浅谈小断面长隧洞开挖及初期支护施工监理

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(四川华浩建筑工程有限公司，四川 西昌，615000)

1 工程概况

昆明市清水海引水工程(二期)位于昆明市官渡区境内，由水源工程、引水工程及输水工程组成。输水工程监理1标包括：洒底、下拖期隧洞工程、恩甲隧洞工程、海当隧洞工程、板桥河隧洞工程四个施工标段的施工准备期至保修阶段监理服务。洒底隧洞全长3175.15m，净断面尺寸为(宽×高)2.5m×2.72m；恩甲隧洞全长4758.55m，净断面尺寸为(宽×高)3.5m×3.51m；海当隧洞全长3008.93m，净断面尺寸为(宽×高)3.5m×3.5m；板桥河隧洞全长3980.09m，净断面尺寸为(宽×高)2.2m×2.44m。

洒底隧洞穿越地层的岩性有：泥岩、粉砂岩，砂岩、泥岩，玄武岩，碎裂～层状结构，全～微风化，全强风化带厚20m～30m；恩甲隧洞穿越地层的岩性有：玄武岩、凝灰岩，白云岩、灰岩，页岩、泥岩，灰岩，粉砂岩、白云岩，白云岩夹粉砂岩，泥灰岩、页岩，碎裂～层状结构，全～微风化，全强风化带厚15m～35m；海当隧洞穿越地层的岩性有：粉砂岩、白云岩，白云岩夹粉砂岩，泥灰岩、页岩，碎裂～层状结构，全～微风化，全强风化带厚20m～50m；板桥河隧洞位于桩号B0+024.07m～B4+004.16m，隧洞穿越地层的岩性有：玄武岩夹凝灰岩，块状～层状结构，全～微风化，全强风化带厚10m～25m。四条隧洞不同洞段的围岩分类主要为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类。

2 工程施工监理重点及难点分析

要做好小断面长隧洞工程的施工组织与监理工作，实现工程质量、工期、投资控制的三大目标。主要做好以下四点：第一、尽早完成洞口明挖，进入洞内施工，减少雨季影响；第二、做好隧洞开挖出碴、通风排烟、排水；第三、做好测量控制，保证隧洞按设计要求贯通；第四、做好不良地质洞段的处理。在复杂地质条件下，隧洞监理工作关键都集中在一次支护的稳定和塌方预防这个重点上，如果一次开挖支护控制不好，往往造成较大的地质塌方，将给监理对工程质量、进度、费用的有效控制带来困难，质量、工期、投资的控制目标就难以实现。为此监理工程师将隧洞的开挖与一次支护作为重点，也是本工程的难点。

3 工程施工监理措施

监理工程师进场后，首先对隧洞的工程地质条件进行了认真分析研究，因为地质设计很难把隧洞全面的地质情况都搞清楚，施工过程中要特别注意地质情况的变化，依据围岩的变化，及时修正原设计，采取合理的掘进方法和支护形式指导施工，并监督施工单位严格认真组织实施。由于复杂的地质条件，只能采取短进尺、弱爆破、强支护的隧洞掘进方式，如此，将给工程的工期、成本控制带来负面影响，为减少不良地质可能带来的工期延长和投资增加并有效地控制工程质量，监理工程师采取了以下措施：

3.1 做好进洞前的准备工作

(1)检查施工现场“三通一平”情况，对存在问题及时加以解决，达到规范设计要求；

(2)要求施工单位加强技术规范学习，掌握设计技术要求，对施工人员加强安全技术、操作规程培训；

(3)检查施工设备、物资材料的准备情况，施工设备、物资材料到位才能开工；

(4)为维护山体的稳定，保护生态环境少受破坏，各施工面进洞口在桩号上选择了提前桩号进洞或加接明洞的措施，避免了对山体坡面清方大开挖。同时抓好洞口仰坡与边坡的截排水和坡面防护工作，对各洞口加强了支护及衬砌工作，做好洞门砌筑锁口，防止水流冲刷、渗漏导致坡面失稳，危及洞口安全。

3.2 加强施工地质评价和预测，指导开挖与支护工作

随着隧洞开挖进度，及时掌握隧洞开挖的围岩变化，根据地层产状、岩石强度、节理裂隙发育、结构面性状、岩体的完整性、地下水情况、岩石风化程度等进行综合观察分析，对围岩稳定性及时作出评价和预测，依据地质设计，选用合理的开挖方法和支护措施。

(1)Ⅱ、Ⅲ类围岩稳定性较好，视围岩情况局部用随机锚杆、挂钢筋网喷混凝土加强支护。

(2)在开挖施工中如遇Ⅳ、Ⅴ类岩石，即岩石受地质构造影响严重，节理裂隙发育，部分张开且充泥，软弱结构面分布较广。如需要，则局部采用超前锚杆预先支护，开挖后应及时进行喷锚封闭保护。洞内开挖中如遇层间断层，结构面组合不利于围岩稳定，可在开挖前打超前锚杆，开挖后可考虑在垂直于断层的方向打一些较深的锚杆，并立即对断层破碎带进行喷混凝土和挂网封闭保护。如有必要应采用钢架支护。

