特殊地质隧洞的施工

特殊地质隧洞的施工（精选5篇）

特殊地质隧洞的施工 篇1

一、工程概况

青海省湟水北干一期工程第十四标段项目为无压引水隧洞, 隧洞长6502.097m, 隧洞断面采用城门洞型, 隧洞成型标准断面净宽2.8m, 净高3.05m。隧洞穿过的地层有上元古界中等坚硬的灰岩夹白云岩, 角砾状灰岩等, 14#隧洞进口段位于南门峡大山北坡, 工程地质为坡洪积碎石土、岩体完整性差, 地下水活动较强烈, 喀斯特裂隙发育;断层破碎带, 地下水活动剧烈, 开挖时有大量突水及股状流水, 围岩风化作用强烈, 岩体破碎, 随时有坍塌可能。在施工中因地下水丰富, 形成泥石流, 自稳能力极差, 很难成洞, 属于特殊地质段, 施工中采用化学灌浆、超前小导管注浆、钢拱架支护、喷锚支护等一系列支护措施。

二、工程施工方案

根据14#隧洞进口工程的地质条件, 我们制定了与之相适应的施工方案。洞帘及渠道岩基承载能力差, 开挖时采用挖掘机挖甩数次倒运, 装载机运输完成。洞身段对特殊地质条件段先采用超前导管支护再分上下导洞先拱后墙人工开挖, 再采用钢拱架支护和封闭喷锚支护相结合, 一次支护紧跟掌子面, 总体上采用分段开挖、适时支护、分段衬砌的施工方案, 分段长度依据洞身围岩性质具体确定, 施工严格按照“新奥法”工艺施工, 遵循“短进尺、小扰动、强支护、及时密闭、勤观测”的原则。对围岩稳定, 自稳能力好的围岩段采用光面爆破施工, 分段开挖, 适时支护, 分段衬砌。

特殊地质段施工工艺流程:施工准备→超前地质探测→测量放线→超前小导管预注浆支护→上下导洞法分部开挖→型钢支撑、锚杆、钢筋网、喷砼支护→监测围岩变形稳定→隧洞基础换基处理→隧洞底板砼衬砌→洞身砼衬砌→转入下一循环。

三、主要工艺作业措施

㈠超前地质探测

在接近设计提供特殊地质地段时, 要加强地质预报。施工中采用在开挖工作面进行潜孔钻探 (每工作面两个钻孔) , 用于探明前方地质。及时采用即定的支护方法, 加强支护, 保证施工安全, 并进行隧洞开挖面地质素描图和隧洞地质展示图记录, 为施工提供地质材料。

㈡测量放线

控制测量采用全站仪作导线控制网。施工测量采用经纬仪、水准仪配合激光导向仪进行。测量作业由专业人员认真进行, 密切配合每一个工序施工, 每星期进行一次测量检查、复测, 确保测量控制工序质量。

㈢超前小导管预注浆支护

根据隧洞围岩地质条件及水文地质特征、断面尺寸与支护衬砌结构, 并结合隧洞开挖的实际情况, 采用钢架一钢管管棚-浅孔单过滤管注浆施工方法。对隧洞工作面顶拱进行堵水、固结注浆, 用以充填岩体的裂隙、孔隙和空洞, 保证隧洞施工能顺利通过特殊地段。选择使用水泥一水玻璃双液混合浆液, 只要配比适当, 充分混合, 其凝胶时间很短, 为1分钟左右, 并可保持相当的强度;特别是这种浆液与砂岩中的细砂骨架凝胶时, 因脱水收缩作用, 可使这类岩体不透水或造水性很小, 最适合对砂岩、含砾砂岩的堵水、固结注浆。此方法也便于对注浆效果检查, 必要时可复注补强, 技术可靠;同时料源广, 造价较廉, 无毒性, 无污染。

沿隧洞开挖轮廓线向前以3°~6°的角度, 打入管壁带小孔的孔径50mm导管, 并以一定的压力向管内注起胶结作用的浆液的施工方法 (通常注浆压力为0.5Mpa~1.0Mpa) 待浆液凝固后, 隧洞周围的岩体能得到预加固, 并形成具有一定厚度的加固圈。此加固层能起超前预支护作用。同时, 浆液填充了空隙, 阻隔了地下水向隧道渗流的通道, 也起到了堵水、隔水的作用。在其保护下, 可以安全地进行开挖作业。

㈣隧洞开挖

由于隧洞围岩为淤泥, 不具备成洞条件, 为减少机械运行过程中自重对围岩产生的扰动, 采用人工挖装, 分上、下导洞开挖, 先拱部, 后侧墙, 预留基础, 分三次进行开挖, 每次掘进进尺50cm, 成形一块支护一块, 三轮车运输。

