对不良地质段施工方案研究

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对不良 地质段施工方案 的研究 金 刚 辽宁省水利水电勘测 设计研究院 （ 110006 ） 【内容提要】：本施工隧道地质条件比较复杂，文中介绍通过 F14 断层施工过程中遇到掉块，片帮、坍塌、断层、涌水时采取的开挖、加强支护施工措施，以及针对不同地质条件采取的不同施工方案。

　　【关键词】：断层、涌水、岩溶、施工方案 1 1 、工程概况 辽宁省大伙房水库输水工程 D&B2 合同段主洞总长 2046.492m 。围岩岩性以石英砂岩为主，水平层理发育，区域地质上有 F5、F7 和 F14 三个断层，施工遇破碎带极易发生坍塌、用水等地质灾害。

　　 2 2 、不良地质段 对开挖掘进不利因素说明 F14 断层发育在三道沟一带的上元古界青白口系永宁组（Qny）硅质碳质板岩夹碳质泥岩与下元古界辽河群大石桥组（Ptd）中厚层状白云质大理岩地层分界线部位。从地貌上看沿走向向两端有较大延伸，且地形切割较为明显。主要存在两种不利因素：

　　①围岩破碎、泥化，形成断裂构造；②形成大量涌水。

　　3 3 、 不良地质段 施工原则 (1) 不良地质洞段施工应做好预测、预报工作，坚持以预防为主的原则，在确保安全的前提下，制定切实可行的施工方案并做出专门设计，报请监理工程师批准。

　　 (2) 隧洞通过破碎松散、涌水、岩爆等不良地质地段时，施工前对雇主提供的工程地质和水文地质资料进行详细分析判断制定相应的预防预报措施，备足有关的应急机具和材料。

　　(3) 不良地质地段的隧洞施工，先治水，采取“短开挖、弱爆破、强支护、勤量测、早衬砌”的措施，稳步前进。

　　(4) 在施工过程中经常观察岩层和地下水的变异情况，检查支护的受力状态，防止突发事故发生。如有险情，即刻分析情况，采取措施迅速处理。

　　4 4 、 不同地质条件施工要点 4.1 、断层破碎带施工 (1)施工前切实掌握断层带情况，包括破碎带的宽度、填充物、地下水以及隧洞轴线与 断层构造线的组合关系，根据施工方法和设备条件选择通过断层地段的施工措施。

　　(2)断层规模不大，渗水量不大的情况下，采用超前锚杆、超前小导管注浆、管棚等超前支护的方法以及固结灌浆的方法处理。

　　(3)断层规模较大，或有大量涌水的情况下，先进行超前灌浆或固结灌浆，再结合超前支护的方法进行处理。

　　(4)通过断层地段的各施工工序之间的距离尽量缩短，尽快使全断面支护或衬砌封闭，减少岩层暴露、松动时间。

　　(5)调整好炮眼数量、深度和装药量，尽量减小爆破对岩层的扰动。

　　(6)断层地段的支护宁强勿弱，并经常检查加固。

　　(7)采用上下导坑法、双侧壁导坑法开挖，尽量减少对围岩的扰动。

　　4.2 、涌水地段施工 1 4.2.1 施工原则 首先根据地质素描、超前钻探和设计文件及地质调查资料，在明确涌水水源补给、水质、涌水量、水压等情况后，确定有针对性的治理方案，采取先治水，后开挖原则，拟定以堵为主，排堵结合方案。施工中严格遵循：“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤测量、早封闭”的原则进行施工。

　　4.2.2 2 施工方法 采用压注水泥～水玻璃双液浆的方法进行止水。对孔隙率大、构造性好的地段采用低压注浆，压力控制在 1～5Mpa；对构造水差的地段采用高压劈裂注浆的方法，注浆压力控制在 10～20Mpa，在特殊地段可考虑采用压注化学浆液的方法止水。

