复杂地质条件下隧洞穿越洮河施工技术的应用论文_侯志军

复杂地质条件下隧洞穿越洮河施工技术的应用论文_侯志军

中国水利水电第六工程局有限公司三分局 辽宁丹东 118000

摘要:洮河流域下游低山峡谷,两岸梁峁海拔1920~1930m左右,河底海拔1720m左右,相对高差200m左右,两岸坡度40°~60°,地势陡峭。河道宽度约200m,河水深度 0m~10m,淤泥覆盖层厚度 5m~90m不等,穿洮段隧洞埋深 127m ~220m。隧洞围岩主要为强~弱风化加里东期石英闪长岩,表层岩体风化卸荷较严重,围岩类别以Ⅳ类为主;岩体较破碎,隧洞埋深较浅,为了保证安全顺利的穿过,采用地质物探结合超前钻探、短进尺弱爆破开挖、超前探孔、超前灌浆、超前支护及锚网喷+钢拱架联合支护的掘支方法,较好地防治了开挖过程中易发生大规模塌方及突水的安全隐患,为以后类似的工程提供了一些经验。

关键词:隧洞 穿洮 灌浆 钻探与物探 超前支护

一、概述

兰州市水源地建设工程第1标段,工程范围包括取水口工程和输水隧洞工程:其中输水隧洞桩号为T0+000.000~T5+850.012,全长5850.012m,衬砌后直径为4.6m的圆形断面。

本工程利用1#施工支洞、2#竖井、3#竖井和4#竖井进入输水主洞。其中3#竖井与主洞交点桩号T3+336.297,深度为341m,4#竖井与主洞交点桩号T4+965.573,深度为361m,均为圆形断面,直径为5.5m。

穿洮河段位于3#施工竖井与4#施工竖井之间,桩号为T4+310~T4+510,全长200m;根据地质勘查资料显示,洮河河床距主洞的最近点距离(含淤泥覆盖层)约为30m。

二、工程水文、地质情况

穿洮河洞段,河道宽度约200m,河水深度 0m~10m,覆盖层厚度 5m~90m不等,从钻孔及物探资料揭示河床从左岸到右岸基岩面逐渐下降。河床两岸节理发育,主要发育两组节理①110°~140°∠62°~77°,起伏粗糙,间距约 1m左右,延伸大于 10m,轻微张开,张开度0mm~5mm,局部岩屑或石英充填、潮湿;②235°∠42°~63°起伏粗糙,间距1m~2m,延伸大于 10m,轻微张开,张开度2mm~5mm,泥膜或碎屑充填、潮湿。表层岩体风化卸荷较严重,岩体较破碎,隧洞埋深较浅,围岩类别以Ⅳ类为主,开挖过程中易发生大规模的塌方及突水。

三、穿洮河时间选择

根据刘家峡水库历史水文记载,洮河水位在6月底最低,7月下旬刘家峡水库泄流量为700~1000m³/s,洮河水位根据上游降雨量情况上涨1~2m,8~11月份水位基本与7月底持平,12月~翌年3月蓄水。由于黄河流域降雨量较大,刘家峡水库泄流量较小,施工期间选择在7月下旬进行,根据现场以往勘测,此时,洮河最大水深约为2.5m左右。

四、施工方案简述

根据水文、地质勘察资料显示输水主洞穿洮河段隧洞轴线与洮河底部高程之间的地质条件较差,且地下水丰富,开挖后围岩自身稳定性差,施工安全问题非常突出;因此,不良地质条件下的安全施工措施是本工程施工过程中的重点及难点,必须高度重视围岩稳定性、断层破碎带的开挖与支护、突发地下水等特殊情况,确保施工安全。

4.1施工方案的选用

在进入穿洮河段施工后,地质人员首先利用探地雷达和矿用瞬变电磁仪进行超前地质预报工作,用以探明掌子面前方异常区域,同时结合地勘资料进行初步的判定:

(1)若判断前方区域裂隙不发育且地下水不丰富时,则按照施工图纸和技术方案进行常规开挖、锚网喷支护施工。

(2)若判断前方区域地质不良且地下水丰富时,则严格按照施工预案进入下一步超前钻探,发现涌水异常,立即采取灌浆等防水措施,“堵排”结合,以“超前灌浆堵水、固结为主,排水为辅”的原则控制涌水。

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4.2不良地质段施工预案

穿洮段隧洞爆破遵循“短进尺、弱爆破”原则,采用控制爆破,非电毫秒雷管微差起爆网络,开挖边线按光面爆破设计,控制最大一响起爆药量,尽可能减小爆破施工对围岩的扰动。爆破后结合前期勘察成果及施工揭露的最新地质信息,按照施工预案有针对性的及时进行有效地支护及排水措施。