㈤支护

根据本工程特殊地质条件, 隧洞初期支护采用了钢拱架支撑、锚杆、挂钢筋网、喷砼等联合支护方法。支护工艺流程如下:测量放样→钢拱架加工→拱架支撑→安设锁脚锚杆→挂钢筋网→初喷砼→复喷→清理回弹料进入下一工序。一是钢拱架加工、安装严格按照设计要求及规范施工, 每50cm架设一榀钢拱架, 必要时可加密。且横向锚固和纵向连接一定要稳固牢靠, 使钢架连接成为一个整体, 增强其抵抗围岩变形的能力;二是根据围岩情况设计钢筋网间距为10cm×10cm, 保证5cm~10cm的搭接, 局部地方挂双层钢筋网。三是喷射砼使用材料及配合比必须符合设计要求及施工规范, 喷射前对喷射面进行检查, 清除开挖面的附石、墙角的石渣和堆积物。根据围岩情况, 喷射前用高压风水枪冲洗受喷面。作业区应有良好的通风和照明设施。喷射作业应分段、分部、分块、由下而上进行;为保证砼喷射厚度, 起到稳固围岩的作用, 分层进行喷射, 后一层应在前一层混凝土终凝后进行。施喷前, 埋设喷层厚度检查标志, 以便控制喷层厚度。当终凝1h后再喷射时, 应先用风、水清洗喷层表面, 保证砼喷射质量。

㈥围岩变形观测

为保证隧洞安全, 在已支护断面上安设围岩变形观测桩, 利用隧洞变形观测收敛仪观测围岩变形情况, 在围岩变形达到基本稳定后进行砼衬砌。

㈦隧洞基础换基

针对本工程特殊地质, 隧洞基础采用向下挖深1m, 利用抛石砼换基, 以保证洞身基础稳定。

㈧隧洞砼衬砌

因本工程地下水丰富, 要进行砼衬砌必须先解决排水问题, 我们采用分段开挖集水井, 集中抽排的方式排水, 在底板及侧墙、顶拱部位衬砌厚度外设φ75的排水花管与边墙盲沟接通, 将围岩渗水引入集水井, 在集水井处集中抽排。

因围岩稳定性极差, 在围岩变形基本稳定后, 立即进行隧洞砼衬砌施工。砼施工原材料及配合比必须符合设计及规范要求, 模板支撑系统采用自制拼装式钢拱架支撑, 自制拼装式钢拱架支撑系统由钢拱架和钢面板组成, 钢拱架采用双排Φ48钢管弯制、焊接而成, 钢拱架间距0.75m, 由脚手架、螺栓、扣件连接为一整体结构, 钢拱架配合组合钢模板, 保证混凝土表面光洁。模板及拱架加工时, 制作允许偏差不超过施工规范要求并满足施工图纸要求的建筑结构物外形。模板和拱架安装时, 加强拱架的支撑和固定, 使其具有足够的稳定性、刚度和强度, 以保证浇筑后混凝土外观及形状尺寸符合设计要求。砼采用洞外拌和站拌制, 三轮车运输至砼泵, 泵送入仓, 插入式振捣器平仓振捣。

四、工程建设施工安全与质量控制

树立安全第一、好中求快的施工理念, 制订以安全和质量为中心的施工方案;采用“新奥法”施工, 安全与质量并保;复杂水文地质条件下的隧洞施工, 开挖后的隧洞围岩极不稳定, 为确保施工安全与施工质量, 我们严格按照“新奥法”施工, 采取了初期支护措施;制定安全控制措施。为确保整个工程的施工安全, 建立了安全管理组织机构, 制定了安全生产制度及安全救援预案, 在每个工序作业开工前都进行安全技术交底, 在抓好宣传教育的基础上, 进行定期、不定期的安全检查, 针对施工现场存在的安全隐患及时下发通知, 要求各作业班组立即整改。并要求全体施工人员必须提高安全意识, 严格遵守安全规定, 时刻保持高度警惕, 自始至终绷紧安全施工这根弦。施工现场设有专职安全员, 每个班组组长都是本班的安全员, 主抓安全制度的落实;质量控制措施。工程质量与施工安全紧密相连, 我们把质量安全纳入与人身安全同样重要地位来控制。在质量控制上严格执行“三检制”, 层层把关, 做到质量不达标准不提交验收, 上道工序未经验收不得进行下道工序的施工。为了切实贯彻“三检制”, 项目部成立了由项目负责人担任质量管理领导小组组长、项目部专门从事技术工作的技术人员组成成员, 把质量控制落到实处。

五、特殊地质条件下施工资料的收集与整理

随着隧洞施工技术的不断发展, 特别是在隧洞地质条件较复杂的情况下, 采用传统的手工素描地质编录方法, 已不能适应工作的需要。应用摄影方法代替手工素描进行隧洞施工地质编录, 是当前隧洞工程地质编录的发展方向。用这种方法可以科学、准确地记录开挖过程中揭露的地质现象, 资料易于保存, 使用方便。我们把隧洞每段的地质情况及施工的每一个工序环节利用数码相机拍照, 整理的影像资料真实的反应了隧洞地质情况及施工的隐蔽工程记录, 保证了工程资料的完整, 也为我们进一步签证索赔, 提供了有力的依据。

六、结语

合理选择特殊地质段隧洞开挖与支护方式, 提高安全质量意识, 确保工程安全, 质量达标, 稳中求快, 是特殊地质段隧洞施工的核心。利用先进科技手段收集与整理特殊地质段施工资料对工程本身和对施工企业自身利益都是致关重要的。

浅谈隧洞特殊地质的施工技术 篇2

青海省湟水北干一期工程第十四标段项目为无压引水隧洞, 隧洞长6502.097m, 隧洞断面采用城门洞型, 隧洞成型标准断面净宽2.8m, 净高3.05m。隧洞进口段工程地质为坡洪积碎石土、砂岩, 地下水丰富, 形成泥石流, 自稳能力极差, 很难成洞, 属于特殊地质段。

