地下水富集条件下特Ⅴ类围岩洞室开挖支护技术探讨_韩龙俊.pdf

2023年第1期新 疆 有 色 金 属地下水富集条件下特V类围岩洞室开挖支护技术探讨韩龙俊李咏丹周旺之（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南长沙 410004）摘要：以平江抽水蓄能电站为例，介绍了平江抽水蓄能电站2#施工支洞在地下水富集情况下特类围岩（全风化花岗岩）洞室开挖与支护施工措施与方法。通过灌浆、洞内超前大管棚、超前小导管、超深排水孔、超前地质预报等措施，解决了因地下水软化围岩造成洞室塌方的问题。通过调整支护参数以及施工工序的优化，2#施工支洞特类围岩洞室开挖得到有序进行，顺利通过该段不良地质围岩条件施工。关键词：2#施工支洞；特类围岩；地下水；管棚施工；超前支护；坍塌1 工程概况平江抽水蓄能电站位于湖南省平江县境内，工程的开发任务主要是担负湖南电力系统的调峰、填谷，兼有调频、调相、紧急事故备用等任务。2#施工支洞布置在中平洞，是上下库区的交通运输通道，主要承担引水洞中平洞和上斜井的洞挖料运输，同时也承担中平洞及下斜井上部钢管的施工运输。2#施工支洞终点与2#引水隧洞相接，洞室总长2073.508m，平均纵坡6.00%，最大纵坡9%，洞口高程530.00m，终点底板高程为654.429m。2 工程地质条件2#施工支洞布置于输水发电系统以西，洞口高程 530m。进口处于小型山脊部位，地形坡度 29左右，表部残坡积覆盖层厚度2m左右，下伏基岩以燕山早期花岗岩为主，但岩体风化、蚀变深，强蚀变全强风化岩体下限埋深40m左右。进洞及进口边坡工程地质条件差。洞身段除进口段外，洞室围岩以弱风化新鲜花岗岩、花岗片麻岩为主，局部为花岗伟晶岩脉和石英脉，围岩整体较完整，但有F9和中倾角F25断层通过，洞室围岩以类为主，局部类，洞室整体成洞条件较好，初步估计类围岩约占整个洞室的90%左右。进口段处于全、强风化岩体内，围岩岩体工程地质类别以类为主，成洞地质条件差。3 施工方案3.1 洞室开挖开挖分为上中下三个台阶开挖并预留核心土，上台阶高度 3m，中台阶高度 4.25m，下台阶高度2.00m。开挖程序及分层见图1所示。图1 V类围岩开挖程序图3.2 洞室支护2#支洞洞口采用超前大管棚，洞内超前小导管的超前支护方式，洞室类围岩支护采用喷射混凝土和衬砌混凝土进行支护。4 存在问题（1）2#支洞掘进至35.8m桩号后为全风化花岗岩组成的类围岩。洞内地下水丰富，排水管内线状流水普遍，局部见小规模涌水，围岩强度低且极不稳定，渗透系数小，遇水易泥化，呈流沙状随水流带出，掌子面难以自稳。在K0+035.8mK0+039.8m桩号段掘进过程中掌子面发生三次坍塌，K0+037.8桩号部位洞室顶拱坍塌同时在洞室上部形成空腔，坍塌部位造成拱架变形，土体扰动后物理力学性质进一步恶化，形成安全隐患，致使洞室掘进停滞。DOI:10.16206/ki.65-1136/tg.2023.01.019522023年第1期新 疆 有 色 金 属（2）原设计系统砂浆锚杆在造孔过程中，因围岩条件差，地下水丰富，锚杆孔施工过程中极易造成塌孔活淤塞，锚杆孔成孔困难。砂浆锚杆安装完成后注浆效果不理想，锚杆施工质量无法达到要求。（3）K0+002.0mK0+039.8m 洞室初期支护完成后，洞内沉降收敛数据较大。最大沉降数据为10cm，存在较大安全风险。