摘要：地下洞室工程施工中受围岩地质变化，施工过程中可判性不高，特别在岩溶发育地区修建地下隧洞工程，受地质、施工排水、浅埋地质结构等诸多因素的影响，施工安全问题尤为突出，进度难以控制，施工成本投入较大。通过介绍老挝Nam Ngum5水电站引水隧洞岩溶段6+574.00～桩号6+610.69（36.69m）先拱后箍法的开挖掘进，简要说明岩溶段施工开挖及支护的处理方法。
关键词：岩溶地层；老挝Nam Ngum5水电站；先拱后箍法支护
1岩溶段地层
岩溶是可溶性岩层(如石灰岩、白云质灰岩等)受具有溶解能力（含CO2）的水的长期作用而产生的。由于溶蚀的形成过程不同，地理位置、塌陷及沉降后作用的不同，岩溶个体形态、大小长短也不同。岩溶可概略分为以下几种情况。
1.1按有无地下水分
⑴.溶缝、溶槽、溶洞暗河支岔通道有季节性流水。
⑵.长年流水。
⑶.溶洞内无水,其中有充填物或干燥无充填物。
1.2按其出露在隧道洞身部位分
⑴.位于隧道顶部或顶部的一侧。
⑵.位于隧道的墙部或墙部的一侧。
⑶.位于隧道的底部或底部的一侧。。
⑷.洞身全部在溶洞或溶洞填充物内穿过。
⑸.有沿线路方向的，有与线路正交或斜交的，当隧道施工穿过可溶性岩层时，常遇见大小不等，形状各异部位不同，充填物及充填程度和含水量不等的溶缝、溶槽、溶洞及暗河通道等。
2工程概况
2.1工程基本情况
老挝Nam Ngum5水电站位于老挝Nam Ngum河上游右岸支流Nam Ting河上，电站坝址距首都万象以北300km左右，位于老挝北部山区。主坝位于万象省，厂房位于邻近的川圹省（Xiangkhuang）。电站装机容量2×60MW，由首部枢纽、引水工程和厂区枢纽三部分组成。引水工程由引水隧洞、调压室、压力管道等建筑物组成。引水隧洞全长8.7km，隧洞开挖断面为R=2.75m马蹄形断面，地质情况较为复杂，属浅埋深段，工程岩石情况为40﹪为Ⅳ、Ⅴ类围岩。在引水发电系统引水隧洞开挖过程中，该引水隧洞岩溶段6+574.00～桩号6+610.69（36.69m）位于由4#施工支洞所控制的上游工作面。
2.2地质情况
6+574.00～桩号6+610.69段为张扭性断裂F7部位，从东南角进入工程区，与引水隧洞斜交后，一直向北部延伸，区内延伸长度在20km左右，断裂产装为N20～25W，SW∠82～88，为F7断裂内的次一级断裂，为推测张扭性断裂，为白云质灰岩、灰岩地层与石英砂岩、长石石英砂岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩等地层的分界，断层影响带宽1.0～1.2Km，断裂内构造挤压严重，糜棱岩化严重，岩体较破碎。断裂内发育有溶蚀现象，溶蚀现象的发育，是由于断裂张开后，断裂两盘岩体发生崩塌，坠入断裂内，加之地表水的入渗，将地表的岩土体带入断裂内，从而使断裂内充填有土，断层两盘崩塌坠入块石，长期与水作用，产生物理化学风化，从而使崩塌坠入块石发生溶蚀现象，最终使断裂内土增加。从引水隧洞开挖揭露知，土占80%左右，此断裂的下盘，在长期构造运动的影响下，下盘后期又发生了一次滑动，滑动面产状为N25W，NE∠37，属更次一级的剪性断裂，上下两盘错动距离在20～24m，滑裂面宽5～10cm，滑裂面上可见擦痕，滑裂面内有泥质充填。由于次剪性断裂的发生，最终使F7被充填。工程地质特性极差，施工中可能会出现塌方现象，需加强支护。
