砂泥岩地层条件下大洞径隧洞施工技术-最新年精选文档

砂泥岩地层条件下大洞径隧洞施工技术
Sand shale formation under conditions of Large
Diameter Tunnel Construction Technology
Pan Xiao-mei
China Water Conservancy and Hydropower Engineering
Bureau Ltd. ninth Guiyang Guizhou 550081
】2 Dongqin hydropower station tunnel diversion
tunnel
inlet section ，is typical of large underground cavern sand
shale region ，its complex geological conditions
，rock stability is poor ，difficult construction ，
safety issues outstanding. In this construction the whole process took a series of rapid construction technology to effectively prevent or reduce the occurrence of rock cave to protect the safety of the construction and engineering.
1. 工程概况
右岸2#导流隧洞布置于北盘江右岸边，位于洗鸭沟右岸山
体中，隧洞为城门洞型，过流断面尺寸15 mx 17m （宽x高），
隧洞全长937.14m。

董箐水电站左、右岸均设计有导流隧洞，其开挖断面及过流断面尺寸相同，左岸隧洞承担导流任务，右岸隧洞承担分流任务。

由于左岸导流洞施工中发生大型塌方，滞后半年开工的右岸导流洞改为承担导流任务。

洞身开挖及一期支护型
式有A、B、C 及堵头段四种，其开挖断面、一期支护型式及混凝土衬砌厚度如表1所示。

右岸2#导流隧洞布置如图1 所示。

2. 地质条件
右岸导流洞洞身段穿越地层岩性均为T2b1-2 中厚至厚层砂
岩夹泥岩（砂泥岩），呈新鲜状态，埋深50〜150m。

层间挤压
褶皱及裂隙较发育，裂面多为方解石及泥质充填。

位于地下水位
滴水。

岩体完整性较差，岩层走向与洞轴线
交角较小，近平行，不利于围岩的稳定，其地质条件比左岸差。

右岸导流洞原设计围岩分类及物理力学地质指标如表2 所示。

3.施工支洞布置
施工支洞布置为：1#上岔洞——2#上、下岔洞（视工程进展
情况，上岔洞开挖下降改为下岔洞）3#上岔洞，1 #上岔洞长150m,交主洞0+145,平均纵坡2.1%; 2#下岔洞长129m,交主
洞0+235,平均纵坡7.52%, 3#上岔洞长100m,交主洞0+300,
平均纵坡5.5% （上坡），共计379m。

支洞断面尺寸为8X 6m （宽
X高），支洞的宽、高的确定是基于20t自卸汽车错车，排水沟,
风、水管及电路的铺设,挖掘机等机械设备的通行畅通确定的。

本布置方案为洞挖施工增加了工作面,改善了作业环境和条件, 对施工具有主动性,充分体现长洞短打,能加快施工进度,特别是对支护及地质缺陷处理极为有利, 同时可提前实施洞身下卧施
工，但0+300〜0+467.67m段独头开挖达167.67m,是本隧洞开
挖的关键部位,要予以高度重视。

支洞布置如图 1 所示。

一期支护顶拱、侧墙喷锚支护，破碎带加挂钢筋网，设置随机钢支撑，喷混凝土15cm设排水孔，逆向坡侧墙锚杆25,
L=6.0m2.0mX 2.0 m顶拱及顺向坡侧墙锚杆25,
L=9.0m2.0mx 2.0m。

顶拱、侧墙喷锚支护，破碎带加挂钢筋网,
设置随机钢支撑，喷混凝土10cm,设排水孔，逆向坡侧墙锚杆
25, L=6.0m2.5mx2.5m,顶拱及顺向坡侧墙锚杆25, L=6.0m, 9.0m2.5mx 2.5m。

顶拱、侧墙喷锚支护，破碎带加挂钢筋网, 喷混凝土10cm,设排水孔，逆向坡侧墙锚杆25,
L=6.0m3.0mx 3.0m,顶拱及顺向坡侧墙锚杆25, L=6.0m, 9.0m3.0mX 3.0m。

顶拱、侧墙喷锚支护，破碎带加挂钢筋网, 喷混凝土15cm,锚杆25, L=9.0m, 6.0m,间隔梅花型布置, 3.0mX 3.0m。

4.洞室施工程序和方法
洞室施工程序和方法要根据开挖断面尺寸及围岩分类, 结合施工机械和技术水平而采取不同的开挖方式。

对于砂泥岩地区特大地下洞室开挖, 必须采取分部分块开挖, 减少一次性开挖跨度, 使自稳的时间满足一次支护要求是特别重要的。

开挖方法采取钻孔爆破法,根据地质状况随时修正钻孔爆破参数。

4.1 洞室施工程序。

4.1.1 开挖顺序。

洞室开挖分为上、中、下三层掘进。

上层掘进有7 个工作面
可供钻爆作业：进口单向、1#上岔洞双向、2#上岔洞双向、3#
中下层掘进有 3 个工作面可供钻爆作业： 进口单向、 2#下岔洞双向（由 2#上岔开挖下降改成下岔洞）。

