富水凝灰岩小断面水工隧洞快速施工技术研究

富水凝灰岩小断面水工隧洞快速施工技术研究

发表时间：2019-03-01T10:35:49.353Z 来源：《基层建设》2018年第36期作者：刘建

[导读] 水利水电项目具有无污染、收益广的特点，发展态势良好，而水工隧道占其中的比例较大，隧道一般是项目的控制性工程，其工期直接决定项目的总工期，快速施工是方法。

中铁建大桥工程局集团第六工程有限公司吉林长春 130031

水利水电项目具有无污染、收益广的特点，发展态势良好，而水工隧道占其中的比例较大，隧道一般是项目的控制性工程，其工期直接决定项目的总工期，快速施工是方法。

摘要：结合具体的工程实例，针对富水凝灰岩小断面水工隧洞的超欠挖、塌方、支护形式、止水等常见病害及处理方法进行分析和研究。结论证实，引排水、快速封闭、强支护是开挖富水凝灰岩隧洞的关键。

关键词：富水；凝灰岩；快速封闭

引言

凝灰岩属于火山碎屑岩，火山碎屑物质组成颗粒直径小于2mm，比例为50%，凝灰岩的主要成分是火山灰，比较疏松或致密，这样的层里的称为层凝灰岩。根据其含有的火山碎屑成分，可以分为：玻屑凝灰岩、岩屑凝灰岩、晶屑凝灰岩。凝灰岩特性为细粒之火山碎屑沉积物，由火山喷出之灰、砂胶结而成。其中岩屑凝灰岩具有遇水易坍塌的特性，故对岩屑凝灰岩隧道施工的要求及难度比较大。

1.工程概况

某水利隧道位于长白山脉，其中大部分岩层为岩屑凝灰岩，施工过程中出现涌水，涌水量为40m³/h，且为有压水；掌子面出现坍塌现象，拱顶坍塌高度为3米，岩层及不稳定；并且此隧道断面为10㎡，属于小断面隧道，大型机械很难进入施工，一般适用于大断面隧道的处理方法在此很难实施。

2.涌水处理

因为掌子面围岩比较破碎不稳定，岩层暴露后容易变性风化，围岩的强度降低，围岩自稳能力变弱，有压水比较容易渗透。涌水补给有两个方面：1）地表水通过断层处进入隧道。2）断层间沟壑、溶槽等。可通过超前地质预报来进行提前探测。

2.1超前地质预报

针对涌水需要采取的超前地质预报主要分为两种方法：钻探法和物探法。其中钻探法采用水平地质钻机，在掌子面选择3个点进行钻孔，例如采用TKL-100型钻机可以在4个小时内钻孔50米，利用超前钻探可以非常直观的观测到地质情况及是否有涌水。物探法主要有红外探水、地震波法。红外探水的作用：①.探测地下温度的变化；②.判断地下水带、水体等位置；地震波法包括折射波法、反射波法、散射波法。

折射波法：①.根据波形判断围岩级别；②.纵波值的测定

反射波法：①.划分地层界线；②.探测断层带；③.探测空洞；④.测定含水层分布

散射波法：①.划分地层界线；②.探测隐伏断层、破碎带；③.探测地下洞穴

2.2处理方法

针对此种围岩一般采取超前小导管注浆方案，注浆液一般采取水玻璃和水泥浆混合液，以水玻璃模数M=2.8-3.1，水玻璃溶液浓度Be’=35-40，水泥浆水灰比W/C=0.75：1-1.0：1，水泥浆：水玻璃=1：0.5-1：1.0，注浆压强为0.6-3.5MPa，浆液扩撒半径为0.5-1.3m。

3.爆破开挖

3.1爆破参数的选择

凝灰岩隧道开挖及支护要本着“短进尺、弱爆破、速封闭”的原则进行施工，采用钻眼爆破法施工，多台气腿式凿岩机打眼，光面爆破，耙装机出渣的方法施工。此种围岩稳定性较差，应采用欲裂爆破的开挖方法。

