王學(xué)軍

(中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司，山西 太原 030024)

巖溶峽谷區(qū)深埋隧洞快速施工關(guān)鍵技術(shù)

王學(xué)軍

(中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司，山西 太原 030024)

水利工程改造要考慮區(qū)域地質(zhì)條件，巖溶峽谷區(qū)地質(zhì)環(huán)境特殊，現(xiàn)場(chǎng)施工要結(jié)合區(qū)域地質(zhì)實(shí)況進(jìn)行改造，才能實(shí)現(xiàn)水利空間結(jié)構(gòu)綜合化改造。本文結(jié)合貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程北干渠2標(biāo)水打橋深埋特長(zhǎng)隧洞工程案例，分析了巖溶峽谷區(qū)深埋隧洞快速施工技術(shù)，提出切實(shí)可行的施工改造方案。

巖溶峽谷；深埋隧洞；施工；技術(shù)

水利工程改造實(shí)現(xiàn)了空間資源綜合化利用，按照區(qū)域結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)及改造要求展開施工。巖溶峽谷區(qū)地質(zhì)環(huán)境特殊，水利工程改造要考慮地質(zhì)結(jié)構(gòu)規(guī)律，從安全角度制定可行的施工方案，對(duì)項(xiàng)目規(guī)劃與施工進(jìn)行優(yōu)化改造。

1 工程概述

貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程包括水源工程、畢節(jié)供水工程、灌區(qū)骨干輸水工程3大部分。水庫(kù)壩址位于七星關(guān)區(qū)與納雍縣界河六沖河中游潘家?guī)r處。壩址距離畢節(jié)市城區(qū)約50 km，壩址下游約2 km有211省道通過，對(duì)外交通條件優(yōu)越。工程設(shè)計(jì)灌溉面積為6.0萬(wàn)hm2，總供水人口267萬(wàn)人，多年平均發(fā)電量2.2億kW·h。灌區(qū)骨干輸水工程由總干渠、北干渠、南干渠、金遵干渠、黔西分干渠、金沙分干渠、供水管線、支渠以及灌區(qū)骨干泵站等組成。水打橋深埋特長(zhǎng)隧洞屬于灌區(qū)骨干輸水工程中的北干渠部分，隧道(K0+000～K20+360)全長(zhǎng)20.36 km，北干渠2標(biāo)承擔(dān)隧洞出口段施工，主要內(nèi)容包括：水打橋隧洞出口段10.06 km(K10+300～K20+360)、4#支洞1150 m、5#支洞662 m、6#支洞501 m。

2 工程重點(diǎn)、難點(diǎn)、特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)

本標(biāo)段工程主要包括水打橋隧洞、施工支洞等，以隧洞施工為主，項(xiàng)目比較單一。隧洞圍巖以Ⅲ、Ⅳ類圍巖為主，Ⅲ類圍巖占38%，Ⅳ類圍巖占34%，Ⅴ類圍巖占28%，如表1。圍巖主要為砂質(zhì)泥巖、灰?guī)r、泥巖、泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖、溶塌角礫巖等，節(jié)理裂隙發(fā)育、局部巖溶發(fā)育，且與F106斷層平面交叉，受其影響沿線形成多條牽引式小斷層，分別為F106-1、F106-2、F106-3、F106-4、F106-5，形成不良地質(zhì)洞段，斷層巖體破碎，受斷層影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，開挖后圍巖穩(wěn)定性較差，且有發(fā)生突泥、突水可能，安全風(fēng)險(xiǎn)大[1]。

表1 北干渠2標(biāo)水打橋隧洞出口段長(zhǎng)度及支洞圍巖分類情況表 m

3 巖溶峽谷區(qū)深埋隧洞快速施工要點(diǎn)

隧洞通過巖溶地區(qū)時(shí)，采用綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，探明溶洞的分布范圍、類型、規(guī)模、發(fā)育程度、填充物、地下水的情況(有無(wú)長(zhǎng)期補(bǔ)給來(lái)源、雨季水量有無(wú)增長(zhǎng)等)及巖層的穩(wěn)定程度等，按照“以疏為主、堵排結(jié)合、因地制宜、綜合治理”的原則分別以“疏導(dǎo)、堵填、注漿加固、跨越、繞避、宣泄”等措施進(jìn)行處理。根據(jù)鉆探等地質(zhì)綜合勘察分析，巖溶主要表現(xiàn)為巖溶裂隙或局部較小的溶洞，因此，處理巖溶的主要工程措施為注漿堵水和巖溶空洞的回填[2]。對(duì)于開挖面前方的巖溶空洞，必須提前進(jìn)行壓漿充填；實(shí)施超前探水，根據(jù)預(yù)報(bào)的情況在必要時(shí)實(shí)施徑向注漿；對(duì)充填比較密實(shí)的溶澗，采用超前小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)的方式，臺(tái)階法施工；做好反坡排水以及突水突泥預(yù)案及相應(yīng)的應(yīng)急措施，以策安全；對(duì)于大廳式溶洞及大型溶洞應(yīng)及時(shí)通知，進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)及施工。本標(biāo)段隧洞穿越地層主要為三疊紀(jì)中、下統(tǒng)地層，洞線與巖層走向夾角 5°～30°，沿線地層分布情況見表2。

