大路梁子引水隧洞施工技术浅析

万 胜

(自贡水利电力建筑勘测设计院，四川自贡，643000)

1 工程概况

大路梁子引水洞，其进口位于距离大路梁子隧道进口约170m处的缓坡地带，主要是为了缓解大路梁子隧道水沟排水压力而设置的。引水洞全长780m，纵向坡度为0.8%，断面为城门洞型，断面净尺寸为3.5m×3.65m(宽×高)。

该地段岩层近于直立，基岩积压破碎，引水洞主体穿越三叠系石灰岩地层，节理、裂隙发育，同时裂隙水及岩溶水发育。本地区地震活动频繁，地震峰值加速度为0.15g，地震反应谱特征周期0.25s，相当于地震基本烈度为Ⅶ度。

区域地质复杂、水系发育，洞外地表以残、坡积层为主，洞身范围内有断层、煤层，隧道穿越地层有泥岩、页岩、石灰岩、砂岩、玄武岩，存在滑坡、岩溶、流沙、瓦斯、膨胀岩、岩爆、断层、突涌等不良地层情况的可能性非常大。

根据该引水洞的地形地貌特征，在洞口附近设置生活区、生产区房屋、拌和站及砂石料堆放场。施工及生活用水利用水管引用山上来水，施工及生活用电安装有变压器，将电接至施工驻地，并备用内燃发电机供施工生产急需及生活需要。

2 施工方案

大路梁子隧道引水洞设计全长780m。其中，Ⅱ类围岩长108m，Ⅲ类围岩长444m，Ⅳ类围岩长228m;各占全隧道的长度分别为13.8%、56.9%、29.3%。

进洞方案，首先按设计要求施作洞顶截水沟、天沟以及排水沟，然后按照设计坡度刷坡。边仰坡及洞口处开挖面，采用人工借助反铲、风镐、风钻由上而下开挖，并随之进行防护。

由于本洞门与线路正交，施工难度不大。施工时型钢钢架先在洞外预先按设计尺寸制作好后，现场精确放样，逐榀安装。由于洞身断面尺寸比较小，初期支护部分完成后，便可开始进洞施工，进洞后按围岩类别进行不同方式施工。

出口端为柱式洞门，施工时洞顶按设计要求施作截水沟，然后进行边坡锚喷防护后，按Ⅱ类围岩浅埋段施工方法进洞。初支完成后，及时施做二次衬砌，再进行洞门端墙砌筑。

3 隧洞流砂段施工

3.1 隧洞流砂段超前支护

3.1.1 准备工作

在已知围岩地质为流砂地段的条件下，应备足钢轨、焊管、花管、方木、稻草、水玻璃、高标号水泥、注浆机、喷浆机、型钢拱架或钢格栅，并配置有经验的施工技术人员和和管理人员。

3.1.2 超前探孔

开挖爆破过程中，为避免未准确掌握洞穴流砂位置造成的坍方，在钻眼前应先打入6m长焊管作超前探眼，每次探眼不少于5根(顶拱1根，起拱线位置2根，直墙腰部2根)。探眼掘进过程中，如发现围岩较为松软或流砂、裂隙水从焊管涌出，则应采取短进尺、弱爆破、强支护、早封闭或台阶法施工;涌水量较大时应多打花管，最大限度将流砂体内积水引排。如6m长超前探孔仍未有效跨越流砂体，则应加长超前焊管和花管长度。

3.1.3 超前支护

确定流砂层长度后，在设计开挖轮廓线基础上径向放大20cm～40cm，从起拱线位置打入焊管、花管超前支护。超前管棚横向不留空隙，避免流砂从缝隙中渗出，超前管棚纵向严格按平、顺、直要求打入。

钢管打进及孔口密封处理。钢管从钢架腹部穿过，并由专用顶头顶进，顶进钻孔长度≮90%管长。钢管末端除焊上述挡圈外，再用胶泥麻筋缠箍成楔形，以便钢管顶进孔后其外壁与孔岩壁间隙堵塞严密。钢管尾端外露足够长度，并与型钢钢架焊接在一起。钢管顶进时，注意保护管口不受损变形，以便与注浆管路连接。

超前小导管预注浆采用φ42mm无缝钢管，长3.5m，倾角5°～10°，钻孔与线路中线尽量平行，每循环小导管搭接长度不小于1.0m。在Ⅱ类围岩开挖前，预先采用1∶1的水泥浆液注浆加固。