当开挖工作面爆破时，周边眼采用爆速、猛度、密度低、高爆力炸药。孔深大于2.5米时，内圈炮眼与周边眼的斜率相同。具体实验方法和参数如下

一、掏槽方式：楔形掏槽法

二、炸药、雷管：使用岩石乳化炸药、毫秒电雷管（表3-1）。

三、装药结构：反向装药。

四、起爆方式：使用MFd-100型发爆器全断面大串联一次起爆。

五、炮眼布置图：如图3-1

试炮用的爆破参数如下设置表3-1

注释：1、炮眼深度1-2.5m。

2、炮眼直径40-50mm，药卷直径20-25mm。

3、装药集中度适用于岩石乳化炸药。

炮眼布置图3-1

注释1：掏槽眼、2：辅助眼、3：底眼：、4：周边眼

断面爆破参数

3.2开挖方法

小断面隧道采取全断面开挖，如有必要可采取台阶法开挖。当爆破后如果发现掌子面不太稳定可采取喷射混凝土的方法，加强稳定，出渣一般采取有轨出渣，降低洞内空气污染。

4.支护

4.1砂浆锚杆

⑴锚杆及砂浆等原材料经检验合格后才能投入使用。

⑵锚杆直径、长度、材质和锚孔的孔深、孔斜、孔径、间距均严格按设计要求控制。

⑶锚杆注浆采用专用注浆设备，注浆前用水润滑注浆机管路，检查注浆器工作状态。砂浆要搅拌均，不能混入石块等杂物，即拌即用，水泥浆初凝前要全部使用完。

⑷砂浆锚杆要先进行孔内注浆，注浆完毕后再插入锚杆，安装后必须保证孔内砂浆饱满，孔口采取止浆塞止浆。

4.2喷射混凝土

⑴在喷射前做好准备工作：把开挖面的浮石、墙脚的石渣和堆积物清理干净；安设工作平台；岩面采取用高压水枪冲洗或者采用高压风清扫；埋设喷射混凝土厚度控制桩。

⑵现场喷射混凝土的施工配合比必须按照质检单位通过试验所得配合比，不得擅自更改。

⑶当遇到涌水地段时采取以下措施：当涌水不多时，在涌水处埋设导管排水，导水性差的岩石可以采用盲沟、导水槽进行排水，大面积滴水处可以设置防水板挡水；当地下水的流量较大时可以埋设导流管来进行引导，喷射混凝土应该在保证施工准备完毕的情况下再进行施工。

4.3钢拱架（格栅）

⑴钢拱架（格栅）的原材料符合设计及规范要求。安装前检查钢拱架（格栅）制作的质量满足设计要求。

⑵每榀钢拱架（格栅）通过纵向连接件连接成整体，并与锚杆头焊接，拱架施工完成后要按设计施工锁脚锚杆，然后喷射混凝土，覆盖后最少4h后方可进行爆破作业。

初期支护能迅速控制或限制围岩松驰变形，充分发挥围岩自身承载能力，是“新奥法”施工的重要环节。

4.4超前小导管施工：一般拱顶范围内采用直径为42的钢花管，长度一般为3米，钢管前端1.5米范围内梅花状打孔，孔距为30-50cm，钢管末端止浆塞堵孔。

5、监控量测

5.1地质状态、支护状态观察

掌子面的状态和已支护状态观察，随时在每个开挖面进行，每天至少进行一次。在围岩完整性不好的条件下，出渣完毕后需进行地质素描，以地质素描图的形式展现。在观察中若出现塌方、涌水等不正常现象，现场看护人员应立即撤出洞外，通知施工负责人采取必要的处理措施。

①无支护围岩的观测

涌水的部位，涌水量大小，是否为有压水等。

掌子面是否稳定，边墙和顶板是否掉块、坍塌现象。

②对开挖后已支护地段围岩动态的观测：

检查锚杆状态，是否被拉断或者有位移现象。

喷混凝土是否开裂，脱落等现象。

③围岩危险征兆形态分析：

危险性较小，不会发生大面积破坏。采取临时支护措施后可以保证安全的情况。

危险性较大。如喷射混凝土产生裂缝的情况。

5.2围岩压力监测

①测点布设：围岩压力的量测是测量围岩与拱架间的接触压力。其测点按有代表性地段一个断面确定，为了全面了解支护背后的压力