摘要：隧洞洞口段地质条件较差，施工过程中要及时准确的判定掌子面前方工程地质、水文地质特征，并提出工程措施建议和进一步的方案，将成为钻爆法能否顺利开挖的关键。本文就不良地质条件下小洞室开挖支护的方法进行分析研究。
关键词：地质条件；开挖支护； 小洞室
一、工程简介
某输水工程隧洞全长3504m，开挖断面为城门洞型，其中Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩开挖断面分别为4.3×4.9m、4.5×5.05m、4.7×5.2m。其主要开挖断面及支护形式
Ⅲ类围岩：系统砂浆锚杆Φ22mm@1.25m，L=2.5m、喷混凝土C25厚100mm、挂网钢筋Φ8mm@200×200；
Ⅳ类围岩：系统砂浆锚杆Φ22mm@1.0m，L=2.5m、喷混凝土C25厚150mm、挂网钢筋Φ8mm@150×150、钢拱架I14@1000；
Ⅴ类围岩：系统砂浆锚杆Φ22mm@1.0m，L=2.5m、喷混凝土C25厚200mm、挂网钢筋Φ8mm@150×150、钢拱架I18b@500。
3#隧洞地下水类型主要为基岩裂隙水，地下水位埋深3~85m，高程329~350m，地下水位高程位于洞轴线以上，主要接受大气降水补给和山体的侧向补给，以向洮儿河及其支流排泄为主，依据钻孔压水试验成果，凝灰岩透水率q=0.75~6.5Lu，属弱透水岩体。
三、施工重难点分析及对策
3.1隧洞单头掘进长、施工通风是重点
隧洞单头最大掘进长2431m，如何做好通风布置，满足洞内施工人员、设备正常施工，保证施工环境，确保施工人员健康安全是本工程施工重点。
采取的对策：
（1）根据排烟量计算选用适宜的风机及优质风筒，结合机械性能、洞室特点选定布置线路，减少风量沿程损失，安排专业人员进行通风系统的管理、维护；
（2）合理选用施工设备减少有害气体排量；
（3）加强施工人员的安全教育，定期对隧洞进行空气检测，保证施工安全；
（4）根据洞顶覆盖厚度，每隔800m左右布置一个通风竖井（直径250mm），烟筒效应辅助排烟。
3.2确保围岩稳定是施工控制的对策
3#隧洞Ⅳ、Ⅴ类围岩占33%，出口段最小埋深7m，位于花岗岩全风化层中，岩石节理发育，岩石完整性属于较破碎，围岩不能自稳，变形破坏严重，且处于地下水位以下。隧洞施工中可能会出冒顶、坍塌、变形、突水突泥等风险事件。因此，确保进洞和成洞的安全是施工的重点和难点。
采取的对策：
（1）现场成立地质预测预报小组，重点对隧洞进出口洞段、不良地质洞段进行预测、预报，提出开挖支护建议措施。
（2）对于滴水～渗水段在开挖后采取“堵、排、引”的措施将施工部位的地下水排除或杜绝水源。
（3）严格按“新奥法”原则施工，最大限度的控制围岩变形。不良地质洞段的开挖采取“超前探测、预灌浆、短进尺、少扰动，早封闭、强支护、勤量测”的施工措施，确保成洞围岩稳定；对多种支护形式并存的边墙、顶拱部位采取由浅到深、由表及里的支护程序，保证施工安全和洞室成型质量。隧洞埋深较浅洞段洞身开挖前，先在洞外对该段岩体进行超前支护，来保证围岩开挖的安全性。再按照“新奥法”原则施工。
（4）加强安全监测，保证施工安全。
在洞室开挖过程中及时埋设永久的安全监测仪器和临时的围岩收敛监测点，特别是在出口Ⅴ类围岩洞段进行加密监测，根据各种监测数据进行安全分析和预报，对不稳定围岩或块体实施准确预测和适时有效锚固，在严密的安全监控下展开施工，保证施工人员、设备安全。
四、主要施工方法
1.洞身段施工
3#隧洞开挖形式为城门洞型，其Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩开挖净断面分别为4.3×4.9m、4.5×5.05m、4.7×5.2m。
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根据设计地质资料显示，3#隧洞出口段约500m隧洞底板高程以上均处于全风化带下限以上，洞室埋深7~8m，该洞段视实际揭露的围岩情况全风化段采用破碎锤破碎开挖施工，待洞室围岩整体性较好后改为全断面钻爆法。