(3)Ⅳ类围岩采用短循环、弱爆破、早封闭、全断面开挖，炮眼深度1m～1.5m，每循环进尺1m左右，支护方式为随机锚杆+挂网+喷混凝土，锚杆用φ22钢筋，长2m，外露15cm，挂钢筋网(φ6钢筋)，网格20cm×20cm，喷混凝土厚度10cm。

(4)Ⅴ类围岩采用短循环、弱爆破(或人工分期开挖)、早封闭、强支护的方式掘进，每循环进尺0.5m～1m，紧跟开挖掌子面及时用钢支撑加强支护，钢支撑间距0.5m～1m，钢支撑间采用φ20@40cm钢筋连接，喷混凝土厚度10cm～15cm，钢支撑与围岩面间的空隙(空腔)必须充填密实。侧墙设置排水孔，间距2m，孔深2m。隧洞底板铺设20cm～30cm厚的碎石垫层。洞底板侧面设置排水沟和集水坑，分级集中设泵将地下水及时排出洞外。一般Ⅴ类围岩一次支护采用系统锚杆(φ22钢筋)，间排距2m×2m，锚杆长2m，外露15cm，梅花型布置，挂钢筋网(φ6cm钢筋)，网距15cm×15cm，喷混凝土厚度15cm。

3.3 按新奥法施工控制光面爆破

随围岩变化情况，适时调整爆破参数。特别是对Ⅳ、Ⅴ类围岩的开挖要尽量减少对围岩的扰动与破坏，最大限度地控制超挖或欠挖现象，预防塌方的发生，依据规范和设计，及时采取支护措施，确保支护质量，保证施工安全。

3.4 重点抓好一次支护工作

一次支护由锚杆、钢筋网、钢拱架(钢格栅)、喷混凝土等四部分组成，是永久性的主要受力结构组成部分。一次支护的力学原理是以支护体与围岩共同受力为基础，主要作用在于主动加固围岩，限制围岩变形，发挥围岩的自承能力。其质量不仅要保证支护体施工满足设计数量、强度及规格尺寸的要求，还要严格关注支护体的及时性、密贴性、粘结性等特性要求。一次支护必须紧贴岩面，严禁与岩面间有空洞或间隙存在。为此采取以下主要措施：

(1)围岩开挖后及时进行锚喷支护，最大限度保护和利用围岩强度和自承能力。对容易吸湿潮解、松动变形破碎风化岩石采取分次喷混凝土，即在锚固之前先素喷3cm～5cm薄层混凝土，以快封闭形成保护壳层，待锚固、挂网、架立钢支撑后再次喷混凝土封闭。其作用不仅在于对围岩封闭的及时性，还对支护体与围岩的密贴性、粘结性都有很大的好处；

(2)根据围岩变化情况，严格控制钢支撑的使用数量和纵向安装间距。钢支撑架立的数量和纵向间距对掘进循环进尺和材料费用有直接影响，应严格按照设计要求和围岩变化情况，控制使用和调整纵向间距。尽量采用喷锚网支护，减少对钢支撑的使用。对于断层破碎带，软弱松散围岩，间距为0.5m～1m，钢支撑间采用φ22钢筋，间距40cm，焊接连为整体。钢支撑与围岩的间隙用混凝土填实或喷混凝土填充密实。若钢支撑安装后顶拱塌方空腔高度大于3m的，要求对空腔用混凝土回填2m，塌方空腔高度小于3m的，要用混凝土全部填满，回填后可不再预留回填管；

(3)加强隧洞断面的变形监测工作，发现有变形，如一次支护锚喷开裂，钢格栅下沉等，及时采取补强措施，避免隧洞断面变形恶化；

(4)在隧洞开挖中常遇到地下水涌出，有地下水要及时排除，要完善抽排水设施，建立防、截、堵、排、抽相结合的综合措施，及时将地下水排出洞外。在地下水丰富段开挖支护时，边墙、顶拱都要打排水孔，减少地下水对一次支护的压力。排水孔间排距1.5m，深2m～3m，梅花型布置。隧洞底板侧面挖排水沟、集水坑，分级抽排出洞口；

(5)坚持安全第一，预防为主，综合治理的方针，切实加强安全工作。不良地质条件下长输水隧洞开挖与支护不安全因素很多，要始终坚持安全第一，预防为主的方针，杜绝不安全事故的发生。

4 结语

(1)工程设计前的地质勘察工作非常重要，只有把地质情况基本搞清，设计比较准确，才能更好地指导施工，提高按图施工的效果；

(2)不良地质段，采取短循环、弱爆破、早封闭、强支护稳步掘进的方法，能够有效减少或预防塌方的发生；

(3)加强隧洞开挖断面的变形观测，及时发现问题，采取补救补强措施，消除隐患，预防隧洞断面连续变形，造成事故发生；

(4)隧洞开挖和支护的施工技术和技术规范为预防隧洞塌方提供了可靠的方法，只要严格认真按规范及设计技术要求施工，采取综合措施，杜绝违规作业，一般塌方就可以得到有效的预防。