大伙房输水隧洞六河段施工技术研究

张建(辽宁省水利水电勘测设计研究院辽宁沈阳110006)

大伙房输水隧洞六河段施工技术研究

围岩自稳性极差。

1.3 水文地质条件

由于本地褶曲、断裂、裂隙、节理、岩溶及岩石本身的严重风化，洞室区围岩的渗透性很强。洞室渗水的直接或间接的补给来源主要为顶部及周边的第四系地层赋水，包括断裂构造水、岩溶水及基岩裂隙水。由于六河河谷较开阔、上游河水的常年补给、两侧山体饱气带水及基岩裂隙水的补给，构成了丰富的地下的补给来源。由于洞室开挖后破坏了原地下水的平衡结构，致使洞内局部涌水量及水头压力都较大，对洞室的稳定造成一定的不利影响。经过系统灌浆后，地下的活动状态减弱为线状流水。

1.4 洞室围岩工程地质特性

经大量的地质勘察，又经施工地质验证，对工程有影响的主要地质特性归纳如下：

（1）围岩完整性很差。表现为多组结构面及节理裂隙发育，岩石多为碎裂结构及散体结构。岩体完整性系数大都为0.35≥Kv＞0.15或Kv≤0.15，岩体完整程度为较破碎或破碎。

（2）岩石强度很低。表现为风化及构造溶解严重，多处于强风化状态；饱和单轴抗压强度Rb（M P a）为30≥Rb＞15或15≥Rb＞5。已属于较软岩或软岩。

（3）构造溶解严重。表现为条带状的砂状大理岩发育。这种岩石是在构造应力下，破坏了原来岩石的胶结状态，再由水的溶解作用下形成，岩石强度极低，用手掰即碎。其特点是在有临空面的情况下，遇水很快膨胀、分解、塌落，容易引起塌方与涌水。

（4）地下水丰富，特别是F13断层等影响带处地下水的出露表现为涌水。由于洞室的埋深较大，涌水的压力也较大。

2 主要施工技术措施

六河段施工采取以洞内超前灌浆为主，后期径向灌浆为辅，开挖及支护采用“台阶法+预留核心土，钢拱架+超前管棚注浆”的综合施工措施。

2.1 超前灌浆

六河施工段超前灌浆共进行5个循环，分别为15+817～15+797m、15+797～15+777m、15+ 777～15+747m、15+708.5～15+720m、15+720～15+750m，其中15+708.5～15+720m段超前灌浆超前处理11.5m，其余各循环超前处理30m（水平距离），开挖20m，预留10m止浆岩盘，超前灌浆洞周加固范围为10m。六河段F13主断层及其影响带（桩号：15+720～15+780m）进行了两个循环的超前灌浆，重叠处理3m。

超前灌浆施工采用孔口封闭、孔内循环的灌浆方式。15+817～15+797m、15+797～15+777m、15+777～15+747m、15+720～15+750m，每一循环超前灌浆施工在洞室开挖掌子面由外向内共布置7环，共计135个灌浆孔。15+708.5～15+ 720m段超前灌浆共布置环共计60个超前灌浆孔。超前灌浆施工坚持环间分序、环内加密的原则，对灌浆孔进行分序、分段灌浆。

2.2 超前支护

六河段F13主断层揭露后，分别在15+728m及15+777m两个掌子面进行超前管棚施工，管棚在断层核心部位搭接，搭接长度为6.5m。15+728m掌子面超前管棚布置沿洞室顶拱进行布置，共布置49个超前管棚孔，管棚长度为25m，管棚钢管外插角为5°。15+777掌子面超前管棚布置沿洞室全周进行布置，共布置97个超前管棚孔，管棚长度为33m，管棚钢管外插角为8°。超前管棚采用外径108m钢管，环向间距为0.3m。超前管棚采用42.5级普通硅酸水泥进行灌浆施工。超前管棚布置断面见图2。

图2 超前管棚布置断面图

2.3 开挖及支护

洞室开挖采用台阶分步法。六河施工段洞室开挖共分5种开挖形式：过渡段开挖（桩号15+700～15+712m、15+840～15+828m）、Ⅰ型开挖（桩号15+828～15+817m）、Ⅱ型开挖（桩号15+712～15+720m、15+817～15+797m）、工况一开挖（桩号15+797～15+777m）、工况二开挖（桩号15 +720～15+777m），所有开挖断面均为马蹄形。除过渡段开挖采用全断面开挖外，其余各型开挖均采用台阶分部法开挖。

图3 六河施工段开挖及支护布置图

洞室开挖施工前根据不同的开挖形式分别在拟开挖掌子面顶拱部位实施Φ 25超前锚杆、Φ 32超前小钢管、Φ 42超前小导管等加强超前支护措施。洞室开挖及初期支护采用“弱爆破、短进尺、勤支护”的施工方式。开挖进尺严格控制在0.5～1.0m范围内。每循环进尺后及时对洞室开挖掌子面及洞周喷射C 30钢纤维混凝土进行临时支护，随后采用钢格栅或钢拱架及系统锚杆、钢筋网进行初期支护，初期支护喷射C 30钢纤维混凝土，厚度为15～20c m。六河段洞室开挖及支护见图3。洞室开挖及支护施工相关数据统计见表1。

2.4 混凝土衬砌

六河段隧洞断面为马蹄形，混凝土衬砌采用自防水混凝土C 30F 200W12。混凝土衬砌施工时在洞室边顶拱及仰拱部位铺设防排水板，并在边顶拱拱角部位预埋排水管。

2.5 固结灌浆

六河段洞室开挖及支护施工期间采用超前灌浆、超前管棚、钢拱架及系统锚杆等技术手段有效加固了围岩，确保了洞室顺利贯通和混凝土衬砌作业。衬砌作业结束后，对六河段洞室全周进行固结灌浆处理。固结灌浆固钻孔孔径为Φ42m m，环间间距为2.0m，排距为1.0～2.0m，孔深6.0m，梅花形布孔，设计灌浆压力0.5～1.0MP a。灌浆材料采用H SC超细水泥浆。

3 结论

六河施工段地质条件极其复杂，在施工前就制定从超前预处理、开挖、支护到衬砌、固结灌浆等各施工步骤的翔实措施和预案，确保了洞室安全施工。六河段安全监测数据，包括多点位移计、钢筋应力、混凝土衬砌应变、衬砌围岩压力等数据指标都在合理的范围内，表明该段洞室结构是安全的。

表1 洞室开挖及支护数据统计表