探讨Ⅴ类围岩安全挂口进洞的施工措施

(中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院工程监理公司，贵阳 550081)

施工技术

探讨Ⅴ类围岩安全挂口进洞的施工措施

王学勋

(中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院工程监理公司，贵阳 550081)

如何安全进洞是洞室正常施工的前提，也是隧洞施工的关键。选择隧洞进口的原则为“围岩完整、覆盖层厚度适当、地形合理”，但有些隧洞进口是根据施工布置进行的，局部范围调整仍无法避开不利地域时，就应考虑如何安全进洞。本文介绍了四川木里河上通坝水电站导流隧洞进、出口和引水隧洞(约22km)8个支洞口的安全进洞施工，提出一些经实践证明可行的施工技术，以供同类项目参考和借鉴。

隧洞；施工；安全进洞；技术措施

1 工程概况

不同的围岩类型挂口进洞所采取的措施不同。对于边坡厚且较为稳定的Ⅲ、Ⅳ类围岩，只进行一般的锚喷即可进洞;对于边坡不稳定或者较薄的围岩还需进行预立明拱再采取常规措施方可进洞。针对软弱围岩的隧洞挂口进洞,除遵循常规的“短进尺、弱爆破、强支护”原则外，还必须采取一系列施工措施，方可保证安全进洞。本文结合四川省木里河上通坝电站引水隧洞5号施工支洞安全挂口进洞的施工实践，对在Ⅴ类围岩或者碎石土等整体性、胶结性较差的围岩中安全挂口进洞进行说明。

上通坝水电站为低闸引水式电站，额定引用流量107.7m3/s，电站装机240MW (3×80MW)。工程主要由首部枢纽、引水系统、厂区建筑物等组成。闸址位于四川省甘孜州理塘县境内，鄂湿西沟上游约270m处。引水线跨越理塘县和木里县，大部分引水线路位于木里县境内。厂址位于四川省凉山州木里县日窝沟沟口上游阶地。

导流洞布置在河谷左岸，引水隧洞布置在河谷右岸。引水隧洞进口底板高程为3124.00m，出口底板高程为3078.00m，为圆形有压隧洞。衬砌段成洞洞径6.20m，喷锚段成洞洞径6.50m，隧洞比降约为2.12‰，引用流量107.7m3/s，引水隧洞全长约21.75km。

根据总进度要求，并结合地形地质条件，各支洞布置尽量避开断层。经现场选择，洞口具备挂口条件，但洞口一般处于覆盖层之下，围岩为弱风化或强风化且卸荷严重。根据地质地形情况，设计施工布置时，引水隧洞5号施工支洞只能布置在厚且软弱的覆盖层中，若要在较好围岩中挂口进洞，必须开挖大量的覆盖层，不仅工期难以满足要求，而且不经济，因此选择在软弱的Ⅴ类碎石土中挂口进洞。

2 Ⅴ类围岩安全挂口进洞的施工措施

Ⅴ类碎石土中的隧洞挂口进洞除遵循常规的“短进尺、弱爆破、强支护”原则外，还必须采取一些特殊的施工措施以保证边坡稳定和成洞安全。一般情况下，采用明洞或者明拱，洞口段采用小导管或者大管鹏注浆预加固后再以预留核心土的方法进洞施工。施工顺序为：测量放线→边坡开挖支护→明洞(拱)施工→注浆胶结→明洞段开挖支护→洞门施工。具体施工措施主要有以下几个方面：

2.1 边坡处理

2.1.1 截水天沟的施工

施工前根据设计坡比要求，测量放线定出开挖轮廓线。测量放线应结合地形特点，保证开挖边界良好，尽量不损坏开挖范围外的地表植被。

排水沟的布置应遵循“顺、直、平”的原则，防止堵塞、断裂和开裂。一般布置在开挖线即坡顶3～5m外，应将排水沟与地表之间的过渡段处理密实且有一定的坡度，保证地表水顺利进入排水沟，在施工期尤其是雨季应定期派人检查清理。

该工程开口线外集雨面积不大，且开口线外自上而下为50～80cm的腐殖堆积物，下为1～5m的碎石土覆盖层，考虑其截水效果较差会破坏原始地表的整体性，取消截水天沟，适当扩大第一级马道上的排水沟断面，实际施工后效果良好。

2.1.2 边坡的刷坡和支护

由于碎石土基本无黏结性，锚杆支护发挥作用的效果不明显，因此主要利用天然自稳坡比的自稳特性，设计坡比为1∶1。

边坡开挖应自上而下、分层进行，由于碎石土边坡支护支架形成慢，每开挖一层，应及时进行短插筋施工以便挂网，开挖层的高度宜在2m以内。

对成型的边坡进行人工修整，确保坡面平顺，对超挖或因孤石造成的坑、洞等应喷混凝土补平。

边坡修整完成后进行设计标号的混凝土初喷，初喷厚度3～5cm。混凝土可适当加入早强剂，终凝后即可进行锚杆支护钻孔和人工编制挂网，若采取预制钢筋网片，必须保证钢筋网片的搭接长度，一般为10～20cm，同时要求点焊连接为一整体。锚杆的型式根据地质揭露情况由设计确定，必要时采取自进式锚杆进行注浆固结。