开挖顺序如
图 2 所示。

4.1.2 分部分块开挖。

在确定分部分块时，吸取了左岸导流洞施工的经验和教训， 开挖后，洞室成形差，岩层容易产生溃屈破坏，发生塌方。

洞室 围岩为m 〜W 类岩石，针对本洞室的复杂地质条件， 并且是特大 断面洞室，施工技术方案确定：宜采取较小跨度的分部分块。

因 为，上导洞率先掘进，这对揭露地质情况极为有利，能起地质预 报的作用， 两边错开刷边， 能减少对围岩的施工扰动； 分层下卧，
每层先中间，后保护层，有利于边墙岩体稳定和岩基的完整。

施
4.2 钻孔爆破。

4.2.1 上层洞钻孔爆破。

卸汽车出碴。

在确定开挖技术方案时，对多臂钻造孔，吸取了左 岸导流洞的施工经验， 在本工程特定的地质条件下不宜采用。

施 工中，在挂口和地质条件特差的洞段，对导洞开挖采取先小洞， 后扩洞步步为营的掘进开挖方法， 施工工况表明： 这种开挖方法 是稳妥的措施，对挂口成型及塌方控制是有效的。

4.2.2 中层洞钻孔爆破。

上岔洞双向； 工中采用的分部分块如图 3 所示。

图 3 分层分块图
钻孔爆破主要选择自制台架， YT28手风钻造孔，设计轮廓
线实施光爆，毫秒雷管分段爆破， 966F 装载机侧装，斯太尔自
中部采用古河HCR12液压钻造孔，梯段爆破，两侧保护层采
用YT28 手风钻造孔，设计轮廓线实施光爆，毫秒雷管分段爆破，
CAT330B反铲挖掘机装，斯太尔自卸汽车出碴。

施工工况表明:
液压钻造孔提高了机械化施工水平，加快了施工进度，YT28 手风钻造孔保证了边墙的稳定。

4.2.2 下层洞钻孔爆破。

YT2 8手风钻造孔，实施光爆，毫秒雷管分段爆破，CAT320C 反铲挖掘机装，斯太尔自卸汽车出碴。

本施工技术方案工况表明:
爆后岩基完整，有效控制了超挖。

5.洞室一期支护
本洞室支护，根据设计要求洞室一期支护型式如表 3 所示。

在上层洞导洞施工中，0+000〜0+270m段锚杆支护滞后钻爆循环2〜3轮，喷混凝土滞后开挖面20〜30m进行，在0+270〜0+467m段，采取
打超前锚杆，其余支护要求同前段，顶拱围岩
自撑稳定，未出现塌方掉块现象。

6.混凝土浇筑施工
在砂泥岩地区特大地下洞室施工中，开挖成型的洞身应及时进行混凝土衬砌，不宜长期暴露，即不能等待洞室全部开挖完成后，才按部就班进行混凝土衬砌，特别是对洞口部位要先进行混凝土衬砌锁口，对不良地质段必须采取戴“安全帽”、栓“金腰带”的混凝土衬砌施工工艺，否则会在复杂的工况下会产生塌方，所以对这些重要部位及不良地质洞室段，必须在开挖成型后，
尽快组织混凝土衬砌，以快速施工保安全，最终达到安全生产的目的。

6.1 洞室混凝土衬砌施工。

本洞室混凝土衬砌施工主要有2 个工作面，即进口及桩号
0+235m（2#下岔洞），洞室混凝土衬砌施工时段安排在各工作面
洞室全断面开挖形成型50m左右后进行的。

洞室混凝土衬砌施工
顺序是先浇筑底板，再浇筑边墙、后浇顶拱（重要部位及不良地质洞室段除外）。

6.1.1 底板混凝土浇筑。

底板混凝土浇筑是在进口及2#下岔洞两个工作面向下游向
单向推进的，沿洞室长12m 一仓，人工清基超前进行，钢筋及立
模安装滞后跟进。

混凝土由阴河拌和系统集中拌制，6m3混凝土
罐车运输，分别经进口和2#下岔洞通道进入卸料点，三一重工
混凝土泵（HBT60A输送入仓，人工平仓，插入式振捣器振捣，人工清光抹面及洒水养护。