二、工程施工方案

14#隧洞进口洞帘及渠道开挖采用挖掘机挖甩数次倒运, 装载机运输完成。洞身段分上、中、下台阶作业, 先拱顶、后侧墙、再地板人工开挖, 采用超前导管、钢拱架、挂网、插钢板联合支护和封闭喷锚支护相结合, 一次支护紧跟掌子面, 总体上采用分段开挖、适时支护、分段衬砌的施工方案, 分段长度依据洞身围岩性质具体确定, 施工严格按照“新奥法”工艺施工, 遵循“短进尺、小扰动、强支护、及时密闭、勤观测”的原则。

施工工艺流程:施工准备→测量放线→超前小导管预注浆支护→上、中、下台阶法分层开挖→型钢支撑、锚杆、钢筋网、喷砼支护→监测围岩变形稳定→隧洞基础换基处理→隧洞底板砼衬砌→洞身砼衬砌→转入下一循环。

三、主要工艺作业措施

㈠测量放线控制测量采用全站仪作导线控制网。施工测量采用经纬仪、水准仪配合激光导向仪进行。测量作业由专业人员认真进行, 密切配合每一个工序施工, 每星期进行一次测量检查、复测, 确保测量控制工序质量。

㈡超前小导管预注浆支护在钻孔前, 先喷砼将开挖面封闭, 以防漏浆。为了保证小导管钻眼时的施工安全, 以及为了便于钻眼及控制小导管的仰角, 应在一个循环的开挖及初期支护完毕后进行钻孔。初期支护喷射砼时应注意预留出靠近岩面的那榀拱架 (该拱架根据小导管的环向布置根数及间距相应在拱架上开孔) 不要被砼覆盖;钻孔时应使用孔眼较管径大20mm以上, 并控制钻杆仰角在10°～30°范围之内, 孔钻好后, 进行吹眼, 后将小导管插入孔内, 外露20cm, 以便连接注浆管, 并用塑胶泥 (40Be水玻璃P032.5级普通硅酸盐水泥) 将小导管周围空隙封堵严实。

为了保证顺利装管, 小导管入岩端应做成锥形, 当钢管入岩困难时, 可在管端插入事先做好的简单推进工具, 然后用风钻送入。为了保证小导管注浆浆液向围岩扩散, 应在小导管管壁周围钻设花眼, 花眼间距15cm, 交错布置;为了防止漏浆, 小导管管尾1m～1.5m范围内不钻设花眼, 并应在管端做好止浆阀。

小导管注浆工艺流程图:测量放样、钢筋加工→钻孔→吹眼→装管→封堵管端→浆液配制→注浆→结束。

注浆参数选择注浆压力:0.5Mpa～1.0Mpa, 水泥浆水灰比1:1, 水泥标号P.0.32.5普通硅酸盐水泥。注浆前先冲洗管内积物后再注浆, 浆液先稀后浓, 顺序是由上而下向小导管内注浆, 注浆泵选用4.0Mpa以上。小导管注浆压力严禁超过允许值, 以防压裂工作面, 同时还要控制注入量, 若孔口压力已达到规定值, 可结束注浆, 注浆后工作面的开挖时间应在注浆结束后8h (纯水泥浆液) 。开挖长度应满足相邻两排小导管搭接长度要求。根据围岩情况确定小导管单根长3.0m, 前后两排的搭接长度为1.0m, 因而每开挖2.0m, 打一排小导管, 以保证搭接长度。

㈢隧洞开挖由于隧洞围岩为淤泥, 不具备成洞条件, 为减少机械运行过程中自重对围岩产生的扰动, 采用人工挖装, 分上、中、下台阶开挖, 先拱顶, 后侧墙, 预留基础, 分三次进行开挖, 每次掘进进尺50cm, 成形一块支护一块, 农用三轮车运输。

㈣支护根据本工程特殊地质条件, 隧洞初期支护采用了钢拱架支撑、超前导管、锚杆、挂钢筋网、喷砼等联合支护方法。支护工艺流程:测量放线、钢拱架加工→拱架支撑→安设锁脚锚杆→超前导管→挂钢筋网→初喷砼→复喷→清理回弹料进入下一工序。一是钢拱架加工、安装严格按照设计要求及规范施工, 每50cm架设一榀钢拱架, 必要时可加密。且横向锚固和纵向连接一定要稳固牢靠, 使钢架连接成为一个整体, 增强其抵抗围岩变形的能力;二是根据围岩情况设计钢筋网间距为10cm×10cm, 保证5cm～10cm的搭接, 局部地方挂双层钢筋网。三是喷射砼使用材料及配合比必须符合设计要求及施工规范, 喷射前对喷射面进行检查, 清除开挖面的附石、墙角的石渣和堆积物。根据围岩情况, 喷射前用高压风水枪冲洗受喷面。作业区应有良好的通风和照明设施。喷射作业应分段、分部、分块、由下而上进行;为保证砼喷射厚度, 起到稳固围岩的作用, 分层进行喷射, 后一层应在前一层混凝土终凝后进行。施喷前, 埋设喷层厚度检查标志, 以便控制喷层厚度。当终凝1h后再喷射时, 应先用风、水清洗喷层表面, 保证砼喷射质量。