1.地质预报

隧洞的地质条件均较复杂,隧洞施工地质预报工作尤为重要,为了更好地完成穿洮河施工,采用SIR-3000探地雷达和YCS-2000A矿用瞬变电磁仪,预报有效范围分别为20m和80m,采用两种相结合的方法对穿洮段掌子面进行地质预报,在穿洮河施工中,共进行了四次地质预报。

2.超前探水

穿洮河段长200m,采用ZDY-2300l矿用履带式钻车提前50m进行钻探,共进行四次超前探孔,每循环有效钻探60m,超前探孔呈扇形布置,共布置8个探孔,其中中心孔沿主洞轴线方向垂直向前方勘探,其余七个分别沿主洞周围边线呈扇形均匀布置;探孔的顺序为先中间,后周边。

为防止在钻进的过程出现突发涌水的情况,先用Ф130钻头钻3m深孔,孔口管采用3.5m长108钢管,外露50cm,待加固完成后采用Ф75钻头从孔口管中进行探孔钻设;钻探若无异常,允许掘进长度22m,留取8m安全岩柱,探水钻孔无出水涌出时,在钻孔施工到位后用水泥砂浆封孔,封孔长度视现场情况而定。封孔后,孔口管用实心法兰片加垫片密封。

3.超前灌浆

在探明前方掌子面的出水情况后,为加快施工,直接利用超前探孔做灌浆孔进行灌浆。灌浆采用全孔一次注浆,注浆时,注浆材料采用水灰比为1:0.7~0.9水泥浆液,采用水泥-水玻璃双浆液为1:0.5注浆孔封堵,水玻璃模数为3,玻美度为35,灌浆压力控制在0.5~1.0Mpa;超前灌浆钻孔及注浆顺序为先内圈后外圈,先无水孔后有水孔,在同一钻圈间隔施工,每循环灌浆结束后,开挖时预留8m(根据实际揭露岩性可调整)作为下阶段注浆止浆段。

4.超前锚杆

当掌子面围岩节理较发育且相互切割时,采用超前锚杆的方法进行超前支护;超前锚杆为 M25水泥砂浆锚杆,直径为25,长 4.5m,在顶拱120º范围内沿隧洞周边以10 ~ 15º外插角钻入围岩,外端架设在钢拱架上并固定;超前锚杆布置不小于1.0m的搭接长度。

5.超前小导管

当围岩破碎或经过断层破碎带时,采用超前小导管的方法进行支护;超前小导管采用外径D40、壁厚3.5的热扎无缝钢管加工制成,长4m,钢管前端加工成锥形,尾部焊接Ф10钢筋加劲箍,管壁四周钻4排压浆孔,施工时钢管沿隧洞周边以10º~15º外插角打入围岩;超前小导管预灌浆采用纯水泥浆液,水灰比为1:0.5~1,灌浆压力为0.5~1.0Mpa;超前小导管布置不小于1m的搭接长度。

6.超前管棚

当穿越松散带、软弱层、涌水较大时采用超前管棚支护,管棚支护结构由钢管及钢架组成,在掌子面上,钢管穿过工字钢腹板为支点,按设计的间距和角度打设一定深度的钢管,使钢管和钢架一起组成超前支护结构。预灌浆与管棚预支护相结合的技术,是进行松散带、软弱层、涌水较大时等不良地质段的施工的重要手段。管棚采用DN50无缝钢管,长度为6.0m,管身前端5.0m范围布置6~8mm泄浆孔,孔间距200~300mm。管棚布置范围为拱部120°范围内,环向间距为350mm。注浆设备选2TGZ-60/210型双液调速高压注浆泵,采用水泥~水玻璃双浆液,灌浆压力控制在0.5~1.0Mpa。

7.局部塌方段处理

(1)塌方处理流程:①待围岩稳定后对塌方区域素喷5cm厚C25混凝土→②支立I14工字钢→③打锁脚锚杆加固拱架→ ④紧贴开挖面挂15cm×15cm直径6mm钢筋网片→ ⑤用D80钢管或直径25钢筋将网片固定→ ⑥复喷5cm厚C25混凝土→ ⑦沿钢拱架外弧线再铺设一层15cm×15cm直径6mm的钢筋网片→⑧再次喷射混凝土形成封闭“壳”状结构,以满足后期回填混凝土要求;

(2)D80钢管或直径25钢筋应与钢筋网片和拱架焊接牢固;每榀钢拱架之间由1.2m长连接筋连接、8根锁脚锚杆固定;

(3)自塌方区域前一米处开始支立钢拱架,间距为1.0m;在第二榀钢拱架周边施做间距50cm,直径25,长度4.5m的超前锚杆,先对此处进行喷射混凝土封闭。

论文作者:侯志军

论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期

论文发表时间:2019/3/28

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