李瑞

（新疆維吾爾自治區(qū)水利水電勘測設計研究院，新疆烏魯木齊 830001）

1 工程概況

新疆某輸水隧洞工程隧洞洞線方向為東南西北方向，隧洞按無壓城門洞型設計，隧洞總長12 km，隧洞襯砌后的斷面尺寸為2.80m×3.56m（寬×高，直墻高2.75m），頂拱中心角120°。某輸水隧洞共設計3條施工支洞，位置分別是主洞樁號K2+215.23的1號斜井支洞、K4+744.66的2號斜井支洞、K7+369.68的3號斜井支洞。施工支洞斷面襯砌后為3.40m×4.15m（其中直墻高3.17m，頂拱高0.98m），中心角為120°。

2 隧洞基本地質條件

工程區(qū)大部分地段屬于侵蝕、剝蝕性中低山，以及黃土剝蝕丘陵。地形總的趨勢表現(xiàn)為西高東低，地面高程多在980～1300m，溝谷切割深度一般小于100～200m，其間溝谷發(fā)育，多呈“V”字型，谷底多有地表水流。參考工程區(qū)水文地質條件、巖體強度、巖石強度應力比、巖體完整性、隧洞巖體結構、圍巖主結構面與隧道軸線的夾角等，綜合各類條件研究判斷隧道圍巖等別。某輸水隧洞斷面多以Ⅲ類圍巖居多，密集的節(jié)理裂隙帶和斷層破碎帶為Ⅳ類和Ⅴ型圍巖，考慮Ⅳ類和Ⅴ型圍巖處理施工難度較大，文章主要討論上述圍巖支護措施，圍巖分布詳見表1。隧洞埋深洞段受巖體的層面完整程度、節(jié)理裂隙發(fā)育情況及構造破碎帶等控制，而受巖性變化的影響并不明顯，隧洞埋深一般100～149m，局部段埋深較淺，多數(shù)巖體呈微風化～新鮮。巖體中主要發(fā)育3組節(jié)理，節(jié)理多閉合，延伸不長，一般數(shù)米，間距一般0.3～0.5m，局部密集。隧洞出口段巖體由于埋深較小，為強～弱風化，屬于較破碎巖體。工程區(qū)段未發(fā)現(xiàn)大的斷裂，已查明及推測的非活斷層共有3條，均為高角度斷層，走向為NWW向，斷層規(guī)模一般都不大。局部有少量糜棱巖，其余斷層規(guī)模較小。

表1 主洞Ⅳ類和Ⅴ類圍巖特性表

3 不良地質洞段支護及地質缺陷處理措施

水利水電工程涉及隧洞作業(yè)，因受到工程所在地實際地形、埋深、地質情況及作業(yè)空間窄小等諸多因素影響，普遍具有未知性大、作業(yè)復雜、作業(yè)期限較長等特點。而在隧洞掘進過程中的不良地質洞段處理施工是隧洞施工的難題所在。

此輸水隧洞工程作為“線狀”工程，隧洞開挖掘進長度達12km，中間布置3條施工支洞，長距離隧洞施工具有線長、面廣、施工點多的特點，同時施工區(qū)域還具有高原山地氣候特點，受自然環(huán)境施工影響多。施工區(qū)年平均氣溫6.9℃，最低氣溫-31.4℃，冬季最低氣溫降到0℃以下時，施工難度大，需綜合考慮高原降效因素，增加資源配置，合理規(guī)劃冬季施工時間。