㈤围岩变形观测为了保证隧洞安全, 在已支护断面上安设围岩变形观测桩, 利用隧洞变形观测收敛仪观测围岩变形情况, 在围岩变形达到基本稳定后进行砼衬砌。

㈥隧洞基础换基针对本工程特殊地质, 隧洞基础采用向下挖深1m, 利用碾压块石换基, 以保证洞身基础稳定。

㈦隧洞砼衬砌因工程地下水丰富, 要进行砼衬砌必须先解决排水问题, 我们采用分段开挖集水井, 集中抽排的方式排水, 在底板及侧墙、顶拱部位衬砌厚度外设φ75的排水花管与边墙盲沟接通, 将围岩渗水引入集水井, 在集水井处集中抽排。因围岩稳定性极差, 在围岩变形基本稳定后, 立即进行隧洞砼衬砌施工。砼施工原材料及配合比必须符合设计及规范要求, 模板支撑系统采用自制拼装式钢拱架支撑, 自制拼装式钢拱架支撑系统由钢拱架和钢面板组成, 钢拱架采用双排Φ48钢管弯制、焊接而成, 钢拱架间距0.75m, 由脚手架、螺栓、扣件连接为一整体结构, 钢拱架配合组合钢模板, 保证混凝土表面光洁。模板及拱架加工时, 制作允许偏差不超过施工规范要求并满足施工图纸要求的建筑结构物外形。模板和拱架安装时, 加强拱架的支撑和固定, 使其具有足够的稳定性、刚度和强度, 以保证浇筑后混凝土外观及形状尺寸符合设计要求。砼采用洞外拌和站拌制, 三轮车运输至砼泵, 泵送入仓, 插入式振捣器平仓振捣。

四、工程安全、质量控制

树立安全第一、好中求快的施工理念, 制订以安全和质量为中心的施工方案。采用“新奥法”施工, 安全与质量并保。复杂水文地质条件下的隧洞施工, 开挖后的隧洞围岩极不稳定, 为确保施工安全与施工质量, 我们严格按照“新奥法”施工, 采取了初期支护措施。制定安全控制措施。为确保整个工程施工安全, 建立了安全管理组织机构, 制定了安全生产制度及安全救援预案。在每个工序作业开工前进行安全技术交底, 在抓好宣传教育的基础上, 进行定期、不定期的组织安全检查, 针对施工现场存在的安全隐患及时下发通知, 要求各作业班组立即整改。并要求全体施工人员必须提高安全意识, 不定期的进行安全培训、学习, 严格遵守安全规定, 时刻保持高度警惕, 自始至终绷紧安全施工这根弦。施工现场设有专职安全员, 每个班组组长都是本班的安全员, 主抓安全制度的落实。质量控制措施。工程质量与施工安全紧密相连, 我们把质量安全纳入与人身安全同样重要地位来控制。

在质量控制上严格执行“三检制”, 层层把关, 做到质量不达标准不提交验收, 上道工序未经验收不得进行下道工序的施工。为了切实贯彻“三检制”, 项目部成立了由项目负责人担任质量管理领导小组组长、项目部专门从事技术工作的技术人员组成成员, 把质量控制落到实处。

五、结语

随着隧洞施工技术的不断发展, 在隧洞地质条件较复杂的情况下, 采用传统的手工素描地质编录方法, 已不能适应工作的需要。应用摄影方法代替手工素描进行隧洞施工地质编录, 是当前隧洞工程地质编录的发展方向。用这种方法可以科学、准确地记录开挖过程中揭露的地质现象, 资料易于保存, 使用方便。我们把隧洞每段的地质情况及施工的每一个工序环节利用数码相机拍照, 整理的影像资料真实的反应了隧洞地质情况及施工的隐蔽工程记录, 保证了工程资料的完整, 也为我们进一步签证索赔, 提供了有力的依据。

特殊地质隧洞的施工 篇3

1 引水隧洞的相关特点

(1)埋设深度较深、施工距离较长。一般情况下水电站的引水隧洞施工距离都是比较长的,这样才能够充分发挥水电站远距离传输的优势,整体上解决真正的问题。同时,隧洞的埋设深度都比较深,一般可以达到近2000m,这些都给施工造成了较大的困难。(2)地质活跃区域具有较高的水平地应力。很多施工区域的地质较为活跃,可能存在着多条的断裂结构。一般情况下这些区域的水平地应力比较高,并且最大主应力方向和区域构造的走向基本是相同的。(3)施工区域内常会有比较高的大地热流背景。很多引水隧洞的施工区域具有比较高的大地热流背景,这就会比较容易形成地热系统,造成引水隧洞施工区域会有温泉等流出。