施工实践证明：底板混凝土浇筑能否
实现快速施工的关键是劳动力组织合理，各工序作业形成流水作
业，底板混凝土浇筑实际进度能达到 3 天一仓。

6.1.2 边墙及拱顶混凝土衬砌。

边墙及拱顶混凝土衬砌采用轻型钢模台车施工，在全断面开挖完成后，按底板、边墙、顶拱的顺序进行衬砌，底板浇筑完成后，先安装边墙台车，再安装顶拱台车，台车的行走机构采用脚轮，脚轮数量根据承载力计算，支撑结构采用钢管搭设的满堂脚
手架，中间留行车通道，模板采用组合钢模板，边墙模板可订做成较大尺寸的，以提高模板系统的整体性和平整度，边墙模板根据台车长度及高度拼装成整体，采用葫芦提升脱模。

顶拱模板根据隧洞断面尺寸制作拱架，用小钢模拼装，用千斤顶顶升整体拱架，拱架的支撑采用顶托，就位时用千斤顶将拱架顶升到位，用顶托支撑，脱模时将顶托螺杆松开，千斤顶卸压
脱模。

台车行走采用装载机牵引，轻型钢模台车使用的材料是通用型的，只需按设计要求提前准备材料，安装一台轻型钢模台车只需10〜15天，12m台车平均4天浇筑一仓边墙，5天浇筑一仓顶拱混凝土。

2#
导流洞进口段混凝土衬砌施工中投入了边墙、顶拱及钢筋台车各
2 套，按期完成了混凝土衬砌施工任务。

6.1.3 重要部位及不良地质洞室段混凝土衬砌。

上层洞室开挖经一期支护后，基本保持围岩的稳定，但在进口段及不良地质洞室段，随着下卧开挖，由于施工扰动，破坏了原围岩应力平衡，引发新的塌方，给施工和工程安全带来严重隐患，这些特殊洞室段混凝土衬砌施工方法如下：
(1)进口锁口混凝土衬砌：洞口0+000〜0+015m洞室段，
是施工的主要进出口，该洞室段应力变化复杂，洞室围岩受外界影响较大，为确保施工安全，应及时进行混凝土衬砌锁口。

此洞室段是突出施工的部位，轻型钢模台车需在此部位制作安装，模板采用满膛脚手架支撑系统，小钢模拼装而成，其余施工方法同洞身段混凝土衬砌施工。

（2）不良地质洞室段混凝土衬砌：0+270〜0+467m洞室段，
结构复杂（3#上岔洞及堵头段布置在该洞室段），加之是典型的
不良地质洞室段，采取了上层洞室开挖成型后，在拱脚设置2 排
9m长的钢筋束加固，先衬砌顶拱，后下卧开挖的方式进行，即
戴“安全帽”的施工方法。

模板采用满膛脚手架支撑系统，小钢模拼装而成，其余施工方法同洞身段混凝土衬砌施工。

堵头段（0+370m- 0+400m ,最大开挖断面为21.3
mx23.15m,开挖成型后，此洞室段应力变化大且复杂，若不及
时制约堵头段的应力变化，有可能产生大塌方，为此，堵头前、后段混凝土衬砌施工时，采取先拱顶混凝土（戴“安全帽”），再底板、边墙混凝土（栓“金腰带”）的施工措施。

7.结语
在砂泥岩地区特大地下洞室施工中无论是开挖支护还是混凝土衬砌，都必须先要确定合适的施工技术方案，本工程施工技术方案要点主要特点有：
1）本洞室施工确定的施工技术方案“长洞短打，弱爆破，
短进尺，多循环，强支护，交错衬砌，快衬砌”，这是实现快速施工的保证。

2）选择了不同的分部分块及不同的支护方法，这是工程
实现快速施工的重要前提。

3）施工支洞采取“一洞三岔洞”，妥善解决施工中的交
通运输通道问题，这是实现快速施工的重要条件。

4）本洞室施工上层洞开挖钻孔机具是手风钻，下层洞以
液压钻为主，手风钻为辅，选择相匹配的施工机械设备施工，是实现快速施工的重要施工方法之一。

5）根据不同洞室段的地质条件，有针对性地采取了控制
爆破、高效通风、快速柔性支护、钢纤维喷混凝土技术及钢支撑技术，确保了施工和工程安全，这是实现快速施工的重要施工方法之一。

6）本洞室施工中根据不同地质条件，采取了戴“安全帽”，
绕“金腰带”的混凝土衬砌施工方法，有效地扼制了洞室塌方，确保了施工和工程安全，这是实现快速施工的重要施工方法之
7）在本工程施工中，采用自行设计制作的轻型钢模台车，
对洞室混凝土衬砌快速施工中起到了决定性作用，这是实现快速施工的重要施工方法之一。

综上所述，只要有充分而全面的施工准备，合适的施工技术方案，
有针对性的工程措施和施工方法，充裕的资源投入，合理施工流程和劳动力组织，砂泥岩地下洞室快速施工的难题是能攻克的。