5 解决措施5.1 灌浆措施5.1.1 洞内灌浆针对洞内开挖过程中掌子面塌方形成的空腔，采用灌浆方式处理。（1）采用10cm厚C25喷射混凝土及时封闭掌子面。（2）洞内空腔内预埋直径48灌浆钢管，具体布置情况、灌浆钢管长度和数量根据现场空腔实际情况定。空腔内必须埋设灌浆管及排气管。（3）空腔采用1:2水泥净浆灌注回填。5.1.2 洞顶灌浆对K0+37.8桩号部位洞室顶拱坍塌形成的空腔，通过空腔顶部地表钻孔进行孔内成像观测，探明2#施工支洞洞顶空腔宽度约3m，高度约2m，空腔底部形成松散堆积体。空腔采取灌浆方式处理回填并形成隔断地下水效果。5.2 增设洞内大管棚洞口进洞段 30m 开挖过程中，已施工洞口 30m管棚支护效果明显，K0+30m后围岩条件变差，结合前30m管棚效果，自支0+35.7桩号开始，洞内掘进施工采用顶拱和侧墙全断面布设超前大管棚方式。5.3 加强洞内洞外排水（1）洞脸边坡及沿洞轴线方向100m洞段左、右侧各30m宽范围内的裸露区域全部覆盖防雨布，防止地表水下渗加大地下水含量。（2）掌子面区域增设纵向（洞轴线方向）超前排水孔，已开挖成型洞段增设横向（垂直洞轴线方向）随机排水孔。排水孔孔深 15m 至 20m 左右，孔径90mm;孔内填塞DN80mm塑料盲沟（包裹土工布）。（3）对于出水量较大的排水孔，以接长PVC塑料排水管的方式直接引至洞外，防止水流持续冲刷掌子面。洞内积水及时引排至洞外，避免长期浸泡。5.4 调整支护参数及施工工序5.4.1 支护参数调整（1）针对2#施工支洞围岩成孔困难，系统锚杆施工难的问题，采用直径42注浆小导管替代普通砂浆锚杆，小导管的长度、数量、间排距等参数与原普通砂浆锚杆一致，其余参数不变。（2）顶拱超前小导管参数由 a4240cm，排距2.0m，L=4.5m调整为a4240cm，排距1.5m，L=6m。（3）洞内仰拱开挖后，基础受地下水浸泡软化承载力不满足要求，为防止洞室整体沉降加大，根据现场揭露的地质条件，视情况采取“块石+级配碎石”的技术措施对基底进行换填加固。5.4.2 施工工序调整（1）施工过程中掌子面开挖完成后及时初喷进行封闭，防止水流持续冲刷掌子面，造成掌子面二次垮塌。（2）上台阶开挖过程中，采取短进尺的方式施工，将开挖进尺由原方案每循环 1m 调整为每循环50cm。5.5 超前地质预报、安全监测（1）在洞室开挖过程中，每30m采用地质雷达法对掌子面进行地质预报，通过地质预报提前了解洞内围岩情况以及地下水富集情况，及时做好策划。（2）施工期间每天对洞内进行 2 次沉降变形观测，及时反映沉降数据，确保施工期间安全得到保证。6 结论（1）通过采取洞内、洞顶地表灌浆的方式加固了松散体围岩，填充了洞内空腔。（2）采用洞外覆盖，洞内超深排水孔的泄水处理措施，掌子面排水孔水量显著减少。（3）洞内大管棚及地表灌浆施工完成后，2021-9-20日恢复洞室开挖，通过超前地质预报，调整支护参数，加强引排水等措施，2022-2-21日有序完成全部134.441m类开挖施工。施工期间未出现再次因地质因素造成工程停滞的情况，沉降收敛测数据正常。证明了该类方法在全风化花岗岩地下水丰富的围岩施工条件下是有效的。参考文献：1杨金平，杨丁.V类围岩隧洞开挖超前支护施工技术J.黑龙江科技信息，2012（11）:253-254.2曹均念，林杰.隆百高速公路隧道V级围岩开挖施工方法探讨J.黑龙江科技信息，2008（34）:338.收稿：2022-04-1853