　　4.3 、岩溶段处理 根据地质情况分析 F14 断层向下游方向石质为大理岩，且易存在大量涌水。施工时采用下列技术措施进行处理：

　　(1)采用暗管等施工方法将溶洞积水排走；

　　(2)当不能排水，或由于溶洞规模大且溶洞填充物为含水量较大的溶岩泥时，采用封堵的方法；

　　(3)对已停止发育、跨径较小，且无水的中、小型溶洞，采用砌石或低等级混凝土进行填充；

　　 (4)溶洞仅在隧洞底部且较深较大时，采用梁或拱跨越；

　　(5)开挖方法采用台阶法；

　　(6)爆破开挖时，采用超前钻孔探测；

　　(7)隧洞只有一侧遇到溶洞时，先开挖该侧，待支护完成后再开挖另一侧。

　　施工中应根据实际情况制定针对性强、方便安全的施工措施顺利通过。

　　4.4 、特殊情况处理 1 1 ） 突水 参照上述方法的基础上，采用超前灌浆止水，及时封闭，必须有高压止水阀、孔口密封塞等装置。

　　2 2 ） 涌砂 对拱部出现流砂（有水）的情况，采用插板法辅以注浆的施工措施。钢插板的宽度为 15cm，长度为 1.2～1.6m。如图一：

　　钢插板钢插板布置示意图 钢插板断面图 单位：mm型钢围岩喷砼 图一 ：

　　 钢插板布置示意图 对局部夹层流砂的情况，先采用抹布或编织袋（装黏土）封堵流砂口，并安设引排水导管（设孔口阀），然后再注浆。钢插板、压力泵、夹具、千斤顶等顶入，并辅以木板、木楔、木支撑等。

　　3 3 ） 涌泥 先用装有黏土的编织带堆码、封堵，再施作砼止浆墙，然后全断面注浆，拱部施作大管棚挤压注浆。

　　流砂涌泥段由于渗透系数很小，均采用高压劈裂注浆。对孔隙率大的岩层地段可考虑辅以压注粗砂、中砂、黏土等辅助材料填塞孔隙。

　　对断层带有涌泥、大面积的松散变形体等情况出现时，要采用全环施作大管棚（φ75～φ100）的施工措施。采用管棚钻机以有效的抵抗松散压力。

　　4 4 ） 其它 对基岩裂隙水，由于渗透系数大，采用充填、挤压灌浆，一般压注水泥～水玻璃双液浆。

　　对渗透系数小的流砂、涌泥段采用高压劈裂挤压注浆，必要时可考虑采用特细水泥和化学浆液（有机）。

　　在爆破钻孔及超前地质钻孔过程中，如果发生突水、大压力的涌水，除采用上述的防突水措施外，必须立即停止钻进，及时关闭孔口阀，严禁拔出钻杆，将孔口封闭后，立即进行注浆止水。

　　5 5 、4 F14 断层带的主要施工方案 1 1 ） 开挖方法 施工中采用超短台阶法进行开挖，或采用强力风镐开挖，也可采用光爆孔为空眼的爆破开挖。爆破作业采用密布眼、少装药的局部爆破方法，根据围岩情况，先开挖围岩较破碎和岩石强度低部分，然后再开挖围岩较硬和稳定性较好部分。根据设计要求，上导坑开挖超前下导坑 3m，Ⅳ上导坑采用整体开挖法，下导坑采用左右分幅开挖法，开挖后立即进行初期支护。Ⅴ类围岩上导坑采用环形开挖法，下导坑采用左右分幅开挖法首先挖 0.5m 宽，深0.5m～1.0m 的槽Ⅰ，槽内先安装钢格栅喷砼，然后再开挖核心土Ⅱ。施工如图二：

　　ⅡⅠ钢格栅环形开挖示意图钢格栅喷砼ⅠⅡ喷砼 图二 ：环形开挖示意图 下台阶分左右边错开开挖，以防止拱部钢架两拱脚同时悬空，为防止拱架下沉，拱脚处 每边设置锁脚锚杆。出碴后及时接长钢架，为防止变形，及时施作仰供使之封闭成环，并及早衬砌。施工示意图如下：

　　及时施作仰供使之封闭成环，并及早衬砌。施工示意图如下：

　　Ⅳ、Ⅴ类围岩超短台阶法分步开挖施工顺序示意图纵断面示意图112上半台阶横断面示意图876下半台阶19101212短台阶3-5m6143施工顺序：1、超前支护 2、上半断面开挖 3、初喷第一遍砼 4、立钢支撑、挂网 5、拱部径向锚杆施作 6、喷第二遍砼 7、下半断面左侧开挖 8、下半断面左侧初期支护 9、下半断面右侧开挖 10、下半断面右侧初期支护 11、仰供施作（全圆衬砌无此项） 12、全断面衬砌 图四：短台阶法 分步开挖施工顺序示意图 2 2 ） 初喷砼 爆破后，挖掘机清凿危岩后立即初喷 15cm 厚砼封闭掌子面及开挖段面，确保下步工序作业人员的施工安全。

