，岩体的变形情况是非常关键的。一旦出现过度的变形，就会导致隧道失稳或者垮塌等严重后果，因此为了及时掌握隧道的变形情况，需要采用一系列的监测技术。一方面，岩体变形监测在隧道施工中具有重要作用，其监测点的设置要根据实际情况进行合理的布置，以便全面掌握隧道岩体变形的情况。根据具体情况，每10m一个监测断面，监测项目以位移监测[3]为主。

在安全监测过程中，及时对各种检测数据进行整理分析，判断监测对象的稳定性，并及时反馈到施工中去指导施工。若发现监测数据异常，危及施工安全时，应立即停止开挖施工，并及时加强防护。完成安全防护后，根据监测结果证明已达到继续施工的安全要求，经监理人同意后，才能继续施工。

5 结语

破碎围岩隧道施工过程中，为了保证其安全和顺利，需要采用一系列的技术手段来进行岩体控制和变形监测[4]。在实际施工中，要根据具体情况进行技术选择和调整，以提高施工质量和效率，同时也需要加强对施工过程的管理和监督，以确保隧道施工的安全和质量。

参考文献：

[1] SL 378-2007, 水工建筑物地下开挖工程施工规范[S].

[2] DL/T5148-2012, 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].

[3] DL/T5742-2016, 水电水利地下工程施工测量规范[S].

[4]张圣强.滇西红层软岩大变形隧道施工技术研究[J].铁道建筑技术,2022,(06):171-175.

作者简介：

刘胜虎（1986-），男，河南洛阳人，工程师，学士，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

赵云龙（1993-），男，河南内黄人，工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作；