吉合库河隧洞施工重难点分析及对策探讨

代李辉

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司第二公司，甘肃 兰州 730046）

1 施工项目条件

1.1 施工支洞工程地质条件

洞身围岩岩性较坚硬，岩体完整性系数0.55～0.6，岩层走向与洞线交角33°，岩层倾角68°。属Ⅲ类围岩，围岩局部稳定性差，而毛洞能拱顶局部坍落变形并在短时间内具有稳定性，需进行喷混凝土或喷锚支护措施，拱顶系统锚杆[1]。

1.2 施工供水条件

各施工点均离周边村庄较近，部分施工点靠近博拉河或常流水沟道。博拉河的河漫滩及Ⅰ级阶地下部砂砾卵石层中地下水储存丰富同时该河水径流量大，通过对河水及第四孔隙进行潜水取样分析，符合砼拌制和养护使用要求，也可作为生活用水使用，各砼骨料场均位于博拉河河边，冲洗水源充足、方便，各主要建筑物区均可就近采用。施工用水及生活用水由承包人自行解决。

1.3 施工弃渣场地

本工程的弃渣场地布置：弃渣场地位置在隧洞进、出口及各施工支洞进口周围的草地、耕地或荒地当中。具体位置由发包人现场指定。其中2#隧洞进口处弃渣场地位于隧洞进口西南方向（1#隧洞出口处）的草地中，运距约为2km；2#隧洞出口、3#洞进口以及陡坡暗渠处弃渣场地位于隧洞出口正北方向的荒地中，运距约为3km；1#施工支洞弃渣场地位于支洞进口近处的耕地中；2#施工支洞弃渣场地位于支洞进口东南方向的耕地中，运距约为1.3km；3#施工支洞弃渣场地位于支洞进口东北方向的草地中（现状为一弃渣场），运距约为4km；4#施工支洞弃渣场地位于支洞进口近处的草地中（现状种有林木）；3#洞出口处弃渣场地位于隧洞出口西北方向的荒地中，运距约为2km。

2 工程的重点和难点分析

2.1 施工战线长，工作面多

本工程主要是隧洞，且长度在16 km 以上，施工战线长，工作面多，断面小，本标段单面掘进超过1km，同时工作面大于2km 的有两个。因此各隧洞的掘进支护与砼二次衬砌如何进行合理安排是该工程保证计划工期完成的重点内容。

2.2 隧洞洞口基岩弱风化

施工支洞进出口段，表层为坡积碎石土，洞口位于基岩弱风化岩体中，必须慎重对待隧洞洞口支护加固。如何保证隧洞洞口正常施工是本工程的重点。

2.3 隧洞的洞身围岩岩性软弱、裂隙发育

2#隧洞洞身中存在有裂隙发育及岩体软弱破碎等状况，施工中需采用管棚支护进行超前防水处理和加强支护，增加了施工循环时间，影响施工进度。如何安排好施工工序的衔接，不延误工期也是本工程的重点。

2.4 支洞进口各沟道可能因暴雨或大雨形成洪水

本工程各隧洞支洞进口，各沟道因暴雨或大雨容易形成洪水，如何解决沟道防洪和隧洞支洞的正常施工不受洪水的威胁是本工程的重点。

2.5 惠民工程质量要求高

该工程位于甘南藏族自治州，是甘肃省引洮（博）济合供水的重要惠民工程，对于工程质量的要求非常高，因此，如何确保本工程的施工安全和施工质量，是本工程的重点。

3 解决方案

3.1 针对隧洞战线长及断面小的特点，拟采取的相关措施

针对1、2#施工支洞上下游侧开挖进尺均超过1 km；隧洞进口侧开挖也超过1 km；施工支洞和主洞内采用无轨出碴方式，每个工作面配置1 台LW-120（长×宽×高=7.95×1.93×2.22m）扒渣机和8 台0.75m3小型自卸汽车（长×宽×高=1.70×0.98×1.25m）。确保施工隧洞出渣设备满足施工要求。支洞开挖完成、支护完毕后，进行主洞开挖及支护、完成掘进支护后，进行衬砌及回填灌浆施工。

3.2 针对隧洞进口处加强段施工问题，拟采取的相关措施

（1）在洞口施工区内设置明显的安全警示牌和安全防护栏，对附近公路设置减速和限速装置，并安排专职交通疏导员进行不间断管理[2]。

（2）在做好洞口防洪导流和洞帘开挖后，首先进行部分明洞施工，然后进行隧洞施工。

（3）在进行洞口掘进施工时，导管管材使用直径42 mm 钢管，长度为5.0 m，方向设置为轴线方向，上仰倾角设计为7.5°，洞顶圆弧段导管42 mm，采用上打钻灌浆孔的方式，即施工原则遵守“新奥法”，管棚超前支护，短进尺，弱爆破掘进，钢拱架支撑，挂网、喷砼联合支护方式进行一次强支护，采用先掘进支护后进行洞身砼二次衬砌，只有在岩石不稳定的情况下采用边开挖边衬砌的施工方法[3]。