3.1 主洞Ⅳ類和Ⅴ類圍巖支護措施

某隧洞主要支護型式為掛鋼筋網、噴射C25混凝土、鋼拱架、φ25系統(tǒng)錨桿及鎖腳錨桿（Ⅳ-2、Ⅴ類圍巖）、φ42超前注漿小導管（Ⅴ類圍巖）。錨桿孔采用方便移動的平臺架配合手風鉆造孔，注漿機注漿，人工安插錨桿。噴混凝土在拌和站拌制，經混凝土運輸車運至施工工作面。主洞支護參數(shù)：Ⅳ-1類圍巖洞段頂拱及側墻系統(tǒng)錨桿（砂漿錨桿）φ25、排距1.0m、長度L=2.0m；頂拱及側墻范圍噴射混凝土厚10cm，鋼筋網φ8@200×200（底板部位無錨桿，不噴混凝土、不掛網）。Ⅳ-2類圍巖洞段頂拱及側墻系統(tǒng)錨桿（砂漿錨桿）φ25、排距1.0m、長度L=2.0m；頂拱及側墻范圍噴射混凝土厚15cm，鋼筋網φ8@200×200（底板部位無錨桿，不噴混凝土、不掛網），全斷面I12.6鋼拱架，φ25鎖腳錨桿長度，L=2.0m，外插角15°。Ⅴ類圍巖洞段頂拱及側墻系統(tǒng)錨桿（砂漿錨桿）φ25、排距0.6m、長度L=2.0m；頂拱及側墻范圍噴射混凝土厚15cm，鋼筋網φ8@200×200（底板部位無錨桿，不噴混凝土、不掛網）；全斷面I14鋼拱架，φ42超前小導管，仰角10°，環(huán)間距0.4 m，排距1.8m，L=3.0m。圍巖支護示意圖見圖1～4。

圖1 Ⅳ-2類圍巖支護示意圖

圖2 Ⅳ-2型一次支護縱剖面圖

圖3 Ⅴ類圍巖支護示意圖

圖4 Ⅴ類一次支護縱剖面圖

3.2 地質缺陷問題施工處治措施分析

3.2.1 地下水的處理

隧洞開挖過程中，若遇地下水活動較嚴重地段，采用排、堵、截、引等綜合治理措施進行處理，具體措施：

1）在隧洞內布置集中排水泵站及相應的排水管路，分段接力將水排出洞外，泵站配置的水泵功率大于排水量20%，并考慮備用。工作面采用潛水泵、集水井、排水溝匯水至集中排水泵站。

2）隧洞地質超前預報。參考隧洞超前預報結果和地質鉆探證實的地層巖性，研究巖石構造面的發(fā)育情況、完整性和滲水狀況，分析確定水壓和出水量，提前制定排水和堵塞水流方案，以防止涌水發(fā)生。

3）對極易發(fā)生涌水的位置加密動態(tài)監(jiān)測，有針對性地采取技術措施，最大程度降低突發(fā)涌水的可能性，保障隧道施工作業(yè)安全，盡可能降低突水造成的工程損失。極易發(fā)生突發(fā)涌水的區(qū)域為巖性界面附近、斷層、與隧道相交的致密裂隙等構造面、氣孔渾水、地溫值較低、開挖位置附近裂隙出現(xiàn)泥質物等。

4）地下水較豐富的洞段，采用注漿堵水措施。預灌漿處理措施擬采用掌子面超前鉆孔預注漿和平行隧洞側面預注漿兩種方法同時實行，根據(jù)不同的地質條件，在灌漿中有選擇性地加入穩(wěn)定劑、增塑劑、速凝劑和超細硅灰等外加劑，提高灌漿的性能、凝結能力和穩(wěn)定性，保證漿液質量。

對洞挖所揭露的線狀滲水，因其水壓力不高，單點出水量也有限，擬采用水泥和水玻璃或水泥與聚胺脂雙液注漿進行封堵，必要時采用“分流”方案以減少滲水點的流量、流速，對滲水點直接封堵。

5）施工中當突然遭遇高壓集中涌水時，及時對掌子面的涌水部位采用混凝土封堵并進行預注漿，待隧洞圍巖周圍形成穩(wěn)固的止水層后再繼續(xù)開挖。

6）隧洞開挖后，必要由工程經驗豐富的地質專業(yè)技術人員對工程區(qū)域水文地質資料充分研究分析，結合類似的水文地質條件、工程案例和施工現(xiàn)狀，細化作業(yè)期間隧道突發(fā)涌水的排水方案和設備配置，制定具有操作性較強的應急預案，并定期演練。開挖過程中，施工單位還要依據(jù)地下水監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息，及時更新調整防滲排水方案和措施。

7）隧洞施工過程中出現(xiàn)大規(guī)模地下涌水，立即采取措施控制涌水，并及時通知各參建單位。

3.2.2 斷層處理

1）開始作業(yè)前，必須明確斷層帶基本情況，主要包括斷裂帶的寬度、填充物、地下水分布和隧洞軸線與斷層構造線位置關系，通過斷層帶的實際情況采取合適的施工工法和作業(yè)設備。