据Nam Ngum5水电站地下洞室围岩分类标准，将桩号6+556.50～桩号6+574.00、桩号6+610.69～桩号6+657.99两段划分为Ⅳ类围岩，围岩自稳时间很短，拱顶常有坍落，边墙也有失稳现象，时间效应明显，可能产生较大的变形破坏，软岩流变显著，可产生较大的塑性变形，且遇水容易分化。将桩号6+574.00～桩号6+610.69段划分为Ⅴ类围岩，围堰难于自稳，边墙、拱顶极易坍落变形，经常是变挖边塌，变形破坏严重。
2.3岩溶的探测
岩溶隧道施工超前地质预报是施工很重要一个环节，采用物探和钻探；本着“地表和洞内相结合、构造探测和水探测相结合、长中短期分阶段预报相结合”的“三结合”原则做到有疑必探、先探后掘。采用超前钻孔、红外探水、TSP203、地质雷达等方法探测。
3．方案论证
按照不良地质段施工 “预支护，短进尺，弱爆破，及时强支护，勤量测“的原则，结合岩溶段掘进中顶拱坍塌、边墙失稳、变形位移、地基沉降、排水等安全隐患的问题，从施工角度考虑，顶拱塌方与地基沉降、排水是影响掘进的问题；变形位移、边墙失稳是支护后安全的问题。
通常不良地质段施工的主要方法有大管棚方法，助拱留柱扩大法，预留核心土法等。该溶岩段属于既有地下水，又为洞身全断面为岩溶地层。
该隧洞开挖断面为R=2.75m马蹄型断面，断面面积为24.14㎡，属于中等偏小型隧洞，加之工程所处老挝北部深山区，因地质资料原因，在投标阶段未考虑到该地质情况，故没有准备大管棚的施工机具，要从国内或老挝邻国调遣，施工工期不允许，所以不能采取大管棚施工方案；
助拱留柱扩大法：该段全长36.9m，按照0.8m每循环，需要46个循环，按照开挖、混凝土助拱，再进行钢支撑支护和隧洞地基基础换填和处理，每循环3.5天，总计需要161天，从总工期进度方面考虑，这种方法也不能满足实际施工需要。
预留核心土法：经与设计、监理沟通，将该段由马蹄型断面变更为城门洞，在后期混凝土将衬砌方式由钢筋混凝土变更为钢筋混凝土钢衬。开挖过程中，采用预留核心土法施工，两侧开挖80cm宽度，每次进尺0.8m，边墙进尺2次循环，将上一次的核心土挖除。
附图1
3.1施工工艺论证
方案一：开挖至设计高程后，在岩溶段软基处铺垫80cm~1m的石渣，60cm间距拱架支护、设¢25连接筋，设¢28，L=3m锁脚锚杆和超前锚杆，喷锚支护每榀跟进。其方案进展速度较快，进展安全系数较大；不利因素就是后期基础清理安全风险大、施工排水问题多。
方案二：计划采取地步仰拱施工，并结合测量及顶拱钢拱架支撑方式进行，但因溶岩段基础容易沉降，并出现底部塌陷，会造成整个钢支撑系统的变形，而发生大规模的坍塌事件。
方案三：采用钢拱架支护、钢筋砼加固——先拱后箍的方法进行施工，再进行下部基础的换填施工。利用预留核心土法开挖至设计高程后，80cm间距钢拱架支护，设¢25@200连接筋，设¢28，L=3m锁脚锚杆和超前锚杆及超前小导管，喷锚支护每榀跟进；每掘进两榀拱架后及时进行两侧底角护角砼浇筑，每10榀侧墙增设环向主筋¢20、分布筋¢16钢筋网，喷护15cm砼。该方案实施过程工序复杂，施工成本较高，但后期安全风险小，施工速度较快。
由于该段位于山谷中所沉积的岩土淤泥中，底板部分一侧有稀少的石英砂岩，部分夹杂着泥质粉沙岩，地下水丰富，施工安全和后期运行安全是制约整体工程的关键，因此确定方案三进行施工。
4.支护工序（见附图1）
施工工艺为：
预支护→开挖→清理两侧淤泥→铺设砼垫块→安置拱架→锁脚锚杆与超前锚杆→拱架连接→挂网喷护→二次加固→底部换填
4.1预支护