具体施工工艺为进洞之前先施作一段6m 长的护拱段，护拱采用I ＝12 工字钢加工而成，因护拱外侧不封闭，喷混凝土之前在拱架外侧采用沙袋压顶后再喷射混凝土。在护拱施工作完成后，沿护拱拱部120 度范围施作随机锚杆（L ＝3.0m），并将随机锚杆与拱架焊接。在护拱施工作完成后，即开始洞身施工，施工开挖爆破方式使用弱爆破法，依据围岩类型设计开挖每循环进尺，ⅣⅤ类围和Ⅲ类围岩进尺分别为0.5～1.0m和1～1.5m。开挖后立即进行喷锚支护，围岩不稳定立即安装工字钢拱架，工字钢拱架间距根据岩石稳定情况设计为50—100cm 范围内[4]。同时将直径22 mm 锁脚锚杆设置在沿钢支撑环向，并用直径22 mm 连接筋设置在纵向，对钢支撑的整体稳定性起到保障作用，间距为1m。喷射砼作业在安装完钢支撑后进行，作业时应全部覆盖钢支撑，保证两者共同受力。喷射砼时为避免墙底部被回弹涂料虚掩，造成墙底部不密实、墙角失稳以及强度不够等问题，应采取分层从侧墙底部处向上喷射，且每层厚度在5～6cm 之间。钢拱架在安装过程中，应在拱架下部垫15cm 厚的砼预制块，确保钢拱架整体受力、不变形。隧洞完成初期支护后，在围岩不稳定的情况下，及时衬砌砼，确保隧洞施工安全。施工支洞洞口加强段30m 和与主洞交接点的30m 采用喷锚+拱架+管棚支护形式进行一次支护，及时衬砌C25 砼，保证洞口稳定。

3.3 2#隧洞洞身中存在有裂隙发育及岩体软弱破碎等状况，施工中需采用管棚支护进行超前防水处理和加强支护，增加了施工循环时间，影响施工进度。如何安排好施工工序的衔接，拟采取的相关措施

对于隧洞洞室易发生变形、坍塌和涌水现象，隧洞排水系统根据渗水情况而定，出水量较大的地方采用布设集水井（净直径50cm，深1m，C20 砼浇筑），架设直径75mm 钢管将水排出洞外，同时可将风管接于三通排水来排除涌水险情，出口段尽量采用自流排水方式[6]。

（1）渗漏水处理。当洞身在开挖过程中发生大面积渗水状况下需利用钻孔将渗水集中起来并引入排水沟；当洞身施工场地下存在大量大下水或者渗水量比较大时可利用超前固结灌浆技术进行止水[7]。

（2）承压水处理。当开挖前方有承压水亲排放过程中不影响周围围岩的稳定性，可采取超前钻孔排水方法[8]；当开挖前方有承压水同时排水过程中对周围围岩稳定造成威胁时可利用超前固结灌浆进行止水[9]。

（3）突涌水处理。突水可能发生在隧洞洞身开挖过程中破坏储水构造的隔水层，若此时围岩构造是破碎的松散体则会产生突泥。针对以上情况的主要措施为在施工前制定应对涌（突）水发生的预案。地质预报工作在施工中非常重要，可借助红外探水与超前探孔等多种手段提前感知施工前方是否发生突水与突泥等状况。同时制定注浆封堵等多种工程措施以防止突水、突泥等事件的发生[10]。当隧洞开挖施工时发生突水情况可及时利用现有的供风风管与备用水泵进行排水作业，为确保涌水险情被顺利排出，在直径108 mm 送风管安装时每间隔100m 设置一个三通，同时可保证施工人员与设备的安全，之后在根据现场突水状况来制定施工方案。

3.4 针对各洞口均在峡谷地带，受雨水、洪水影响严重，拟采取的相关措施

（1）洞口导流施工时应依据地形情况并结合施工设计图纸来实施，围堰可采用黏土心墙砂砾石围堰，其设计标准按照当地水文资料来进行设计。

（2）加强对山上雨水、洪水的观测，在施工期间备用防洪设施，保证隧洞正常施工。

3.5 针对本工程的重要性，制定相关措施确保施工过程中的施工质量和施工安全

该工程2#隧洞围岩主要类型是砂质板岩夹长石石英砂岩，这种围岩的岩性比较软弱且表层被风化破碎且岩体也较为破碎。隧洞围岩主要以ⅣⅤ类围岩为主，在开挖过程中原则上先进行开挖支护，再进行隧洞混凝土二次衬砌。随机钢拱架增设时围岩类型须为Ⅳ类。各工作面同时进行施工；若出现不良地质及断层破碎带等特殊地质情况应及时管棚法施工，进行洞身砼衬砌后方可继续进行隧洞掘进施工。各工作面配置1 套钢模台车进行施工以保证砼浇筑速度。

4 总结

吉合库河隧洞施工面临战线长、工作面多，隧洞洞口基岩弱风化、洞身围岩岩性软弱、裂隙发育，支洞进口各沟道可能因暴雨或大雨形成洪水等问题，因此针对隧洞战线长及断面小的特点，主要采取支洞开挖完成支护完毕后，进行主洞开挖及支护、完成掘进支护后，进行衬砌及回填灌浆施工措施；针对隧洞进口处加强设施问题，主要采取洞口防洪导流和洞帘开挖后，进行部分明洞施工，然后进行隧洞施工措施；针对洞身中存在有裂隙发育及岩体软弱破碎等问题，主要采取超前固结灌浆技术进行止水、制定注浆封堵等多种工程措施以防止突水、突泥等事件的发生；针对各洞口均在峡谷地带，受雨水、洪水影响严重等问题，主要采取加强对山上雨水、洪水的观测，在施工期间备用防洪设施等。