长支洞浅埋邻河段施工方案设计

2014-03-22施春生

东北水利水电 2014年1期

关键词：支洞裂隙断层

施春生

（辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳 110166）

长支洞浅埋邻河段施工方案设计

施春生

（辽宁润中供水有限责任公司，辽宁沈阳 110166）

文章针对大伙房水库输水一期工程 14 号支洞的特殊地质构造，设计了隧洞工程浅埋临河段的施工方案，根据实际施工情况来看，该方案切实有效地解决了施工难题，对相关工程施工具有一定的借鉴意义。

隧洞施工；地址预报；超前注浆

大伙房水库输水工程是辽宁省“十五”、“十一五”重点基础设施建设项目，由一期工程、二期工程两部分组成。一期工程的主要建设内容是修建一条长达 85.32 km，直径7.16m 的连续隧洞。为满足洞内施工通风、出渣等技术要求，在主洞沿线共修建 16 条支洞，其中 14 号支洞全长 1 298 m，洞轴线呈 11.6%的下坡，洞轴线紧邻 F41 断层（区域性断层），同时，支洞为设计变更后的洞轴线，缺少设计地质资料，特制订该方案以指导工程建设。

1 浅埋邻河段埋深及围岩分布状况

根据实际测绘的纵断面图，支洞在 0+200～0+350 段埋深大小变化比较频繁，埋深在 11.32 ～22.7 m 范围内变化；最小埋深在 0+256.25 处，其埋深为 11.32 m；在 0+230处支洞下穿一道深沟，其埋深为 16.7 m；在 0+254～0+394段下穿河滩稻田。

预计整个支洞的围岩类别有Ⅴ，Ⅳ，Ⅲb，Ⅲa四类，浅埋邻河段围岩预计分布状况：0+200～0+220 为Ⅴ类，0+ 220～0+350 为Ⅳ。

2 施工方案

1）由于该段无设计地质资料，又受 F41 断层影响，前方围岩状况只能根据目前地质情况进行预测。根据目前情况，由于围岩较为破碎，节理裂隙发育，有渗水，因此对 0+ 220～0+350 段施工，遵循“短进尺、弱爆破、强支护、多循环、早预报、勤量测”的原则组织施工，确保顺利通过此段。

2）超前地质探测：施工中采用超前钻孔进行地质超前探测，根据钻孔的钻进速度、水流颜色、出水量情况判定围岩情况，同时根据地质编录进行分析预报前面地质情况。

3）超前小导管注浆：为防止河水通过裂隙渗流影响安全、避免围岩破碎地段发生坍塌，在围岩破碎、渗水量较小时，拱部范围内采用 φ42 小导管超前预注浆（水泥－水玻璃双液浆）加固；围岩破碎、裂隙发育、渗水量较大时，全断面周边采用 φ42 小导管超前预注浆（水泥－水玻璃双液浆）加固。

4）固结注浆：开挖后对拱墙进行固结注浆（单液浆）加固，提高隧道自身稳定能力。

5）优化支洞纵坡：取消第一个平坡段 0+222.5～0+247.5，仍以 11.6%坡度向前施工，调整第二个平坡段高程及第三段坡度。取消第一个平坡段后，0+256 处埋深由 11.32 m增加到 14.22 m，支洞埋深增加 2.9 m，施工中可提高安全系数。

6）进入 0+220～0+350 段，施工前完成地表河道改移，使河道远离支洞；在 0+256 地表附近采取挖地质探坑以分析地质情况；

7）地表采用埋设沉降观测桩，洞室加密量测断面，根据地表变化及洞内收敛情况来指导施工；确保此段施工顺利安全通过。

3 施工方法

3.1 地质预报

施工时中采用超前探孔进行地质预报，每开挖进尺 2 m 后进行 1次 5 m 深的超前钻孔地质预报，每次预报设置3～5 个地质钻孔，同时，拱部向上钻 1～2 个 3～4 m 深的钻孔，探明隧道顶部地质和渗水情况。

3.2 小导管超前预注浆加固和固结注浆加固

当浅埋段围岩破碎、节理裂隙发育且有地下水渗入时，采用超前小导管预注浆（水泥-水玻璃双液浆）加固地层。开挖后对拱墙进行固结注浆（单液浆）加固，注浆主要作用是封堵裂隙，隔离水源，堵塞水点，以减少洞内涌水量来改善施工条件，固结破碎围岩，提高围岩自稳能力。