表2 北干渠2標(biāo)段沿線主要分布地層巖性表

4 巖溶峽谷區(qū)深埋隧洞快速施工技術(shù)

4.1 結(jié)構(gòu)布置型式

水打橋隧洞為無(wú)壓流隧洞，隧洞進(jìn)口接總干渠末分水閘，出口接白甫河倒虹管，隧洞設(shè)計(jì)流量Q=31 m3/s，加大流量Q=34.61 m3/s，隧洞斷面型式采用圓形，襯砌后凈空半徑r=2.7 m，施工水深h=3.998 m，加大水深h=4.356 m。Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖全斷面C25鋼筋混凝土襯砌，厚度分別為 0.4 m、0.4 m、0.5 m，高外水壓力洞段(K10+300～K11+475)Ⅳ、Ⅴ類圍巖襯砌厚度分別為 0.5 m、0.8 m。

隧洞洞身段巖體主要處在T1yn1，T1yn3、T1y3隔水層及T1yn1強(qiáng)透水層分界線附近，T1yn4溶塌角礫巖以及T2g1泥質(zhì)白云巖地層等，隧洞洞身巖體大部分處在新鮮巖體內(nèi)，部分地層受斷裂帶影響。隧洞位于地下水以下，因洞身段為強(qiáng)巖溶地層，地表巖溶洼地、落水洞呈串珠狀分布，推測(cè)存在2條暗河和2條較大的巖溶管道系統(tǒng)，隧洞受巖溶影響較大，可能出現(xiàn)涌水、涌泥等地質(zhì)現(xiàn)象[3]。

4.2 一次支護(hù)施工

Ⅲ類圍巖洞段采用隨機(jī)錨桿+噴混凝土作臨時(shí)支護(hù)，C25隨機(jī)錨桿長(zhǎng)3 m，上部180°范圍內(nèi)噴C20混凝土，厚度6 cm；對(duì)Ⅳ類圍巖洞段采用系統(tǒng)錨桿掛網(wǎng)噴C20混凝土作臨時(shí)支護(hù)， 噴C20混凝土厚6 cm，C25系統(tǒng)錨桿間排距1.5 m，根長(zhǎng)3.0 m，φ8掛網(wǎng)鋼筋(網(wǎng)格尺寸25 cm×25 cm),考慮50%洞段采用鋼支撐(22號(hào)輕軌)，間距1.0 m；對(duì)Ⅴ類圍巖洞段采用鋼支撐(22號(hào)輕軌)加系統(tǒng)錨桿掛網(wǎng)噴C20混凝土作臨時(shí)支護(hù)，鋼支撐間距0.5 m，噴C20混凝土厚10 cm，C25系統(tǒng)錨桿間排距1.5 m，根長(zhǎng)3.0 m，φ8掛網(wǎng)鋼筋(網(wǎng)格尺寸25 cm×25 cm)；對(duì)50%的洞段采用φ32超前錨桿進(jìn)行支護(hù),錨桿根長(zhǎng)4.5 m，頂部120°范圍設(shè)置，間距0.5 m。

4.3 邊坡處理措施

隧洞出口地形坡度 25°～30°左右， 覆蓋層為殘坡積黏土夾碎石， 厚0～1.0 m,下伏基巖為T1yn4中至厚層溶塌角礫巖、泥質(zhì)白云巖。為逆向坡，傾角17°，屬穩(wěn)定性較好的邊坡： 開挖邊坡坡比覆蓋層1∶1，強(qiáng)風(fēng)化巖體1∶0.75，弱風(fēng)化1∶0.5[4]。邊坡均采用噴C20混凝土及錨桿支護(hù)，混凝土厚10 cm，錨桿采用φ25鋼筋，錨桿長(zhǎng)度為3.0 m，錨桿間排距為1.5 m，設(shè)置φ50 mm排水孔，間排距2 m。