2 水电站引水隧洞特殊工程地质问题

(1)高地应力以及岩爆的问题。引水隧洞的施工地应力值会随着埋设深度的增加而有所增加,并且经过实测得出,在洞深600—3000米深度范围内所具有的最大主应力从平行的岸坡转变成为近似垂直的方向,这就是指地应力从水平为主的状态转变成为了以垂直为主的应力状态。另外,很多的引水隧洞都是要平行于河谷进行布置,而且会穿越断裂区以及沟谷区域等,这就造成了这些区域的局部地应力集中的情况。再加上由于开挖洞形不规则问题造成的较高地应力,这些都会造成岩爆的问题。岩爆是较为严重的地质灾害,会严重影响到地下工程的安全性。其主要表现有:第一,施工中出现的岩爆现象都是非常突然的,并且具有持续性,所以想要对其进行预测的难度是非常大的;第二,岩爆的破坏具有连续性,此种破坏发生在断面的某一位置并且沿着隧洞的方向会保持一段的距离。但是有些较为分散零星的岩爆就会表现出非常明显的随机性,没有规律可循;第三,岩爆在断面的同一位置破坏的持续时间是比较长的,并且破坏的深度较大,具有较好的可追溯性,所以岩爆现象对于稳定期内的运行具有较严重的影响。(2)高外水压以及涌水的问题。根据岩溶水文地质研究情况得知,在引水隧洞正式出水前具有非常大的水压,所以在出水的前期具有非常大的涌水量。但是随着时间的推移以及水压的降低,涌水量会逐渐趋于平稳,不同的涌水点之间具有比较好的联系。按照已经探明的施工区域岩溶水文地质条件来看,引水隧洞的修建区域的涌水普遍具有大流量、高水头的特征,所以在引水隧洞施工过程中需要面临的非常困难的问题之一就是大涌水以及衬砌结构会承受非常高的外水压,单点瞬时的涌水量以及稳定的涌水量都可能会比探洞中的大,较大的内外水压给衬砌结构提供了非常大的挑战,一般的衬砌结构不能承受这种压力,需要采取较为特殊的措施进行处理。

3 引水隧洞地质问题的相关解决方法

(1)对于岩爆问题的解决方法。为了缓解甚至避免岩爆问题对于施工过程造成的威胁,需要对围岩的相关性能以及应力条件进行优化改善,同时要增加初期的支护措施。具体实施可以按如下方式进行:第一,要按照岩爆的不同级别采用不同的解决方法。对于较为轻微的岩爆情况,可以通过对工作面以及隧道壁面喷水的方式软化围岩,在一定程度上能够缓解岩爆的程度;对于中等强度的岩爆情况,可以暂时停止施工,施工人员要远离围岩50-150m进行避让,同时要通过远距离喷水的方式向岩爆位置的岩面喷水,在岩爆情况有一定缓解之后(最好是完全没有岩爆现象)进行找顶,将已经松裂的岩块清除掉,之后通过混凝土等材料进行相应的加固处理(主要是在岩爆区域进行钻孔—安设锚杆—挂网喷混凝土);对于较为强烈的岩爆情况,可以暂时停止施工,施工人员要远离围岩200-300m进行避让,在岩爆情况自然完成后可以采用机械设备进行找顶,将已经松裂的岩块清除掉,之后通过钢纤维混凝土等材料进行相应的加固处理。在边墙和拱部位置通过放射状倾斜形式向岩体内钻孔,之后通过向孔内注入高压水的方式一定程度上来软化岩体,促进围岩内部应力的释放,然后要进行相应的支护防护;对于非常强烈的岩爆来说,一定要通过钻孔爆破卸载的方式最大程度上释放围岩内部的应力才能有效缓解岩爆情况的产生。第二,在进行岩爆地段开挖时,要尽可能使用全断面、短进尺的方式进行,要严格控制进尺的距离,每次的进尺最好控制在2m左右。并且要不断的优化钻爆设计内容,提升光面爆破的效果,最大程度上进行洞壁应力的改善。第三,施工过程中最大程度上做好岩爆的预测预防工作,要做到第一时间预报、第一时间处理。(2)对于高外水压以及涌水问题的解决方法。引水隧洞施工期间的涌水问题以及运行期间隧洞支护结构所遇到的高外水压等问题属于工程建设的重点问题,一定要加以重视。对于这些问题的处理可以采用提前预注浆封堵+良好排水的方式,具体方式如图1、2所示。此种方式具有如下优点:第一,通过提前灌浆的方式使围岩得到加固,增强其承载以及阻水的能力是处理引水隧洞水问题的关键措施,采用灌浆的方式来封堵透水裂隙以及别的渗水。

渠道最终达到阻水的目的。灌浆加固围岩的过程中所要求的灌浆深度以及抗渗要求等要按照岩体的实际情况以及后期的运行要求来具体确定。第二,通过提前灌浆的方式能够使动水变成相对的静水。在隧道周边的一定区域(大约10-15m)进行提前灌浆以及某些区域进行二次高压固结灌浆,可以将隧洞周围某些区域的岩体变成具有良好抗渗能力的灌浆承载圈,这样能够起到良好的堵水作用,这样就能够将高压地下室严格封堵在灌浆圈的外围,通过灌浆区围岩来承受高外水压以及相应的地应力。之后要设置具有良好透水性的衬砌支护,并且对于边墙以及顶拱的深入围岩钻排水孔来增强排水的效果,缓解渗透的压力。通过对不同深度以及不同渗透能力灌浆加固方案进行分析得知,通过提前预注灌浆+有效排水的方式能够良好的降低施工过程中隧洞的涌水量,能够很好的缓解施加在衬砌结构上的高外水压。渗控方案的结果如表1所示。

4 结束语

引水隧洞是水电站工程建设中重要的组成部分,施工过程中会遇到很多特殊的地质问题,例如岩爆、高外水压以及涌水等等。这些问题严重威胁着施工过程中的安全,给施工过程造成了较大困难。相关人士要针对这些问题采取针对性的措施,确保引水隧洞的顺利安全施工,从而确保水电站的顺利建设,进而带来应有的效益。

摘要：本文以水电站作为研究对象,对其引水隧洞施工中常遇到的问题进行分析,同时提出相关的解决方法,希望能够对相关人士有所帮助。

关键词：水电站,引水隧洞,地质问题,解决方法

参考文献

[1]赵国斌,高玉生,屈志勇,等.齐热哈塔尔水电站引水隧洞特殊工程地质问题[J].资源环境与工程,2014(04):15-17.

