不良地质隧洞施工技术方案研究

李怀国

（中国水利水电第一工程局有限公司云南分局，云南 昆明650200）

1 工程概况

隧洞穿过的地段为念生肯沟和梨园大沟夹持的山脊地形，山脊高程一般1830m～1840m，两侧地形坡度一般40°～45°。

地段内基岩裸露，分布的地层为二迭系东坝组第三层（P2d3）和第四层（P2d4），主要岩性为黑褐色火山角砾熔岩、褐铁矿化杏仁状玄武岩、杏仁状玄武岩，夹灰黑色致密状玄武岩等，并有少量熔结凝灰岩及多条2cm～5cm厚且断续分布的凝灰岩条带。

该地段岩层呈单斜构造，产状为N75°～85°E，NW∠44°～65°。根据坝址区勘察成果，发育的主要结构面为流层面和其它节理裂隙，并有部分挤压面、小断层等Ⅳ级结构面和少量属Ⅲ级结构面的断层。根据坝址统计，主要节理按产状分有以下三组：①N25°～50°E，SE∠70°～80°，节理面起伏，粗糙，延伸长，多数闭合，地表极少数张开并夹泥，间距0.1m~0.15m；②N45°～60°W，SW∠50°～70°，节理较平直，粗糙，延伸较长，地表多数张开夹泥，间距0.1m～0.2m；③N70°～80°E，NW∠40°～60°，流层面，面粗糙，局部结合紧密，延伸较3m～5m，间距0.2m～0.5m。

地表裸露基岩多属强风化，根据坝址区勘察成果，弱风化底界水平埋深一般50m～75m。表部岩体有卸荷松弛现象。

2 开挖支护方案及程序

根据本工程隧洞的特点和工期要求，采用三臂凿岩台车为主的大型机械化钻爆法施工；出渣采用3m3侧卸装载机配15t自卸车运输。喷砼采用湿喷机进行湿喷，锚杆、注浆导管施工选用凿岩台车或手风钻钻孔为主的方案。初拟洞挖方案见表1所示。

3 开挖工艺及措施

3.1 隧洞进出口段开挖工艺

施工严格遵循“短开挖、小扰动、强支护、及时密闭、勤观测”的原则。

隧洞进出口段Ⅳ类围岩及Ⅴ类围岩开挖支护程序。

Ⅴ类围岩开挖工艺流程：施工准备→测量放线→超前小导管预注浆支护→单侧壁导坑法分部开挖→型钢支撑、系统锚杆、挂钢筋网喷砼支护→监测围岩变形基本稳定→二次模筑仰拱砼施工→二次模筑边顶拱砼施工→转入下一循环

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进出口Ⅳ类围岩段开挖工艺流程：施工准备→测量放线→超前小导管预注浆支护（若有）

→短台阶分层分部开挖→型钢拱架支撑、系统锚杆、挂钢筋网喷砼支护→监测围岩变形基本稳定→二次模筑仰拱砼施工→二次模筑边顶拱砼施工→转入下一循环

3.2 洞身Ⅲ～Ⅳ类围岩洞段开挖工艺

施工严格遵循“短进尺、强支护、弱爆破、勤量测”的原则。洞身Ⅲ～Ⅳ类围岩开挖工艺流程：施工准备→测量放线→超前锚杆支护（若有）→上层开挖支护→下层开挖支护→监测围岩变形基本稳定→二次模筑砼施工→转入下一循环

3.3 洞身Ⅱ类围岩洞段开挖工艺

开挖支护程序见后附图，开挖工艺流程见如图1

3.4 主要工艺作业措施

3.4.1 测量放线

控制测量采用全站仪作导线控制网。施工测量采用经纬仪配水准仪进行。测量作业由专业人员认真进行，每个月进行一次测量检查、复测，确保测量控制工序质量。

3.4.2 钻孔作业

由熟练的台车、风钻工严格按照设计钻爆图进行钻孔作业。各钻手分区、分部位定人定位施钻，实行严格的钻手作业质量经济责任制。每排炮由值班工程师按“平、直、齐”的要求进行检查。周边孔偏差不得大于5cm/m，爆破孔偏差不得大于10cm。

3.4.3 装药爆破

炮工按钻爆设计参数认真进行，炸药选用硝铵或乳化炸药。台车水平孔一般崩落孔药卷直径35mm，连续装药，周边孔选用25mm直径药卷，间隔装药，用砂袋堵塞严实。装药完成后，由技术员和专业炮工分区分片检查，联结爆破网络，撤退工作面设备、材料至安全位置，导火索起爆、导爆索、导爆管传爆，毫秒微差爆破，周边光面爆破。