　　3 3 ） 超前小导管 增加双层超前小导管支护，采用φ42 钢管（无溢浆孔），导管长度 4～6m，小导管环向间距 30cm，两层小导管间距 30cm，外插角 60 ，双层小导管每 2m 一循环，交错布置。

　　4 4 ） 超前锚杆支护 超前锚杆按照原Ⅴ类围岩支护参数配合超前小导管施做，此段无渗水可采用拱部施做Φ25、L=3.5m 超前锚杆，锚杆环向间距 25cm，每 2.0m 一循环，外插角 15 0 。超前锚杆布置于两循环超前小导管之间，与两循环超前小导管间间距 1.0m。

　　5 5 ） 钢拱架支护 将钢格栅改为采用 I16 工字钢拱架支护，以加强支护强度。并以锁脚锚杆锁定。

　　6 6 ） 钢筋网、系统锚杆、喷 5 C25 砼 按照原Ⅴ类围岩支护参数进行。

　　 6 6 、 其它复杂地质段施工方案 6.1 1 松散破碎无水或有少量渗水段施工措施 采用双层φ42 小导管管棚进行超前加强支护，环向间距为 30cm，上下两排导管管棚间距为 40cm，沿洞轴线方向每 2m 为一环，小导管长 L=4～6m，外插角 60 ；同时为加强支护效果，布设φ25 超前锚杆，L=3.5m，环向间距为 25cm，外插角 100 ，沿洞轴线方向每 2m 为一环。小导管管棚与超前锚杆交错布置，再辅以原设计的Ⅴ类围岩的支护系统联合支护，钢格栅改为采用 I16～I18 工字钢拱架支护，锁脚锚杆参考 D&B2 改字 07 号变更施工。

　　2 6.2 松散破碎有水段施工措施 采用超前小导管注浆加强支护及超前灌浆固结止水，浆液采用水泥～水玻璃双液浆，再辅以原设计的Ⅴ类围岩的支护系统联合支护，采用 I16 工字钢拱架支护，并以锁脚锚杆锁定。

　　3 6.3 松散破碎成泥状无法成孔段（无水段）施工措施 系统、超前锚杆采用 GM32 中空自进式（迈式）锚杆加强支护，其他支护形式辅以原设计的Ⅴ类围岩的支护系统联合支护，采用 I16～I18 工字钢拱架支护，并以锁脚锚杆锁定。

　　4 6.4 松散破碎成泥状段（有水段）施工措施 采用 GM32 中空自进式（迈式）锚杆、小导管管棚及径向注浆联合加强支护，同时辅以原设计的Ⅴ类围岩的支护系统。采用 I16～I18 工字钢拱架支护。

　　6.5. 大面积松散破碎带、挤压带及滑动带施工措施 因围岩的松散压力很大，采用小导管、锚杆的超前支护系统不能有效地抵抗大的松散压力，所以采用大管棚支护系统超前支护，有水段辅以超前小导管管棚注浆分段注浆止水，再辅以原设计的Ⅴ类围岩的支护系统联合支护，采用 I16～I20 工字钢拱架支护。

　　7 7 、结束语 隧道施工中遇到不良地质的实例屡见不鲜，处理方法也不尽相同。本文对大伙房输水工程常采用的不良地质段处理措施进行了总结，对类似工程施工具有借鉴意义。

　　参考文献：

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　　[1] 王梦恕 《地下工程浅埋暗挖技术通论[M]》 2004 年 12 月 [2] 宋修元，富水砂卵石地层洞内深孔定点填充注浆加固技术浅析【J】.现代隧道技术，2011，48（3）. [3] 陆银龙,王连国,杨峰等. 软弱岩石峰后应变软化力学特性研究[J].岩石力学与工程报,2010,29(3):640-648 [4] 杨本伟，砂卵石富水地层注浆加固技术【J】.科技与生活，2010，（12）. 作者简介：

　　金 刚，男，1971.06.11，大学本科，工程师，长期从事水利水电工程勘察与施工工作。