引水隧洞软岩洞段开挖支护施工工艺分析

刘艳虎

中铁一局集团第五工程有限公司 陕西省宝鸡市721000

摘要：本文首先对引水隧洞及相关的概念进行了介绍，接下来介绍了工法特点以及工艺原理，并重点介绍并分析了开挖和支护施工技术。

关键词：引水隧洞；软岩洞：开挖支施工技术

近年来，我国基建设施蓬勃发展，水利、铁路、公路等建筑行业受地形、地貌、地质等限制随之增加，同时设计勘察的不全面性导致施工过程中不可避免的出现不良地质，尤其是隧洞施工过程中揭露的不良地质施工的安全、质量、进度等更是难以控制。

1.引水隧洞的开挖支护

在进行引水隧洞软岩洞段开挖支护施工时要考虑其特点，引水隧洞上平段类型一般是以沿岸的塔形进水口、低压输水孔或蝶阀腔体为主体，在引水隧洞的进出口，从顶部到底部分别进行开挖工作，其它重要工程则是先从上到下逐次进行，然后再进行支护工作。

2.工法特点

引水隧洞与铁路及公路支护方式一致但也略有不同，铁路及公路隧洞设计仰拱作为隧洞成环的重要部分，引水隧洞仅设置底板垫层（素混凝土），与铁路公路相比未真正做到封闭成环。在开挖后需及时完成支护，软岩洞段开挖按四台阶进行施工，各台阶宽度控制、支护参数等为主要控制内容。

3.工艺原理

3.1开挖施工原理

软岩洞段开挖施工以减少扰动和短进尺为主要施工卡控要点，软岩洞段开挖以机械施工为主，人工辅助以风镐进行修整开挖，避免了爆破对围岩的扰动，避免了软岩爆破坍塌、掉块的风险，同时降低了隧洞超挖超耗，节约了施工成本，减少了工期损失。

3.2支护施工原理

软岩洞段支护施工遵循“超前预报、快速封闭、支护加强、合理变形、底部加强、固结灌浆、适时衬砌”的原则，软岩洞段支护施工按拱部超前、支撑加密、周边固结、锁脚加强、拱脚连接、垫层加厚、监测加密的施工流程进行四台阶支护施工，该流程不仅可以加快施工进度，同时可确保施工安全、质量。

4.引水隧洞软岩洞段开挖支护施工工艺操作要点

4.1地质预报、超前探测

（1）隧洞开挖施工坚持凡挖必探、有疑必探、有水必探、软岩必探的原则；探测坚持物探、钻探相结合的方式。

（2）钻探：钻探主要是验证物探的疑似及敏感区域，钻探分为超前水平钻探和加深炮孔，超前水平钻探按每循环3个孔，每孔30米控制，加深炮孔按照每循环5个孔（搭接长度不小于3米），每孔6米控制。

（3）钻探全过程由技术人员旁站，及时记录钻探数据，结合设计图纸、地质预报及钻探的岩芯、速度，及时掌握和了解钻孔渗水、突进、卡钻、掉钻等异常的情况，为下一步支护措施的制定和预留变形量的大小提供参考依据。

（4）超前水平钻探及加深炮孔在软岩洞段及渗水的软岩洞段作用显著，不仅可以结合地质预报判断掌子面前方围岩，且可以及时排除围岩裂隙水，有效杜绝了软岩洞段塌方、突泥涌水等风险。

（5）地质预报及超前钻探具体实施位置可根据现场实际情况做适当调整，适时加密测线来提高地质预报的精准度，加强对掌子面前方围岩的预判。

4.2超前支护

（1）软岩洞段超前支护采用φ108*6mm超前大管棚及φ42*3.5mm超前小导管。

（2）超前大管棚使用单根长度为12米的管棚，间距@0.5米，每循环搭接3米。打设角度为1～3°，打设范围为180°，为增加软岩洞段的大管棚刚度，可在管棚内设置4根抱箍C18螺纹钢。