特殊地质隧洞的施工 篇4

崔家冲隧洞是整个浏阳引水与水环境工程的一部分。该隧道在施工过程中造成了一塌陷区。该塌陷区位于近南北走向的崔家冲冲沟中, 沟谷宽100余米, 地面高程210.0~212.0m, 该冲沟向下游延伸分支为NW向冲沟和NE向冲沟, NW向冲沟宽10~60m, 沟底高程204.0~210.0m, NE向冲沟宽15~35m, 沟底高程212.0~217.0m, 两侧山顶高程250.0~280.0m, 两侧地形坡高40~80m, 地形较陡, 两侧山坡植被茂密, 第四系残坡积大面积覆盖, 仅冲沟左侧乡村公路开挖边坡及右侧山坡陡峭段见基岩出露。该塌陷区长108米左右, 施工单位多次施工未能贯通后, 经业主、监理、设计与有关专家研究后一致认为, 该隧道未能掘通的主要原因是该段由于受地层破碎带的影响, 地下水非常丰富, 如要掘通该处隧道, 最主要的还是如何处理好该处地下水。而要对地下水进行处理, 首先还是如何对地下水的流量与水压力进行合理监测。

1 工程地质状况

该段地层岩性以远古界冷家溪群第二岩组第二段变质砂岩、砂质板岩、碳质板岩为主;零星有泥盆系跳马涧组的粗粒石英砂岩出露;山脊、山谷及平缓山坡多分布了残坡积堆积;冲沟内为由粉质粘土、砂卵砾石等组成的第四系松散冲洪积堆积;局部分布了人工堆积。

F86断层基本沿近南北走向的崔家冲冲沟发育, 断层宽50~90m, 该段断层出露的地面高程一般210.00~215.00m。向北西和南东向延伸, 其中北西向延伸穿过一山脊, 南东沿冲沟延伸。

该断层上盘出露在隧洞的桩号为K42+412, 下盘出露在隧洞的桩号为K42+505~K42+507。产状:N10°~20°W, NE (SW) ∠85°~90°, 挤压强烈, 破碎带宽50~90m, 破碎带内充填的物质主要为黄褐色断层泥夹板岩、砂质板岩和炭质板岩岩屑和糜棱岩碎块等, 主要为泥质胶结, 较密实, 少部分胶结较差, 较松散, 富含地下水。与洞轴线交角63~73°。

2 水文地质概况

区内水文地质条件复杂。地下水类型主要为变质岩风化裂隙水、构造裂隙水, 其中构造裂隙水含量很丰富, 且有富集, 埋深较浅, 分布高程206~209m, 冲沟内地下水丰富。工程区地处山体沟谷中, 两侧山体高程较高, 沟谷中高程较低, 为地表地下水汇集排泄区。

F86断层接受冲沟内的地表水与两侧山体的地下水的补给, 补给源丰富, 当隧洞掘进至断层影响带时, 涌水量大。

3 监控量测方案

3.1 监测点布置

根据现场的涌水情况, 监测点主要布置于左右侧支洞与主洞内, 支洞用于监测排水孔中的水流量与水压力, 主洞则用于监测洞壁裂隙水的流量与水压力。

3.2 地下涌水渗流量观测 (容积法)

地下涌水渗流量采用容积法进行观测、记录、计算。是在隧洞开挖前、后掌子面及附近涌水量较集中的地方选定测点, 根据出水量的大小, 首先向事先预备好的桶或盆里注满水, 同时用秒表记录好时间, 然后用量筒或量杯量出桶或盆内的水, 计算出水的体积, 再根据记录好的时间计算出渗流量。对于出水量较小的测点, 可以用量筒或量杯在一定的时间内直接读出水的体积后, 根据记录好的时间计算出渗流量。

3.3 孔隙水压力测定

孔隙水压力测定按照规范要求事先在选定好的地点埋设孔隙水压力计, 然后用标定好的水压力计读数器直接读出孔隙水压力;或根据应变与压力的计算公式计算得出孔隙水压力。

其中压力:P单位为Kpa;K为标定系数;ε0:零点应变值 (单位为uε) ;εi:i状态时的应变值 (单位为uε) ;KT:温度修正系数 (KT=0.39) ;T0:零点时的温度值 (单位为℃) ;Ti:i状态时的温度值 (单位为℃) 。

4 数据观测与分析

4.1 地下涌水渗流量观察与测定

从图2与图3可以看出, 在掌子面与洞周进行灌浆的过程中, 主洞与支洞的流量都是逐渐减小的, 说明灌浆的作用是非常明显的, 他在洞周与掌子面起到了很好的止水效果。

4.2 洞内孔隙水压力测定

鉴于隧洞内地下涌水较多, 为此根据相关规范要求, 对部分出水孔埋设了孔隙水压力计, 利用智能孔隙水压力读数仪器进行了观测与记录。从图4与图5中可以看出, 随着隧道灌浆的进行, 隧道内的孔隙水压力也逐渐减小。说明灌浆的作用是非常明显的, 在使隧道内涌水量减少的同时, 也使洞内孔隙水压力降低。

