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1、不良地质条件隧洞施工技术?62?水科学与工程技术2010年第2期./皂04!:m程施-1-ib;71不良地质条件隧洞施工技术王红峡,李留柱(1.三峡电力职业学院,湖北宜昌443000;2.葛洲坝湖北项目管理有限公司.湖北宜昌443000)摘要:土卡河水电站导流施T隧洞岩性软弱,裂隙发育,风化程度严重,稳定性差,给施T带来一定难度.根据地质条件和实际施lT情况,施lT中采取了超前支护,分步开挖,稳步推进的方法,并增加了超前小导管及锁脚小导管,锁脚锚杆等支护方式,加强测量观测工作.该T程施lT技术具有其特点和先进性,为同类T程提供了积极的借鉴.关键词:土卡河水电站;导流隧洞;超前支护;小导管;施工
2、技术中图分类号:TV52文献标识码:A文章编号:16729900(2010)02006203ThestudyonthetechniqueofunfavorablegeologicalconditiontunnelconstructionWANGHongxia,LILiuzhu(1.ThreeGorgesVocationalCollegeofElectricPower,Yichang443000,China;2.GezhoubaConstructionGroupHubeiectManagementLimitedCompany,Yichang443000,China)Abstract:Thediv
3、ersiontunnelofTukariverhydropowerplanthasbeeninastateofaweaklithologicalcharacter,adevelopedcrevasse,aseriousrateofweatheringandunstablestability,whichbringcertaindifficultytotheconstruction.Theadvancesupportingandprotecting,stepbystepexcavationandsteadyprogressareadoptedaccordingtothegeologicalcond
4、itionandtheactualconstructionsituation.Andadvancesmallductgrouting;lockfootsmallductgroutingandlockfootanchoringareusedasreinforcedsupportwithasurveyobservation.Thetechniquesusedinthetunnelconstructionhaveitsdistinctivefeaturesandthetechnicaladvancement,whichhasprovidedpositivereferenceforthesimilar
5、pmject.Keywords:Tukariverhydropowerplant;diversiontunnel;advancesupportingandprotecting;smallductgrouting;constructiontechnique在软弱的岩层中开挖隧洞,一直是地下工程的一个禁区.随着隧洞工程施工技术的发展,经过大量的水工隧洞工程实践,我国已经逐步掌握了处理各种不良地质情况的施工技术.并在施工中积累了丰富的经验.近年来我国陆续建成了一批软岩隧洞.具有代表性的有引黄人晋工程,地质条件多为湿陷性黄土,又具有较大的膨胀性,施工十分困难;引额济克工程.通过的抗压强度仅有0.1MP
