大断面洞室不良地质段开挖施工技术探析

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1、大断面洞室不良地质段开挖施工技术探析　　中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：序如今隧洞工程广泛应用于水利水电工程的导流洞、泄洪洞、尾水洞以及公路、铁路、矿山建设中，通常具有断面大、地质条件复杂多变、服务年限长、质量要求高等特点，而在隧洞施工过程中，如何穿越不良地质段往往成为决定工程进度、建设成败的关键因素。本文以中国水电十一局在重庆乌江彭水水电站导流洞工程中成功穿越f1断层带、确保按期截流为例，总结隧洞在穿越不良地质段时的施工经验，以便同行在类似工程施工中参考借鉴。1工程概况乌江彭水水电站位于重庆市彭水县境内的乌江上，是乌江干流水电开发的第1

2、0个梯级电站，距彭水县城11km。本工程为I等工程，以发电为主，兼顾航运、防洪及其它综合利用，电站装机1750MW，共5台水轮发电机组，多年平均发电量61.24亿kWh，是乌江上最大的电站之一。导流隧洞布置在河床左岸，共2条，轴线相距45m，其进出口高程均为208m，1#导流洞长1338.988m，2#导流洞长1230.701m。洞身Ⅴ类围岩设计开挖断面为16.419.5m的平底马蹄形，开挖断面为275.4m2，属特大断面平洞开挖。61#导流洞0+370～0+515、2#导流洞0+370～0+510m段为f1、f5、f36等断层的交汇带，C0风化溶蚀

3、填泥带在f1断层上下盘重复出现，并有规模较大的KW65岩溶系统通过。特别是2#导流洞0+402～0+417m段地质认定为f1断层带，其顶拱及内侧边墙均为风化溶蚀填泥，呈软塑状，成洞条件极差，f36断层于拱顶部位顺导流洞方向发育，为顺扭断层，平面上错断f1断层，以f36断层为界，下盘为Є3m1-1强风化～弱风化白云体，局部顺断层全风化，见少量较坚硬岩体，上盘为f1断层带风化溶蚀填泥，呈黄灰色，软塑状，该段是整个导流洞工程地质条件最复杂、围岩稳定性最差的地段。2开挖方案的确定根据实际施工情况，在进行2#导流洞f1断层带上半洞开挖时，已分别通过

4、施工支洞自上下游两个掘进面先后开挖至0+402m和0+417m桩号处。因围岩地质条件突变，在f1断层带上下游界面均出现不同程度的塌方，由于前期勘探地质资料溃乏同，两个工作面均无法继续向前开挖。经业主、监理、设计及施工单位四方研究决定：采用“先探明f1断层带风化层的分布范围和深度，再以‘短进尺、弱爆破、强支护、少扰动、早封闭、勤观测’6的不良地质段施工原则进行分层开挖”，具体是将导流洞全断面分为上、中、下三层进行开挖，上层即上半洞）先沿2#导流洞左右侧边墙外缘各开挖一2m×3m（宽×高）的小导洞（即耳洞）以探明围岩地质情况，（下半洞）中层、下层先中部拉

5、槽、两侧保护层开挖错次跟进，并及时将钢拱架接续至底板，并在下半洞开挖结束后立即进行钢筋混凝土衬砌。3施工方法3.1上半洞3.1.1耳洞开挖耳洞布设于主洞左右侧边墙外缘，开挖断面为2m×3m，与主洞轴线距离为9.1m。耳洞开挖严格遵循不良地质段的施工原则，其工序为：超前锚杆支护→开挖→出渣→初喷砼封闭岩面→钢支撑强支护→复喷砼→下一循环。耳洞开挖主要以手风钻钻孔小药量松动爆破为主、人工撬挖为辅。为了保证施工人员及洞身的安全，每循环进尺开挖前，沿耳洞顶布设一排Φ25@50cm、L=3.0m、仰倾角为15º的超前锚杆。每开挖1m后立即对已开挖段(

6、含掌子面)喷射5cm厚C20砼进行封闭，然后再利用钢拱架进行加强支护。钢拱架采用Ⅰ20a型工字钢分段加工而成，沿耳洞轴线每50cm布设一榀。钢拱架的固定锚杆为Φ25、L=1.5m，环向间距1.5m，紧贴钢拱架两侧对称布置；拱架外侧设Φ25@50cm的纵向连接筋，并与拱架满焊；纵向连接筋外侧挂φ6.5@20×20cm的钢筋网片，最后喷射20cm厚C20砼，使整段钢拱架形成一个整体，以增强抗冲击能力。6耳洞贯通后，在耳洞内部回填C25钢筋混凝土，并保证钢筋混凝土座落于上下游坚硬岩石上各5m，以便为主洞上半洞的钢拱架加强支护提供可靠的基础。3.1.2洞身段

7、开挖上半洞洞身段开挖以手风钻钻孔小药量松动爆破为主，局部溶洞充填物由反铲直接挖除。每循环进尺控制在1.5m左右，其余的超前支护及钢拱架加强支护的施工方法与原则与耳洞相同。需要说明的是，上半洞的拱架柱脚必须座落在耳洞内回填的钢筋混凝土梁上，且增加1m长的Ⅰ20a工字钢与之绑焊，以确保与耳洞钢拱架焊接牢固，具体详见附图。3.1.3灌浆处理由于在上半洞开挖施工过程中，由于围岩整体稳定性极差，超挖现象较为严重，在钢拱架外侧与岩体之间局部部位不可避免地存在较大空洞，为了确保下半洞的施工安全与洞身的总体稳定，在上半洞f1断层段贯通后，对整个钢拱架加强支护段进行了

8、灌浆处理。灌浆处理采用固结灌浆施工方法，由手风钻进行钻孔，孔径为40mm，灌浆孔入岩1.0m，呈梅花形布置，