3.2 隧洞流砂段开挖和支护

3.2.1 台阶法开挖

隧洞流砂流动性极强，开挖过程中不宜全断面开挖，所有施工应尽量减少对围岩的扰动。

采用台阶法先进行上半部人工开挖，每环进尺不宜大于0.5m，上半部开挖后对渗水位置打入花管排放地下渗水，不宜封堵。对渗漏流砂位置采用管棚、稻草封堵，让流砂内渗水从稻草缝隙中渗出，而较大颗粒被管棚封堵。根据已掌握的流砂体流动性和涌水、渗水量，适当控制台阶长度，一般3m～5m为宜。

开挖后，及时进行初喷混凝土封闭，施作型钢钢架支撑(型钢钢架间距1.0m)。初喷混凝土至设计厚度，后打设φ22mm长200cm的砂浆锚杆，随即进行拱墙挂网，最后喷混凝土至设计厚度。形成全断面初支闭合环后，及时施作二次衬砌。

3.2.2 加强拱部纵向支护

由于施工过程中超前管棚很难控制在同一平面，导致拱部开挖后有流砂、渗水，或管棚不能承受流砂体的垂直压力及挤压力，造成拱部沉降、位移。随上半部开挖的不断深入，必须及时打入第二环或第三、第四环超前管棚，直至超前管棚进入非流砂岩层，且能够有效支撑流砂体垂直压力及挤压力。并在第一时间封堵流砂，引排渗水。

3.2.3 加强拱部横向支护

拱部短进尺开挖加强纵向超前管棚支护后，横向已是支撑流砂体垂直压力及挤压力的重要组成部分，务必及时加强拱部型钢拱架或钢格栅横向支撑，挂设钢筋网、喷射混凝土支护。通过收敛量测，准确掌握其沉降量、沉降速度、水平位移、水平位移速度，必要时在型钢拱架、钢格栅起拱线处加设横支撑，确保拱部对流砂体的支撑能力。

3.2.4 下部台阶施工

由于流砂自稳能力极差，流砂体拱部横、纵向加强支护后，应对下半部进行短进尺、强支护施工。每次进尺控制在0.5m左右。

为保证对拱部有较可靠的支撑效果，下半部宜分左右两侧边挖边护。即先开挖左侧或右侧下半部，按设计要求完成挂网、焊接下半部型钢或钢格栅、喷射混凝土、打设锚杆等工序后，再进行下半部另一侧施工。

3.2.5 加强底板横向支撑、基底换填、封闭底板

流砂或其他软弱围岩承载能力较差，在设计二期支护断面外先进行基底换填、设置横向钢拱架或钢格栅、浇筑底板仰拱混凝土，使拱部、边墙、底板在二期支护断面外形成完整的封闭圈，避免内水外渗或外水内渗，共同抵制围岩较为复杂的挤压力和沉降、位移、变形，确保后期施工安全。

4 隧洞流砂坍方处理

4.1 坍碴处理

流砂从拱部或边墙涌出时，洞穴内积水一并向外喷涌，所以坍塌的第一时间不应及时处理，应待流砂坍塌、积水涌出自然沉淀形成封堵体达到稳定后，才能让施工人员到位进行处理。

由于流砂固有的流动性，处理流砂坍方时先对坍碴进行横向堵截。即采用钢材或木材横向将坍碴截断，增加坍碴纵向稳定，避免在处理过程中砂体流动，保证施工安全，确保拱部坍孔出砂体自身稳定。

4.2 坍孔封闭

封闭坍孔采用同上隧洞流砂段超前支护和隧洞流砂段开挖和支护的方法。处理过程中洞内应设专职安全员，洞外随时观察地表动向，洞内外有开裂、沉降、变形等情况，应及时采取措施。

5 隧洞砂岩地段涌水、涌砂、岩溶处理

引水隧洞为断层影响带，围岩为粉砂岩互层，节理发育、极为松散破碎，涌水涌砂可能同时爆发，喷涌速度极快、围岩内水压力极大。针对性措施分别如下。

5.1 洞穴洞害处理措施

5.1.1 跨越。当溶洞规模较大，或溶洞规模虽小，但不能堵塞水流，或溶洞较深，或充填物松软时，采用梁跨、板跨或拱跨等跨越措施。

5.1.2 封闭。对停止发育的干、小溶洞，采用混凝土、浆砌片石堵塞、填实，必要时注浆加固，以防塌陷。

5.1.3 支顶加固。采用支撑墙、支撑柱、支撑拱以及嵌补加固等工程措施。

5.2 泥水、暗河突涌处理

对岩溶水或暗河的处理时宜疏不宜堵，为防止岩溶水突然袭击，施工时采取超前地质钻孔探测，预备足够的抽水设备。排水设施结合实际情况，可选用排水沟、渗沟、涵洞、引水洞、排水管道等构筑物。对岩溶水或暗河采用排、截、堵、防等综合治理措施，以策安全。