5 监控量测结论及施工建议

5.1 根据洞内孔隙水压力量测的结果, 洞内灌浆起到了明显的堵水作用, 但由于灌浆体的强度很低, 因此, 施工时要严格按规范要求, 短进尺, 弱爆破, 多循环的方式进行掘进, 掘进过程中, 临时支护要及时紧跟。

5.2 洞内涌水量总体仍较大, 但在注浆的情况下主洞流量有变小的趋势, 支洞流量也有变小的趋势, 部分导水洞已干涸, 说明在目前的施工方式下, 由于注浆的进行, 将隧道围岩中的裂隙水控制在较大的半径内, 涌水量的控制有一定的效果。建议在施工过程中对涌水的处治采取排堵结合的方式。即, 注浆的过程中可适当留出部分水孔进行引流, 以减轻部分围岩压力。

参考文献

[1]喻能根.云雾山隧道施工监测技术[J].施工技术, 2010, 39 (1) :41-44

[2]李晓红.隧道新奥法及其量测技术, 北京:科学出版社, 2002

全风化、土质地质带隧洞施工技术 篇5

近年来, 随着开挖技术的不断进步及工程设计中的实际需要, 全风化、土质地质段隧洞为越来越多的工程所采用。对于各类围岩隧洞的施工, 目前已有相当成熟的理论、经验, 但全风化、土质围岩的施工方法还在不断探索中。笔者结合向家坝骨料输送隧洞大塌方处理的成功经验, 对全风化、土质地质带开挖支护施工进行了初步研究和探讨。

1、概述

向家坝骨料输送隧洞全长31km, 是向家坝电站骨料运输的生命线。在隧洞开挖中, 约有100m属于全风化、土质地段, 围岩自稳能力极差, 易塌方, 且有大量渗水, 曾出现过三次大的塌方。通过专家的指导, 施工单位的不断探索, 总结出了一套安全、经济、易操作的施工方案。即“管超前、严注浆、短开挖、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测、速反馈”的施工原则, 在拱部超前小导管注浆预固结围岩的保护下, 采用三部台阶法进行施工。

2、全风化地质段施工技术

2.1 开挖及钢拱架的安装

围岩自身稳定性差, 在侧压力作用下, 存在边墙坍塌问题。开挖时分为上、下两个坑道进行开挖, 上坑道开挖采用预留核心土, 掏出一个环形槽, 进尺50cm后, 把制作好的拱架顶部及时放置在开挖面;用人工在边墙开挖一个能放置拱脚的槽;把拱脚及时安装并和顶拱用螺丝连接好;再开挖和连接另一侧拱脚, 这样一榀拱架就安装完成了。进行钢支撑加固, 安装锁脚锚杆及连接钢筋φ22@1.0m×1.0m, 然后安装φ8@20×20mm的钢筋网, 并喷砼C20, 厚25cm, 达到设计要求。再按照此方法隔50cm安装下一榀拱架。钢拱架安装时预留5cm~10cm的变形量。

钢拱架制作见图。

2.2 超前小导管施工

2.2.1 工艺原理

在破碎松散岩体中超前钻孔, 打入小导管并压注具有胶凝性质的浆液, 浆液在注浆压力的作用下呈脉状快速渗入破碎松散岩体中, 并将其中的空气、水分排出, 使松散破碎体胶结、胶化, 形成具有一定强度和抗渗阻水能力的以浆胶为骨架的固结体, 从而提高围岩的整体性、抗渗性和稳定性;使超前小管棚与固结体形成一个具有一定强度的壳体, 在壳体的保护下进行开挖支护施工。

2.2.2 小导管及注浆设计

顶拱150°范围内布设一排超前注浆小导管, 小导管直径为φ32, L=3.5m, 小导管环向间距30cm, 纵向间距1.5m。并要求超前小导管尽可能精细施工, 外插角度10~15°, 外露端与钢支撑爆接牢靠, 形成拱圈受力。压注1:1水泥浆液, 采用4 2 5#普通硅酸盐水泥, 浆液中掺水泥用量3~5%的水玻璃, 以缩短浆液的胶化固结时间, 控制浆液的扩散范围。

2.2.3 施工要点

2.2.3. 1 小导管加工3.5m/根的φ32mm小钢管一端加工成尖锥形, 距另一端100cm的位置开始至尖锥端之间按梅花型间距为1 5 c m布设φ8 m m的孔眼4排, 以利于小导管推进和浆液渗入破碎岩体。

2.2.3. 2 小导管安设

如岩体松软, 采用Y T-2 8型风动凿岩机直接推送, 如遇夹有坚硬岩石处, 先用YT-28型风动凿岩机钻眼成孔后再推进就位。

2.2.3. 3 在施作小导管前应注意:第一, 喷3~5cm厚混凝土封闭掌子面作为止浆墙, 为注浆作好准备工作;第二, 准确测量隧洞中心线和高程, 并按设计标出小导管的位置, 误差±15mm;第三, 用线绳定出隧洞中心面, 随时用钢尺检查钻孔或推进小导管的方向, 以控制外插角达到设计的标准;第四, 施工顺序为从两侧拱腰向拱顶进行, 为提前注浆留好作业空间。