2）在斷層規(guī)模較小、滲水較小條件時，可以利用超前錨桿、超前小鋼管、超前小導管注漿、管棚等支護措施和超前灌漿處治。

3）在斷層規(guī)模大或滲水量大時，第一步實施超前灌漿處理，再綜合超前支護措施處理斷層帶不良地質。

4）盡可能縮短斷層帶各個施工工序之間時間間隔，使全斷面支撐或襯砌盡速密封，降低巖石裸露風化時段。

5）在鉆孔爆破作業(yè)過程中，必須嚴格控制爆破孔的數(shù)量、深度和裝藥數(shù)量，使爆破對巖層的振動最小化。

6）斷層地段加強支護，并經常檢查加固。

3.2.3 塌方事故預防和處理

1）隧洞塌方預防

隧道塌方極易產生重大安全事故，預防隧道塌方事故是保證施工作業(yè)的關鍵之一。施工中隨時觀察和監(jiān)測地質有無異常現(xiàn)象，研究巖體和地下水變化情況，采取科學有效的支護措施，增強圍巖穩(wěn)定性，提前預防隧道塌方。在地質條件較差的洞段作業(yè)時，進行勘探孔及地質測試孔的鉆孔工作，并據(jù)此進行超前地質預報，堅持弱爆破、短進尺、強支護和勤觀測的施工方法。對未擾動而破碎的巖層、結構面不利的塊狀巖層或松散滲水的圍巖段，利用超前錨桿支護。某輸水隧道部分路段圍巖松散散亂，地下水十分豐富，優(yōu)先采用超強小管注漿加固支護。隧道穿越高速公路路段、居民生活居住區(qū)等特殊位置時，應根據(jù)現(xiàn)場條件調整施工方案，采用適當?shù)募夹g措施超前支護，防止發(fā)生滑坡、頂板塌陷、地表大范圍沉降等情況。

2）塌方處理

隧洞坍塌之后，塌方位置及附近作業(yè)面馬上停止作業(yè)施工，現(xiàn)場作業(yè)人員要立即向項目負責人報告。施工單位立即派出專業(yè)技術人員開展現(xiàn)場調查，分析坍塌的成因，掌握坍塌范圍、類型和下一步發(fā)展態(tài)勢，檢查塌方位置的地質情況和地下水發(fā)育程度，制定出科學合理可操作性的處理措施。對于輕微塌方洞段，待洞段塌頂長時間較為穩(wěn)定不掉落塊石后，及時加固坍塌位置附近的巖石并及時布設支護措施支撐頂部，以阻止坍塌進一步擴大。對于大范圍塌方，在坍塌治理方案未明確之前，切勿先盲目拆除塌方體，否則會發(fā)生更大規(guī)模和面積的塌方。對于具有地下水發(fā)育程度較高的塌方，建議先控制水，然后控制塌方體。除此之外，施工單位要快速組織坍塌治理所需的材料、設備和人員的投入，以避免停工。

對于各種類型的隧洞塌方采用的處理方法：裂紋擴展引起的塌方應使用噴錨法、挑梁法和置換支撐法進行處治；較為狹窄而長的塌方，可以借助隧洞兩側的完整巖壁條件，運用挑梁法和頂部支護法治理；中等程度的塌方體，可以根據(jù)實際情況運用噴錨法、頂板保護法、插筋排架法和鋼管棚架法治理；大規(guī)模大范圍塌方，如果塌方體石塊嚴重阻塞了全部輸水隧洞，又不完全了解崩塌的范圍大小和發(fā)展趨勢，可運用預注漿法、噴錨法、鋼管棚架和鋼排架等多種施工工藝綜合施策處理。

4 結語

綜上所述，新疆某輸水隧洞項目是線性地下隱蔽項目，必須穿越峰谷、河流，地下埋深變化很大。開挖面臨的地質條件復雜多變，遇到不良地質條件的情況非常普遍，但在大多數(shù)不良地質洞段都可以采取技術措施提前預防控制。同時，為保證開挖作業(yè)的安全和質量，作業(yè)過程中的超強地質預報至關重要，對不合格的地質隧道段要進行合理、安全的處理，不良影響最小化。隧道施工中嚴格按照“保護圍巖、巖變我變，支護寧強勿弱，二襯及早跟進”的方案，充分發(fā)揮圍巖承載力，有效地控制了圍巖的變形，作業(yè)過程中未出現(xiàn)安全事故，達到了預期的施工目標，可為類似地質條件輸水隧洞工程的施工提供一定的參考。