5.3 填充物处理

洞穴填充物的特点是松软、易坍塌、下沉量大、稳定性差。当隧道穿越洞穴填充物地段时，可根据不同情况采用如下措施。

5.3.1 桩基处理。当溶洞中堆积物不易清除，且不易流失时，可根据地质及结构要求，设计支承桩或摩擦桩作为工程处理措施。

5.3.2 换填。当溶洞中堆积物较浅，且无水时，可换填人工基础或浆砌、干砌片石基础。

5.3.3 注浆。当溶洞中具有大量流塑状泥砂时，施工中易产生突水、突泥。这时采用超前注浆加固地层，将流塑状泥砂改变为具有一定强度的硬塑土，以保证施工安全。

5.4 布置超前管棚

超前管棚的布置，应采用地质钻打设管径不小于φ89mm的钢管，钢管每节长度1m～3m为宜，间距20cm。由于岩层为粉砂堆积体，必须封闭管棚间空隙，采用φ40mm管棚、钢筋网或其他方法填补空隙，以保证砂体不渗漏、渗水畅通。

布置好超前管棚后，钢管内注入水泥浆液，加大管棚抗压、抗弯曲能力。必要时将φ40mm管制作为注浆花管，注入适量水泥浆，固结径向50cm粉砂体，减少流砂渗漏。

5.5 短进尺、弱爆破、强支护

形成φ89mm与φ40mm超前管棚支护后，进行爆破施工(尽量采用人工开挖，减小对岩体的扰动)，开挖进尺控制在0.5m，同时采用多级爆破，即先爆破中间掏槽部分，后径向扩大爆破。周边孔间距不大于30cm，间隔装药单独爆破。

加强挂网喷浆支护，必要时挂设φ8mm钢筋网格10cm，超挖部分严禁使用片石回填，均使用喷C25混凝土回填。

6 不良地质洞段施工

6.1 不良地质洞段技术措施

6.1.1 勤测量、勤复核

不良地质洞段均有拱顶沉降、边墙位移变形等现象，布设隧道专用平面、高程控制网，以确保施工时中线放样的精度和测量方便。施工过程中布置中线、高程点有经常变动的情况，所以应将控制点设置在牢固、可靠地段，并经常复核，应尽量减少中线、高程的非仪器过度次数。

6.1.2 采用方便快捷的仪器设备控制

不良地质洞段或坍方地段施工过程中工序繁多、干扰大，测量仪器在施工点不易操作，中线、高程点不易保留，宜采用红外线导向仪控制中线、高程。

在直线隧洞施工过程中，采用红外线导向仪同时将隧洞中心线、隧洞某一点高程控制在一条直线上，便于施工人员随时使用、随时复核断面尺寸。

红外线导向仪应熟练掌握，经常保养，经常对两端中线、高程进行复核。

6.1.3 适当放大结构尺寸，预留变形沉降量

不良地质洞段或坍方地段围岩松软、自稳能力差、拱部压力大，处理欠挖安全隐患大，费工费时影响工程进度，在施工或处理过程中应根据实际情况适当预留沉降、变形量。

6.2 不良地质洞段施工预案

6.2.1 疏排地下水

(1)在滑坡体边缘之外稳定地段设置天沟，拦截地表水，避免地表水流入滑坡体范围内;

(2)在滑坡体范围内增设树枝状排水系统，使地表水流及洼地积水，尽快顺畅地排出滑坡范围之外;

(3)引排地下水。

6.2.2 整平、夯填滑坡体范围内的地表裂缝，以防地下水下渗

(1)滑坡体外部补给水采用截水渗沟引排;(2)滑坡体内部浅水或滞水带采用支撑渗沟引排，顺滑动方向设置;

(3)当地下水埋藏较深，不易采用明挖或渗沟时，采用渗水导洞拦截和疏排地下水。也可采用水平钻孔引排地下水。

6.2.3 减载或反压

在滑坡体的滑动地段，清除一部分滑体以减小滑体的下滑力;反压是利用上部减载的弃方，填于滑体的抗滑地段，以增加抗滑稳定作用。

6.2.4 设置抗滑桩、墙

抗滑挡墙设置于滑体前缘，采用重力式挡土墙;抗滑桩分排设置，排数、间距依推力确定。

6.2.5 注浆加固

采用地面加固注浆，固结地层，增加滑动面的摩擦力，实践证明效果较好。