3.4.4 通风散烟：爆破后起动强力轴流通风机正压通风，开挖面爆破渣堆进行人工洒水降尘。

3.4.5 安全处理、清底：爆破后要用1.0m3反铲处理掌子面及顶拱安全。出渣后再次进行安全检查及处理，并用反铲扒除工作面积渣，为下一循环钻爆作业做好准备。

表1 洞身Ⅱ类围岩开挖工艺流程框图

3.5 钻爆开挖施工方法

能够由挖掘机直接掏挖的部位采用由挖掘机直接掏挖，边角部位辅助以人工锄挖成型。装载机集渣装车，15t自卸汽车出渣。对于岩体较硬、挖掘机挖掘困难的部位采取造孔、小药量微差爆破。造孔施工采用多臂钻造孔，手风钻辅助造孔。爆破后采用1.0m3反铲扒渣，将作业面清出后，满足作业面施工要求后，边出渣、边进行下一步施工。

3.6 洞身段掘进开挖方法

3.6.1 施工方案

Ⅲ类围岩整体性较差的洞段及Ⅳ类围岩洞段，采取正台阶开挖方式，初期支护跟进施工；Ⅲ类围岩整体性较好的洞段、Ⅱ类围岩洞段，采取全断面开挖方式，初期支护顶拱范围，其余部位支护滞后开挖20～30m进行施工。

3.6.2 施工程序

①Ⅳ类围岩洞段

Ⅳ类围岩洞段采用超短正台阶开挖施工法，台阶长度一般为2～3m，台阶高度以拱脚为界，约3.0m。

Ⅳ类围岩洞段施工程序为：测量放样→（易塌顶洞段超前锚杆施工）→上台阶钻孔→装药、联网、爆破→通风排烟→顶拱喷第一层混凝土（5cm）→扒渣→（易塌顶洞段架设上格栅钢架）→顶拱径向锚杆施工、挂钢筋网→顶拱喷第二层混凝土（23cm）→下台阶钻孔→装药、联网、爆破→通风排烟→出渣→边墙喷混凝土（23cm）→下一循环（单循环进尺2m）。

②Ⅲ类围岩洞段

Ⅲ类围岩洞段采用全断面开挖掘进方式，初期支护锚杆跟进施工。Ⅲ类围岩整体性较差的洞段也采取超短正台阶开挖方法，施工时可采取与Ⅳ类围岩洞段相同的施工方法。

Ⅲ类围岩洞段施工程序为：测量放样→钻孔→装药、联网、爆破→通风排烟→出渣→径向锚杆施工→挂钢筋网、喷混凝土（10cm）→下一循环（循环进尺3.0m）

③Ⅱ类围岩洞段

Ⅱ类围岩洞段采用全断面开挖掘进方式。初期支护拱顶范围，其余部位支护滞后开挖20～30m进行施工，可与洞挖施工平行进行作业。

3.6.3 现场爆破试验

在施工现场进行洞身段爆破试验：以确定各炮孔孔排距、孔深、装药量、装药结构、堵塞长度、单响药量，监测爆破振动速度等，并将试验成果报监理工程师审批。

3.6.4 洞挖施工方法

采用直眼桶型掏槽、光面爆破。钻孔采用三臂凿岩台车。造孔结束后，在液压升降平台上人工装药，机制炮泥机堵孔。采取密孔、少药、非电毫秒雷管联网微差控爆等措施，以减少爆破振动。用1.0m3液压反铲清橇掌子面危岩，出渣采用3m3侧卸式装载机。

3.7 隧道贯通措施

隧道接近贯通前，两端施工应加强联系，统一指挥，并采取浅眼低药量，控制爆破，当两开挖面间的距离30m时，一端爆破，另一端人员撤离工作面，剩余15m时，必须停止一个工作面作业并做好警戒，改为单向开挖，直到贯通为止。做好调整通风系统的准备工作。贯通时，必须由专人在现场统一指挥，停止掘进的工作面必须设置栅栏及警标，2个工作面入口必须有人警戒。贯通后，先进行通风后，方可恢复工作。

[1]李其桐.国外长隧洞施工技术及施工机械发展趋势[J].水电站设计，1989-04-02.