6、a的半胶结状态的砂岩和泥岩组成的软岩隧洞.这些工程在施工中,经过探索,采用了短进尺,强支护,勤测量,快衬砌的施工方法,特别是有些工程在支护措施上还采用了适应变形的柔性格栅拱架,超前锚杆等新技术.这些施工方法是对软岩隧洞施工禁区的新突破.即使同为软弱地质.不同地域的工程地质特征也是各不相同的.施工处理的方法和技术侧重点不同.在水工隧洞施工中,V类围岩自身强度和自稳差异最大,所以,其支护和超前预支护的手段,形式也最多.针对某一特定的V类围岩,采用合理的预支护方式和支护时间,与隧洞施工的安全,质量,进度,效益有着密不可分的关系.因此只有针对本工程的地质特征.仔细全面地分析工程具体情况,制定适合本工程
7、的,合理的施工方案.才能确保建设目标的实现.本文结合土卡河水电站导流隧洞的施工情况,对不良地质条件下地下工程的施工情况进行了探讨.1工程概述云南李仙江土卡河水电站左岸坝肩岩体由页岩组成.岩体强风化,边坡均为反向坡,岩层以35.50o的倾角倾向岸里.左岸坡有F1断层分布,以34.的倾角倾向河床,坝基开挖后,断层面在坡角出露,对边坡稳定影响较大.洞室围岩为一V类,稳定性较差,尤以左岸导流洞出口段岩层挤压破碎严重,围岩岩体在地下水作用下呈泥夹碎块石状.围岩稳定条件差,应加强支护.洞身围岩普遍呈现软,弱,散等低强度的特点,围岩自稳能力差,成洞难度大.在400m洞身段中有近230m的围岩为遇水,遇空气易
8、软化坍塌变形的炭质页岩,给洞身的成型和施工安全及成型后的洞身稳定造成极大困难.因此从地质条件看.两岸导流洞稳定问题是本工程的主要工程地质问题之一.在土卡河导流隧洞建设时期,虽然设计中对不良地质有了一定认识,但实际施工中显示出的地质条件更为不利,因此施工中采取了与投标承诺中全断面开挖支护方式完全不同的一次上导洞和二次底板下卧方式.为保证洞身成型稳定和安全.通过设计优化将洞身底板整体抬高2m,修改后的上导洞标准段开挖断面为8mx6.5m,底板下卧预留1.3m.在最底一层开挖时开挖一段,衬砌(终砌,钢筋混凝土衬砌)一段.要求开挖超前仅一板混凝土的量.(钢摸台车6m)即开挖超前尺寸为6m.此为保证成洞
9、安全,防止塌方的一个重要举措.同时增加了超前小导管和超前小钢管,锁脚锚杆,锁脚小导管,预应力收稿日期20091218作者简介王红峡(1967一),女(汉族),吉林省吉林市人,副教授,主要从事水利水电T程地下施T技术方向研究,(|re1)13886710002.2010年第2期王红峡,聋堕坚:垦些堕鱼竺堕翌垄三垫查:树脂锚杆等加固方式,其他支护型式维持不变.2主要施工方法2.1概述根据设计要求及地质条件,工期情况,结合类似工程的施工经验和上场机械设备情况,施工中实际采用了如下方案:表1导流洞开挖施工方法挖,支护手段又是其核心问题.原设计导流隧洞按初期支护和永久衬砌综合考虑,采用初期喷锚支护,后期
10、全断面钢筋混凝土复合衬砌型式.由于隧洞围岩主要为V类.成洞条件较差,初期支护采用全洞钢支撑或格栅钢架支护以改变围岩的受力条件.后期设置钢筋混凝土衬砌.主要为满足围岩的稳定要求,同时降低了洞壁的糙率,增加隧洞的泄流能力.2.2开挖方法隧洞开挖施工方法主要由岩体质量,洞室断面的大小等因素决定,不同围岩类别,断面大小的洞室开挖方法不一样.对于围岩较好的小断面洞室,一般采用全断面开挖;对于围岩较差的中小断面的洞室采用短台阶法开挖;围岩较好的大断面洞室采用长台阶,分层分部开挖;围岩较差的大断面洞室采用超前导洞法或者预留核心土法进行开挖施工.已建工程以浅钻孔,多循环,弱爆破,强支护的原则进行开挖.控制台阶
11、深度,调整爆破参数,尽量降低扰动围岩的程度.本工程导流隧洞主要采用短台阶开挖和支护.从底板上3.3m或4.2m为部开挖断面.起拱线下3.3m或4.2m为部开挖断面,拱部为l部形成台阶,台阶长度视围岩稳定状况控制在35m之间.采用预留周边轮廓爆破,周边轮廓采用风镐开挖.开挖一次进尺按1.5m控制,周边光爆孔间距按30cm控制,采用较为安全可靠的楔型大掏槽,周边光爆方式先行形成上导洞上台阶,下台阶扩挖拉中槽预留马口.底板扩挖及马口采用人工配合风镐,二次衬砌采用开挖一仓浇筑一仓.2.3支护方法在水工建筑物的围岩类别分级中,V类围岩是稳定性最差的一类围岩,其一般形式为:断层破碎带,软弱破碎带,砂卵石层