全断面钻爆法开挖掘进采用YT-28手风钻造孔，光面爆破技术。Ⅲ类围岩单循环进尺2.5m、Ⅳ类围岩单循环进尺1.5m、Ⅴ类围岩单循环进尺1.2m，采用LWL-120电动扒渣机装渣，5t自卸车拉运出渣，施工通风采用2×55kw变频轴流风机压入式通风，施工排水采用水泵抽排至洞口废水处理系统。为确保洞内交通安全，每隔400m设置一安全避险区，同时兼顾出渣车辆会车、后期混凝土浇筑泵机停放等。
2、Ⅲ类围岩洞身施工
Ⅲ类围岩采用常规钻爆法开挖，每一循环出渣后，及时根据围岩结构面分布情况分析是否存在不稳定块体，对于存在的不稳定块体进行随机加强支护，确保施工期间安全，系统支护滞后开挖掌子面25~30m。
3、Ⅳ、Ⅴ类围岩洞身施工
Ⅳ、Ⅴ类围岩洞挖时遵循短进尺、弱爆破的原则，同时结合超前小导管支护，洞身系统支护紧随开挖掌子面。
4.支护工程
1.主要支护形式
主要包括：管棚、锚杆、喷混凝土、挂网、钢支撑、超前小导管、超前锚杆等。
（1）Ⅲ类围岩：系统砂浆锚杆Φ22mm@1.25m，L=2.5m、喷混凝土C25厚100mm、挂网钢筋Φ8mm@200×200；
（2）Ⅳ类围岩：系统砂浆锚杆Φ22mm@1.0m，L=2.5m、喷混凝土C25厚150mm、挂网钢筋Φ8mm@150×150、钢拱架I14@1000；
（3）Ⅴ类围岩：系统砂浆锚杆Φ22mm@1.0m，L=2.5m、喷混凝土C25厚200mm、挂网钢筋Φ8mm@150×150、钢拱架I18b@500。
五、不良地质段处理措施
洞挖施工过程中有可能会遭遇涌水地层和较大断裂或断裂影响带等特殊地层，制定正确的处理措施是能否顺利穿越特殊地层的关键。对待特殊地层段的施工将遵循“预测精确、措施提前、准备充足、方法到位、应对有策、治好再进”的原则。
在可能遭遇特殊地层前，请经验丰富的咨询专家到工地现场，制定针对性方案并贯彻到具体作业层。在方案实施过程中及时反馈各项数据，优化调整治理方案，以期达到综合治理的目的。
（1）涌水层施工
采用超前导孔法在掌子面范围贴近壁面或两边墙降低掘进区的地下水位，壁面孔距3m，外倾角2～3°,仰角5°，孔距底板1.5m。掘进3个循环时打一次超前排水孔，排水孔孔径为Φ42，排水孔采用手风钻钻孔。排水孔钻进过程中，如遇有断层破碎带或软弱岩体等特殊情况，及时通知监理工程师，按其指示进行处理。若钻进中排水孔遭堵塞，则按监理工程师指示重新钻孔。排水孔周边30m范围内的灌浆孔灌浆前，不得进行排水孔施工。降水后洞子掘进时处在相对疏干状态，有利于成洞的稳定。
（2）断裂或断裂影响带地层施工
断裂或断裂影响带地层一般均夹有泥石，除依照Ⅳ、Ⅴ类地层的型钢支撑防护措施外，还要采用下述措施处理：
1、堵填
对已经停止发育、跨径较小、无水的断裂或断裂影响带，可根据其与隧洞相交的位置及其充填情况，采用混凝土、浆砌片石或干砌片石预以回填封闭，或加深边墙基础，加固隧道底部。
当隧洞拱顶部有较大断裂或断裂影响带时，可视较大断裂或断裂影响带的岩石破碎程度在顶部采用锚杆加固，并加设隧洞护拱及拱顶回填的办法。
2、跨越
当较大断裂或断裂影响带范围较大较深，不宜采用堵填方法，或充填物松软不能承载隧道结构时，可采用梁、拱跨越。跨越的梁端或拱座应置于稳固可靠的岩层上，必要时浇筑混凝土进行加固。
3、检查
施工中对较大断裂或断裂影响带顶部应经常检查，及时处理危石。当较大断裂或断裂影响带较高且顶部破碎时，应先喷射混凝土加固，再在靠近较大断裂或断裂影响带顶部附近打入锚杆，并设置钢筋网支架。
4、控制爆破规模
在断裂或断裂影响带地层爆破时，多打眼，打浅眼，并控制装药量和单响药量。
论文作者:包想军
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷第17期
论文发表时间:2019/12/19
标签：围岩论文; 隧洞论文; 混凝土论文; 地层论文; 进尺论文; 地质论文; 断面论文; 《建筑实践》2019年38卷第17期论文;