1）注浆孔的布置

目前据该支洞围岩破碎程度、断层裂隙成组连续出现以及地下水涌水情况等，注浆孔主要布置于拱部，注浆采用 φ42mm 小导管注浆，环向中心间距 35 cm，长度 3.5m，外插角 5°~10°，每 2 m 打一环，搭接 1.5 m，钢管上梅花型布置出浆孔，超前注浆小导管布置见图 1。

图1 超前注浆小导管布置

因超前注浆加固在注浆管周围扩散有效范围一般不超过 1.0m，为保证隧道结构的安全和施工安全，当超前注浆结束且开挖后，在掌子面后面采取径向布孔注浆，对围岩进行注浆固结加固，固结灌浆按照施工图设计参数：孔深3.5m，排距 3.0m 组织施工。固结灌浆按采用水泥单液浆。

2）注浆压力控制和注浆方法

施工时，起始压力拟定于 0.5 MPa，随着注浆量的增加而逐渐升压，终压控制为 2 MPa。注浆结束标准，采用两个技术指标来控制：一是最终吸浆量；二是达到预定设计压力（即终压）时的持续时间。在施工中结束标准采用：注浆压力达到设计终压 2 MPa，吸浆量为 50~100 L/m in，稳定约 20 min 即可结束。

根据钻孔涌水情况、裂隙发育程度及岩石破碎情况，注浆采用全段一次注浆方法。在具体的注浆过程中，为防止浆液串孔影响注浆效果，在注浆顺序上按照隔孔灌浆的方式逐次施作。

3.3 开挖支护

0+200～0+350 段，当裂隙不很发育、地下水较小时，采用全断面开挖，开挖时缩短循环进尺，控制装药量，以减少对围岩的扰动。在围岩破碎、节理裂隙发育，且有较大地下水渗入时，施工采用上下台阶法开挖，施工进尺每循环控制在 1m左右，施工时上下台阶开挖平行推进。下台阶施工采用左右两侧错开跳槽开挖的方式，确保上断面初期支护的安全；为了满足上半断面施工的需要，上台阶长度控制在 4～5 m。具体施工方法见图 2。

图2 上下台阶法施工方法示意图

3.4 纵坡优化

支洞原设计坡度为 11.6%，在 0+222.5~+247.5 段（第1 个）和 0+472.5~+497.5（第 2 个）、0+722.5~+747.5 段（第3个）为洞室内3个平坡道。第1个平坡段位于浅埋邻河段内，0+256.25 处支洞埋深仅有 11.32m。同时该地域受 F41断层影响严重，又紧靠河流段，为保证安全顺利通过浅埋段，建议取消洞内第一个平坡段（0+222.5~+247.5），从 0+ 222.5 里程处仍然按照-11.6%的坡度继续向下开挖施工，至 0+472.5 处时施做平坡段，平坡段里程为 0+472.5~+497.5（第 2 个平坡段、里程不变），标高由 283.200 m 降为280.300 m，从 0+497.5 处开始以-10.3111%的坡度施工向前开挖至下一平坡段 0+722.5~+747.5（第 3 个平坡段），施工标高按原设计标高 257.100m 进行施工，自 0+747.5 以后坡度调至设计坡度-11.6%继续施工。经此优化后，0+ 256.25 处埋深增加 2.9 m，由埋深 11.32 m 增至 14.2 m，更有利于隧道结构的稳定。

3.5 河道改移

此段紧邻河道，其间地表河流基本与支洞轴线平行，距支洞轴线距离较近，平面距离 3.2~19.6 m，最近处 0+ 254.19 洞轴线距离河流平面距离只有 3.2 m。由于 F41 断层为区域性断层，断层影响面积非常大，0+254.19～0+ 394.55 段地表基本同河滩相平，河滩上覆层砂卵层、风化基岩层，该段支洞比河滩低 11.3m 左右，为了减少河水通过裂隙渗入支洞内，施工到达 0+200 前对河道进行疏通、改移，将距离支洞较近的河流向外侧改移，减少河水渗入隧道。

同时在 0+254.19～0+394.55 段河滩上，用反铲挖探坑，了解基岩埋深的同时了解基岩的风化程度，指导施工。

3.6 监控量测

1）地表洞外沉降观测。地表沿支洞中线每隔 10 m 设置一个地表沉降观测桩，每天观测一次，沉降率增大时，每半天观测一次。

2）洞内量测。严格监控洞内围岩稳定情况，为了更好得指导施工，对洞内拱顶沉降、拱脚收敛量测断面进行加密，每隔 3～5 m 设置一个量测断面，每天观测一次，变形率有增长趋势时，每半天观测一次。