12、,砂层等,其自稳能力和成洞条件较差或差.按围岩分级,对于I,级围岩可不做任何支护或只做平整衬砌,对于级以上围岩可采用锚喷支护衬砌,而对,V级围岩则着重研究其自身稳定性.采用加固办法,在保证自稳的前提下,再采用相应的支护型式,以保证水工隧洞的安全使用.水工隧洞工程的支护型式与围岩类别,隧洞的工况,隧洞的大小,开挖型式及支护的材料和设备有着密不可分的关系.在隧洞工程施工中.V类围岩段的进度通常是制约整个隧洞工程工期的关键.而针对不同的V类围岩采用相应合理的开而根据开挖实际揭示的地质情况看,比原预计更为不利.多处出现断层破碎带,挤压破碎带和节理,裂隙组合不利部位,且在强风化带内;开挖期间,洞内地下水
13、活动为轻微较强烈,部分洞段见滴水或渗水,并见有几十处沿破碎带,裂隙,层面的线状流水;导流洞开挖施工中发生24次主要塌方.原有支护方案已不能满足施工需要,经多方案探讨.工程实际对拱部采用超前小导管注浆预支护,格栅钢架配合系统锚杆,挂网,喷混凝土联合支护.2.3.1格栅钢架配合系统锚杆,挂网,喷混凝土联合支护2.3.1.1格栅钢架制作安装洞身采用格栅钢架,网喷混凝土和系统锚杆进行初期支护,格栅钢架的间距为50,75,lOOcm,局部炭质页岩段及围岩突变洞段加密格栅钢架.4th32mm钢格栅架为自行设计,架立筋采用qS14mm钢筋,箍筋采用thl2mm钢筋,根据开挖方式不同,先进行上导洞拱部格栅钢架
14、安装,主要施工要点是根据测放洞轴线点做好安装轴线和拱肩高程的检查,包括左右桩号的对应,避免出现洞轴线偏离和高低不等,左右扭曲等现象.在确认格栅钢架位置准确后,通过上榀格栅预留纵向联接钢筋I临时加固.并及时在拱脚部位设锁脚小导管或锁脚锚杆加固.钢筋挂网规格为4820cmx2Oem,一般在格栅钢架临时加固完成后现场进行绑扎.洞向钢筋长度一般按每茬炮的进尺确定后切割成统一长度.或在锚杆施工完成后再进行统一张挂加固.2.3.1.2锚杆制作安装系统锚杆,锁脚锚杆或小导管及随机锚杆制作安装.系统锚杆和锁脚锚杆主要作用是加固格栅钢架,采用手风钻钻孔.孔径th42mm.在格栅钢架安装就位后开始沿格栅钢架进行系
15、统锚杆的钻孔.由于地下水丰富,在采用一段时间的砂浆锚杆后采用锚固剂安装方式.系统锚杆为b25mm,L为4.5m.南于洞身开挖施工采用分部开挖的方式,为保证分层开挖施工安全.随分层开挖采用砂浆锚杆或注浆小导管对格栅钢架进行锁脚加同.2.3.1.3喷混凝土施工在格栅钢架加固完成,挂网,锁脚小导管或锁脚锚杆,超前小导管施工完成后及时进行分层喷射至设计要求厚度.喷混凝土采用干喷方式.2-3.2超前小导管支护本工艺的关键施工技术是在隧洞开挖掘进前.沿隧道周边钻孔打人带孔的小导管由上而下向小导管内注浆.浆液即由导管渗透到地层中.待浆液硬化后.即可起到管棚作用和固结作用.2.3.2.1小导管制作安装采用手风
16、钻钻孔.孔径b5Omm,孔深等于小导管长度.小导管采用手风钻配合特制工具送入孔内,再利用灌浆泵按照?64?王红峡,李留柱:不良地质条件隧洞施工技术2010年第2期设计0.20.4mm压力灌注密实并胶结岩体.小导管采用48mm4mm的无缝钢管加工而成,长3m.沿开挖轮廓线范围进行布置.钢管顶端部的管壁加工成尖锥状,按梅花型布置眼孑L,间距15一lOem,外插角1O.l5.,纵向搭接长lm,尾部与钢支撑焊接成一体,共同承受围岩压力及侧压.2.3.2.2施工方法锚杆钻孔深度不应小于杆体有效长度,且不应大于杆体有效长度30ram.安装时树脂卷采用手工缓慢推进孔底,然后将锚杆插人孔内,锚杆端部采用专用套
17、具与钻机臂连接.然后开动钻机.旋转搅拌树脂约30s,将杆底均匀推进至孔底.锚杆推至孔底后,及时在孔口将杆体楔住直到固化.在锚同段树脂固化15min后开始张拉,设计张拉力120kN.张拉段采用水泥浆充填,配合比为l:1(水泥采用P.042.5),灌浆压力为0.25MPa.为灌浆需要,设置注浆管和排气管,均采用外径为12mm,壁厚为2mm的钢管.灌浆时要绑在锚杆上,随同锚杆一起插入孔内.预应力张拉完成后48h内,向张拉段内回填注浆,在注浆前应用高压风测试注浆管和排气管,注浆从预留的注浆管进浆.待排气管回浆浓度与进浆浓度一致时.灌注30min后即可结束注浆.树脂锚杆的质量要求除以上规定外,其他标准按