采用超前锚杆结合超前小导管，超前锚杆采用¢28L=3m钢筋@30cm，超前小导管采用¢42L=3m@30cm。
4.2开挖
开挖采用超前小导洞结合预留核心土法进行开挖。上导洞开挖断面1*1.5m，超前2m，采用XCG60-8型挖掘刮扳机开挖形成；预留核心土周边采用人工结合风镐撬挖形成，周边开挖宽度0.6~0.8m，开挖深度0.6~0.8m；开挖结束后立即喷射C20砼3~5cm进行强行封闭，钢拱架支护及拱架喷护结束后利用XCG60-8型挖掘机挖除中心部位，再进行下一个循环。
4.3清理两侧淤泥
人工挖除两侧淤泥至设计线以下30cm，保证设计断面尺寸，防止后期清底的变形和位移。
铺设砼垫块：砼垫块是预先在洞外制作好的30*30*30cmC20砼垫块，铺设前先将底部清理干净、做好施工排水、对垫块安置处利用砂浆进行找平、将垫块放在找平后的砂浆基础下，确保垫块的平整和拱架的基础稳定性。
4.4安置拱架
将提前制作好的I150工字钢拱架按照放样的尺寸安置在铺设好的砼垫块上，焊接拱架连接筋。
4.5锁脚锚杆与超前锚杆
锁脚锚杆与超前锚杆均为¢28L=3m钢筋制成。锁脚锚杆每侧8根，一侧4排，一排两根夹住拱架，与拱架焊接；超前锚杆角度按30度控制，延拱顶120度范围间距20cm布设，相邻两根锚杆一个在拱架上面，一个在拱架下面，上下夹住拱架，与拱架焊接。
4.6拱架连接
采用¢25@200钢筋连接拱架，在拱架腰部连接一根I150工字钢固定前后两榀拱架，以保证拱架的整体性。
4.7挂网喷护
待拱架安置后，挂¢6.5@200*200的钢筋网片，喷护C25砼15cm。
4.8二次加固
由于隧洞施工不是短时期内就能够完成，后期施工车辆扰动、地下水的侵泡等因素是制约后期施工安全的关键。为防止拱架的位移和变形，保证后期施工安全，要彻底解决侧墙位移和底部沉降的问题，必须解决侧墙的变形位移和底部沉降的问题，所以则需二次加固。侧墙和顶拱采取增设¢20@200*200环向钢筋与¢16@200*200分布筋，喷护C25砼15cm；拱架底角增加护角砼，护角砼的断面为a*b（50*60cm）。加固结束后增设3m @1.5*1.5的排水孔。
4.9底部换填
在溶岩段掘进钢支撑支护过程中，每三榀钢拱架完成后立即进行护脚混凝土的浇筑，每8榀钢支撑完成后，将中间地板部分用XCG60-8型挖掘机清理至比建基面底80cm，铺设土工膜（防止后期运行杨压力对混凝土的浮托），浇筑50cm混凝土，上部铺填30cm中、小石级配碎石，以便于施工设备在行走过程形成一个柔性垫层基础。
表一 施工材料表
结束语
通过采用先拱后箍法的支护形式在老挝Nam Ngum5水电站引水隧洞岩溶段的实践操作，施工后效果较好。该段全长36.9m，施工总计23天，施工期间，通过后期的外观观察和收敛仪观测，该段未发生变形或位移，在后期钢衬混凝土衬砌前一直处于安全状态。目前该工程已安全运行6年，国际和国内效果显著，在2016~2017年度创精品工程经验交流会被评为境外鲁班奖工程。
参考文献：
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论文作者:李刚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第23期
论文发表时间:2019/11/20
标签：岩溶论文; 隧洞论文; 老挝论文; 超前论文; 垫块论文; 断面论文; 后期论文; 《基层建设》2019年第23期论文;