（3）超前小导管使用单根长度为4.5～6米的无缝钢管，与大管棚配合使用，间距@0.3米，每循环搭接2.5米，打设角度为13.5°，打设范围为120°。

（4）大管棚及小导管注浆均采用水泥浆液，软岩洞段水泥将夜比重控制在1:0.8左右，若出水量较大时则可以增加水玻璃，增加堵水作用。注浆压力控制在1.5Mpa。

4.3开挖施工

（1）软岩隧洞开挖施工以机械开挖为主，人工辅助以风镐进行修整施工。上台阶开挖进尺0.7米进行控制，挖掘机在中台阶位置配备鹰嘴钩及液压破碎锤进行开挖作业，拱脚位置预留30-50cm人工开挖清理至拱脚标高。机械开挖完成后挖掘机更换挖斗，将开挖的渣料向下一台阶扒渣。

（2）人工修整开挖边线应严格控制超挖，开挖作业需严格控制作业人数。

（3）开挖完成后测量人员需进行开挖断面检测，符合要求后及时进行初喷。而后上台阶进行支护作业，挖掘机向后推移进行中台阶及下台阶开挖施工；

（4）中、下台阶开挖需严格控制开挖进尺，每循环不大于1榀钢支撑，左右台阶在线路纵向方向错开距离不小于3米，中下台阶错开距离不小于8米。中台阶宽度控制在2.3米左右，下台阶宽度控制在1.4米左右，隧洞中线两侧2米范围内为机械走行区域。

（5）洞室允许平均径向超挖值不大于15cm。洞室水平开挖高程偏差不大于15cm且无欠挖。

4.4锁脚安装，喷砼封闭

（1）软岩洞段钢支撑锁脚锚杆施工对隧洞安全至关重要。对抵抗软岩大变形、支护稳定作用显著

（2）软岩洞段一般分四台阶施工，上台阶钢支撑锁脚锚杆采用C25锁脚锚杆，单根长度6.0米，在上台阶拱脚上方50cm位置设置，每个接头设置两根，形成抱箍，与钢支撑焊接牢固，打设角度为20°和40°。

（3）中一台阶、中二台阶及下台阶拱脚位置设置φ76*9mm自进式锁脚管棚，单根长度12米，每榀钢支撑设置12根。锁脚管棚尾部设置锁脚锚板，与钢支撑焊接牢固后，在锚板后侧安装螺栓。

（4）锁脚管棚施工采用管棚钻机，每组根锁脚管棚由2个钻头、8个套筒，一块锁脚锚板、两组螺栓组成，锁脚管棚管节单根长度为3.0米，管节间采用套筒连接，端部安装钻头。

（5）锁脚锚杆注浆采用水泥砂浆，注浆方式为“先注浆后插杆”，注浆增加锚杆与围岩之间的粘结力。

（6）锁脚管棚注浆采用水泥净浆，注浆方式为“先插杆后注浆”，注浆前浆孔口采用锚固剂封闭密实，防止注浆压力损失，封孔前预埋φ20mm排气孔，保证注浆密实度。

（7）锁脚注浆前应进行压水试验，压水试验最大压力不大于1.0Mpa。开始注浆后压力不大于1.0Mpa，结束注浆标准为：注浆压力不小于2.0Mpa，且稳压10min。

（8）富水洞段注浆将夜中可添加5%的水玻璃，起到注浆堵水的效果。

（9）软岩洞段喷砼一般可采用粗纤维喷砼和普通喷砼，混凝土标号为C20,喷砼厚度为20cm，含水洞段喷砼厚度可加厚至30cm。

4.5监控量测

（1）在隧洞软岩洞段过程中，监控量测严格进行拱顶下沉量测、水平净空收敛量测。共设7个监控量测点。

（2）施工过程中，在洞内埋设布置监控量测点，拱顶下沉观测点及净空收敛观测点按每3-5米一个断面、埋设深度入岩大于30cm进行布设，以观测围岩及一次支护结构的变化。

（3）监控量测点不得焊接于钢拱架上，遇有损毁应及时安装并且进行补测。未破损或拆换的段落监测频率为每天1次。当安全监测数据变化大于2.5mm/d时，现场每天至少进行两次安全监测。

5.结语

引水隧洞的开挖与支护工作十分繁杂，其特殊的位置条件使得其在隧道内的施工中起着至关重要的作用。合格的施工既要在施工方式上进行革新，又要在施工过程中不断地总结、完善，从而提高施工质量。

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