2.2.3. 4 注浆

为防止浆液从其他孔眼溢出, 注浆前对所有孔眼安装止浆塞, 注浆顺序从两侧拱脚向拱顶。由于岩体孔隙不均匀, 考虑风镐环形开挖的方便, 同时要达到固结破碎松散岩体的目的, 保证开挖轮廓线外环状岩体的稳定, 形成有一定强度及密实度的壳体, 特别是确保两侧拱脚的注浆密实度和承载力, 采取注浆终压 (0.8~1.2MPa) 和注浆量双控注浆质量, 拱脚的注浆终压高于拱腰至拱顶。通过现场试验确定拱脚终压为1.2 M P a, 拱腰范围为1.0MPa, 拱顶为0.8MPa。注浆时相邻孔眼需间隔开, 不能连续注浆, 以确保固结效果, 又达到控制注浆量的目的。

2.3 挂钢筋

钢筋网片采用φ6圆钢, 除锈处理后按设计加工成网格为200mm×200mm的网片。挂设时网片必须随受喷面的起伏铺设, 与受喷面间留3cm作为保护层, 网片与系统锚杆焊接牢固, 确保喷射混凝土时不移动。

2.4 喷射混凝土

开挖后为缩短围岩的暴露时间, 防止围岩进一步风化, 必须先初喷混凝土3~5cm厚再封闭围岩;待钢拱架及钢筋网安设好后, 再喷混凝土10~12cm°, 最后在下一循环喷射混凝土时分两次喷射至设计厚度。

(1) 采用掺STC型粘稠剂半湿式喷射混凝土工艺, 减小洞内粉尘污染及回弹量。

(2) 喷射前用高压风将岩壁面的粉尘和杂物吹干净, 水泥、粗、细骨料加少量水, 用搅拌机干拌, 水量按水灰比配制混凝土应加入水总量的2 0%;拌好后将干料运至喷射作业点再进行人工拌和, 并按水泥用量的10%掺入粘稠剂。

(3) 喷射作业分段、分片由下向上依次分层进行, 每段长度为3 m。为加快混凝土强度的增长速度及提高混凝土的喷射效果, 用多盏碘钨灯提高作业环境温度。

(4) 喷头喷射方向与岩面偏角小于10°, 夹角为4 5°;喷头至受喷面距离在0.6~1.0m之间, 喷头呈螺旋形均匀缓慢移动, 一般绕圈直径在0.4 m为宜。

2.5 监控量测

初期支护完成后, 在拱顶、拱脚及边墙的内轨顶面标高处埋设测点进行拱顶下沉和水平收敛量测。测试元件用φ1 2圆钢加工而成, 每根元件长25cm, 锚入初期支护体20cm, 外露5cm, 以防震动影响量测结果。量测点每隔5m布设1组。量测频率开始6h观测1次, 然后根据变形量的减小而减小量测频率, 即1 2 h、2 4 h、4 8 h、7 2 h、1 6 8 h, 根据量测结果及时调整工序及预留变形量、开挖进尺等, 便于指导施工, 确保施工安全。

3、土质地质带施工技术

土质地质段施工方法与全风化地质段施工方法大致一样, 只是在超前支护中采用超前锚杆代替超前小导管。

超前小导管是隔一定间距将管体带有梅花形孔洞的钢管插入围岩钻施孔中, 并在一定压力下向管中注入水泥浆液, 水泥浆液通过管体孔洞进入围岩, 并将钢管与围岩钻孔间裂隙及围岩裂隙填满, 主要作用是超前支护并加固围岩, 这在许多工程中取得了很大成功。但在土体中采用超前小导管, 由于灌浆压力不够, 土质相对均匀, 无明显裂隙, 水泥浆不能进入土体中, 也就无法起到加固土体的作用。因此, 小导管只能起到纵向梁的作用, 并且存在施工工艺复杂、成本高, 施工时间偏长等缺点, 而对于土洞开挖, 围岩暴露后要求尽可能地缩短超前支护时间, 以便及时封闭成拱, 减少边顶拱松弛。

通过技术、经济综合分析与比较, 笔者建议:在土质围岩洞挖支护施工中, 用超前锚杆取代超前注浆小导管。

4、全风化、土质地质带施工中应注意的问题

4.1 开挖时, 严格按“预留核心土、分部开挖、及时安装拱架”的原则进行。

4.2 开挖面及时封闭的问题:在软弱围岩中, 开挖面及时封闭是成功的关键, 许多工程实践都充分证明了这一点。在任何情况下, 使隧洞在最短时间内封闭, 是极为重要的, 因此, 必须尽可能简化一次支护施工工序, 并作好支护前的一切准备工作, 缩短围岩暴露时间, 这一点在土质地质带开挖中尤为重要。

4.3 隧洞塌方施工中, 水的处理是一个重要环节, 应通过“截、排、引”等多种手段将地表水和围岩水引排至施工区以外, 为围岩的稳定创造有利条件。

4.4 应及时组织人员, 配备足够的设备和材料快速通过塌方地段。

摘要：在隧洞开挖施工中, 全风化、土质地质带容易引起塌方, 难于处理。在向家坝骨料输送隧洞大塌方处理中, 遵循“管超前、严注浆、短开挖、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测、速反馈”的施工原则, 成功探索出了一套安全、经济的施工技术, 对同类工程施工具有一定的指导意义。