挂网和锚杆施工完成后可进行复喷，使其厚度达到设计要求。

若遇孤石或者局部岩石边坡，爆破开挖时应采取预裂爆破，人工风镐修整。

2.1.3 坡脚的加固

坡脚的加固视边坡围岩情况决定，若为岩石边坡可不加固，若为土质或碎石土边坡，可在坡脚砌筑挡墙，材质为浆砌石、埋石或者抛石混凝土，型式宜为衡重式。

2.2 明拱施工

2.2.1 预留核心土

边坡基本形成后，测量放线定出孔口轮廓位置。预留核心土，在洞口中下部先将边墙轮廓掏槽，掏槽大小以便于制安钢拱架基础为宜。

2.2.2 拱架安装

根据测量定位预立2～3榀钢拱架，必须保证拱架连接为一整体。拱架上安装完成钢筋网片后，外侧采取隔挡并以塑料薄膜等材料作为模板，进行混凝土喷护，形成一个钢拱架喷混凝土拱圈。

2.3 洞口段注浆胶结

以最里端钢拱架为支座支撑，施工小导管(特殊地质情况可采用大管棚施工)。

2.3.1 管体制作

小导管里端做成尖锥形(长度一般不小于10cm)，便于施工时插入孔中，尾部焊接盘圆φ6.5mm作为加筋箍，管壁上每间隔15cm沿圆周120°钻孔3个，两排之间梅花形布置， 钻孔直径为6～8mm，尾部保留至少100cm不钻孔，作为至浆段，同时确保尖端焊接封闭。小导管结构如下图：

小导管管体结构图

2.3.2 小导管的安装

安装前测量放点并做标记，钻孔并清孔后将小导管穿过拱架，用钻机或者锤击直接将小导管顶入，顶入钢管总长度的90%，外露长度宜为30cm左右，便于孔口阀门和管路施工，安装至预定位置后与拱架焊接组成预支护体系。

钢拱架开孔中心间距为15cm，小导管施工2排，角度分别为15°和30°，即每个角度的小导管间隔为30cm。

安装质量控制偏差为方向角不大于2°，孔口距离±5cm以内，孔深不大于10cm。

2.3.3 小导管注浆

注浆前先用高压风或者压力水清理所有管内杂物，先进行15°小导管注浆，后进行30°小导管注浆。

浆液浓度一般选择1∶1，单孔注浆压力一般为0.5～1.0MPa。出现串孔漏浆时，应及时堵塞串浆孔。一般将达到设计注浆量作为注浆结束的标准，若注浆量大且压力长时间不升高时，应加大浆液浓度或者改为砂浆注入。若注浆压力达到终压并稳定10min以上，即使注浆量未达到设计标准，但达到设计量的80%以上时，也可结束该孔注浆。若压力突然升高，应及时停机检查，排除隐患后再决定是否继续注浆。

注浆结束后，用预缩砂浆封堵孔口及周围裂隙，防止浆液倒流。

在注浆施工中，应根据地质结构具体情况，决定是否封闭掌子面以保证注浆效果和防止掌子面坍塌。

2.4 洞门施工

由于支洞为城门洞形，尺寸为4.5m×5.3m，支洞开挖时无法进行洞口衬砌施工，因此考虑在工作面注浆固结的同时进行洞门的浇筑施工，浇筑完成后的洞门作为洞口边坡的坡脚加固，可起到安全文明施工和改善施工形象面貌的作用。

2.5 洞口段开挖及支护

一般洞口段为10m左右，超过10m以后根据围岩实际揭露情况进行支护。上通坝水电站工程5号施工支洞进口段42m范围内均为Ⅴ类围岩。

由于围岩为碎石土结构，自稳性较差，开挖进尺控制在80～100cm。由于围岩裂隙发育，爆破聚气效果不理想，周边孔间距为40cm，局部调整为30cm，装药时炸药条均采取竹片绑扎不耦合装药。钢拱架间距为60～80cm，每循环开挖后及时喷混凝土封闭掌子面，然后进行钢拱架安装、钢筋网片制安和喷混凝土。

决定是否循环开挖前应考虑通过超前锚杆或者小导管注浆固结，视地质开挖揭露情况确定。

3 结 语

一般来讲，在Ⅴ类岩石土体中挂口进洞，首先应处理好边坡，保证边坡稳定，其次根据岩石自稳情况决定是否进行固结注浆和超前锚固支护，最后遵循“短进尺、弱爆破和强支护”的原则加强支护，必要时预留核心土并分台阶开挖，保证在围岩应力重新调整引起较大变形前，在开挖轮廓附近形成具有一定承载强度的拱圈。

[1]DL/T 5255—2010 水电水利工程边坡施工技术规范[S].

[2]DL/T 5099—2011水工建筑物地下工程开挖施工技术规范[S].

DiscussiononConstructionMeasuresofCategoryVSurroundingRockSafetyHangingPortHoleStepping

WANG Xue-xun

(ChinaHydropowerEngineeringConsultingGroupGuiyangSurveyandDesignInstituteProjectSupervisionCo.,Ltd.,Guiyang550081,China)

Safe hole stepping is the premise for normal construction of chamber, and it is critical for tunnel construction. Tunnel hole stepping principles should be ‘complete surrounding rock, rational thickness of coverage thickness and rational landform’. However, some tunnel ports are constructed according to construction layout. Adverse region cannot be avoided by local scope adjustment. Safe hole stepping should be considered. Safe hole stepping construction of eight branch caves, including inlet, outlet and water diversion tunnels (about 22km) in Tongba hydropower station of Sichuan Muli River, are introduced in the paper. Some construction techniques which are feasible in practice proof are proposed, thereby providing reference for similar projects.

tunnel; construction; safe hole stepping; technical measures

U455.4

A

1673-8241(2014)07-0001-03