18、DL/T5181-2003(水利水电地下工程喷锚支护施工技术规范的要求.2.3.3预应力锚杆支护导流隧洞在完成部落底开挖(K0+317.45K0+168.9)段后,根据实际揭示的围岩情况,洞身段落底开挖过程中变形较大,为加快洞身落底和衬砌施工进度并保障施工安全,调整支护措施,对部未开挖洞段采取了预应力锚杆加固措施.2-3.3.1预应力锚杆布置沿两侧墙在每榀格栅钢架中心起拱线以下2.5m处各布置排预应力树脂锚杆.预应力树脂锚杆规格为:b32mm,L为9m和12m.造孑L孔径+75mm,孔深8.8m和l1.8m.水平间隔布置.内锚固段长均为2m,沿洞轴线间距原则上与格栅钢架相同:预应力树脂锚杆应与
19、格栅钢架牢固连接.2.3-3.2施工方法锚杆钻孔深度不应小于杆体有效长度,且不应大于杆体有效长度30mm.安装时树脂卷采用手工缓慢推进孔底,然后将锚杆插入孑L内,锚杆端部采用专用套具与钻机臂连接.然后开动钻机,旋转搅拌树脂约30s,将杆底均匀推进至孔底.锚杆推进孑L底后,及时在孔口将杆体楔住直到固化.在锚固段树脂固化15min后开始张拉,设计张拉力120kN.张拉段采用水泥浆充填,配合比为1:l(水泥采用P.042.5),灌浆压力为0.25MPa为灌浆需要,设置注浆管和排气管,均采用外径为12mm,壁厚为2mm的钢管.灌浆时要绑在锚杆上,随同锚杆一起插入孔内.预应力张拉完成后48h内,向张拉段
20、内回填注浆.在注浆前应用高压风测试注浆管和排气管,注浆从预留的注浆管进浆.待排气管回浆浓度与进浆浓度一致时,灌注30min后即可结束注浆.树枝锚杆的质量要求除以上规定外,其他标准按DL/T5181-2003(水利水电地下工程喷锚支护施工技术规范的要求.2.4监测施工2.4.1开挖支护期安全监测在进出1:3部位洞13以上边坡适当位置各设2个监测点;洞身内每10m设1组监测点(洞身不良地质区段每25m设1组监测点),每组不少于5个监测点.在系统锚杆(拱肩部位应选最接近拱肩的格栅钢架锁脚锚杆)外露端头,用钢锯条锯出十字型,作为临时监测点.2.4.2进口段变形监测由于后期二衬混凝土完成前的进口段一次支
21、护断面出现局部变形,在0+000+109段变形部位增加测量变形监测.在变形出现后即开始监测,测点设在初期支护喷混凝土面和二衬边墙混凝土完成后的混凝土外表面,采用30m钢尺量测.初始阶段一般观测频率为l天1次.在变形情况明显和突变时段调整观测频率为1天2次.3结语在软弱的岩层中开挖隧洞.一直是地下工程的一个禁区,随着隧洞工程施工技术的发展.这些工程在施工中,采用了短进尺,强支护,勤测量,快衬砌的施工方法.特别是在支护措施上采用了适应变形的柔性格栅拱架,超前锚杆等新技术,这些施工方法对软岩隧洞施工禁区是一个新的突破.通过对土卡河隧洞工程施工,认识到不良地质隧洞施工的关键是施工支护,必须根据工程地质
22、条件.研究确定合理的支护方式,支护参数和支护强度.采用强有利的支护措施,才能确保施工安全和质量.并能保证进度.在实际施工中,支护方案要根据实际地质情况及时调整.采用适宜的支护系统.参考文献:1水利部建设与管理司编着.九五水利T程建设技术M.北京:中国水利水电出版社.2004.2北京国电水利电力T程集团公司.云南李仙江土卡河水电站可行性研究报告R.2003.3赵长海,郑沛溟.水工隧洞的锚喷支护J.水利水电技术,2000,(4).4龚光伟.浅埋岩溶地层中的水T隧洞施lTJ.水利水电技术,1995,(7).5刘彤.浅谈水_T隧洞V类围岩的支护J.四川水利发电,2006,(12).6蔡庆华.中国铁道技
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