4.4 灌漿施工

隧洞襯砌混凝土澆筑完成達(dá)到施工強(qiáng)度后在頂拱120°范圍內(nèi)進(jìn)行回填灌漿處理， 回填灌漿初始?jí)毫Σ捎?.3 MPa。Ⅴ類圍巖洞段進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿孔排距3 m，進(jìn)入基巖內(nèi)孔深3 m。

4.5 特殊洞段處理

4.5.1 涌水洞段施工措施

隧洞地下水類型主要為基巖裂隙水，此類水在斷層破碎帶、褶皺核心部和裂隙密集帶易產(chǎn)生集中滲流、涌水或爆發(fā)性突水，從而引起塌方或其他不良地質(zhì)現(xiàn)象，給施工帶來(lái)很大困難。對(duì)于小規(guī)模涌水段，可采用洞內(nèi)排水溝自流或集水坑抽排出洞外。對(duì)于較大規(guī)模涌水段，掘進(jìn)前打超前鉆孔，探測(cè)鉆孔出水量、水壓、涌水點(diǎn)里程等，通過注漿堵水等處理后掘進(jìn)。根據(jù)地質(zhì)勘探資料，在落水洞暗河、鼠場(chǎng)暗河附近隧洞開挖前，必須打超前鉆孔，探測(cè)隧洞是否和暗河系統(tǒng)有聯(lián)通，避免開挖中出現(xiàn)大量的突然涌水，危及施工安全。掘進(jìn)后及時(shí)排除工作面的涌水或注漿后的剩余水，并加強(qiáng)支護(hù)。高外水頭段(K10+300～K11+475)，為確保一次支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，采用引排方法或壁后注漿法進(jìn)行處理。

4.5.2 斷層破碎帶施工措施

斷層破碎帶(斷層F106、F106-1、F106-2、F106-3、F106-4、F106-5等及其影響帶)的巖石破碎，可能存在涌水和圍巖軟硬不均等不良地質(zhì)情況，掘進(jìn)中造成開挖工作面坍塌、邊墻坍塌等不利的影響[5]。對(duì)于一般的不良地段，采用先掘進(jìn)后處理的辦法，掘進(jìn)后根據(jù)斷層破碎帶的具體情況選取合適的支護(hù)方式，及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，采用噴混凝土、噴纖維混凝土、錨噴、噴錨網(wǎng)、噴錨網(wǎng)加鋼拱架的聯(lián)合支護(hù)。不良情況嚴(yán)重的地段，對(duì)前方斷層破碎帶進(jìn)行注漿預(yù)加固處理。

5 結(jié) 論

總之，巖溶峽谷區(qū)深埋隧洞結(jié)構(gòu)特殊，現(xiàn)場(chǎng)施工要結(jié)合區(qū)域地質(zhì)條件，制定一套完整的施工技術(shù)方案，提出符合隧洞工程改造標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)方案。同時(shí)，考慮隧洞快速施工技術(shù)要求，按照工程圖紙擬定針對(duì)性的作業(yè)方案，從現(xiàn)場(chǎng)勘察、工藝設(shè)計(jì)、施工改造、后期養(yǎng)護(hù)等方面，引導(dǎo)隧洞施工布局與操作。現(xiàn)有施工技術(shù)方案中，要考慮結(jié)構(gòu)布置型式、一次支護(hù)施工、邊坡處理、特殊路段處理、斷層破碎帶施工等要點(diǎn)，全面落實(shí)各項(xiàng)施工技術(shù)方案，為深埋隧洞工程改造提供綜合性保障。

[1] 張志強(qiáng),李化云,何川.基于流固耦合的水底隧道全斷面注漿力學(xué)分析[J].鐵道學(xué)報(bào)，2015，22(2):76-78.

[2] 沈祥明，劉坡拉，汪繼鋒.基于層次分析法的鐵路巖溶隧道突水風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].鐵道工程學(xué)報(bào)，2015，33(12):15-17.

[3] 李庚許.注漿加固塊石堆積體在野三關(guān)隧道中的應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù)，2010，25(10):45-47.

[4] 張民慶，曾強(qiáng)運(yùn)，楊兵.巖溶隧道溶洞泄水機(jī)理及工程實(shí)例分析[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2014，25(10):33-35.

[5] 朱鵬飛,張梅，黃鴻健，等.宜萬(wàn)鐵路復(fù)雜隧道風(fēng)險(xiǎn)管理與控制[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2010(8):7-11，19.

王學(xué)軍(1981-),男，工程師，主要從事鐵路、公路、地鐵、水利工程的施工與管理工作。

P931.5;U455

A

2096-0506(2016)12-0063-03