浅谈正安县石峰水库左岸灌浆平硐兼交通洞不良地质段处理

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摘要:隧洞不良地质段包括断层、低强度的软弱夹层、地质构造发育的结构松散地层、非岩性粘土、高地应力地层和富水地层等。穿过断层(断层破碎带或其它软弱夹层)地段时,会增加工程施工的难度,其施工难度取决于断层的性质,规模、地层水文条件、断层破碎带及其填充物和隧洞轴线和断层构造线位置关系等,在施工中先对不良地质段实行临时支护或结合永久支护方案进行处理,对隧洞施工在安全、质量和进度上均有直接影响。

Abstract: The tunnel adverse geological faults include faultage, low strength, geological formation and development of loose, non-rock clay, high stress formation and water-rich strata. Crossing the fault (fault zone, or other soft interlayer), it will increase the difficulty of construction, its construction is very difficult depending on the nature of the fault, size, formation hydrological conditions, fault and fracture zone and the filling tunnel axis and fault structures line position relationship have a direct impact on the construction of the first segment of the poor geological conditions of the temporary support or permanent support programs in combination treatment, tunnel safety, quality, and the progress.

关键词:隧洞开挖;临时支护;不良地质处理;灌浆平硐兼交通洞

Key words: tunnel excavation;temporary support;adverse geological treatment;the grouting footrill access tunnel

中图分类号:TV52 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)15-0011-02

1工程简介

正安县石峰水库工程为灌溉、乡镇及农村人饮等综合利用的水利工程、水库总库容为1894万立方米,工程规模为中型,枢纽工程等别为Ⅲ等。坝址位于距安场镇6km的石夹河地盘溪河段,为C15砼砌石双曲拱坝,最大坝高59m,左、右灌浆平硐兼交通洞布设在近坝库岸坝顶高程上。

左岸帷幕灌浆平硐兼交通洞洞身全长181m,其中进、出口段15.27m,洞身段164.73m,洞向N4°E,岩层N35～45°E/SE∠45°,岩层走向与洞轴线斜交。进出口开挖断面6×6m,衬砌断面5×5.5m,洞身段开挖断面5.2×5.6m,衬砌断面5×5.5m,出口底板高程695.37m,进口底板高程695.00m。

2工程地质

工程部位沿线出露二迭系下统栖霞组第一、第二层灰岩,根据岩性和层厚的不同分为2段;

0+000～0+052.00洞身段,为二迭系栖霞组(P1q2)地层,岩性为灰色薄至中厚层灰岩,泥晶灰岩、瘤状泥晶灰岩及泥质条带灰岩。

0+052.00～0+181.77为二迭系栖霞组(P1q1)地层,岩性为灰色、灰黑色中至厚层灰岩,泥晶灰岩及瘤状灰岩。局部受溶蚀裂隙切割为Ⅳ-Ⅴ类围岩体,进出口开挖均为切向坡,隧道轴线与岩层走向夹角为29°,在0+090～0+135段及出口强风化带发育以下三组裂隙:

Ⅰ、N10°E/NW∠30～70°,裂隙宽0.5～50cm,长5～45m,可见切割深0.5～6m。充填块石、碎石及粘土,属张性裂隙。

Ⅱ:N20～30°W/NE∠50°,裂隙宽0.21～50cm,长1～8m,可见切割深0.3～2m.充填粘土,局部为方解石脉。

Ⅲ:N60°W/SW∠60°,裂隙宽0.2～10cm,长1～3m,可见切割深0.3～0.5m,局部充填粘土。

3工程施工

3.1 工程施工左岸灌浆平硐兼交通洞由于断面小,采用全断面开挖方式进行,在0+090~0+135桩号段开挖施工过程中,出现了3条沿洞轴线方向中发育的岩溶裂隙,其发育方向与隧洞轴线小角度(5~10°)相交,宽度在5~40cm,由于溶蚀裂隙贯穿发育不规则,深度不一,向洞底方向溶蚀裂隙逐渐闭合,宽度和深度均不大,在轴线顶部地表处见有裂隙出露,并在桩号0+110掌子面爆破作业后,上述桩号段中部(两溶蚀裂隙)独立岩体发生了4条横向断裂,其张开度为1~20mm,延伸长度为0.50~4m。并伴随着块石及粘土塌落,对于该不良地质段施工作业,存在很大的安全(施工作业人员安全思想包袱较大)隐患,必须作临时支护处理。

3.2 处理方案针对上述施工情况,经报告给相关参建单位后,联合到施工现场查看,通过现场讨论,该裂隙长度较大,并有强大的侧应力,必须加强拱墙衬砌,及时封闭。本桩号段的开挖、支护进度的快慢直接影响该交通洞的贯通进度,按照总体施工进度要求,左、右坝肩的开挖必须在2009年9月15日完成,随即进行坝基开挖及验收,到2009年11月10达到回填条件。

基于此,左坝肩开挖需要2个月时间,即在7月15日前要完成该交通洞的开挖及衬砌工作。

目前,洞身段的开挖还有110m,出口段6m,共剩余116m,预计不良地质段还有20m,按照常规进尺4米/日(1个工作面)计算,需要24天,不良地质段处理30日,按照现有的施工资源,总体在该隧洞施工剩余时间只有54日,要完成该洞身的临时支护及永久支护,时间较为紧张。为此,为了达到阶段性工期目标,必须对该不良地质段先采取临时支护,在确保安全的前提下,采用“预支护、短进尺、弱爆破、少扰动、多观测、及时临支”的原则组织施工,隧道整体贯通后,再进行永久支护。同时为确保工程安全和施工质量,决定暂停开挖掘进,先进行该不良地质段临时支护,即在该桩号段进行洞身扩大开挖、埋设超前锚杆、对软弱层进行喷射混凝土支护,待围岩体相对稳定后再进行钢拱架临时支撑。在确保安全的前提下,再进行隧洞剩余部分的开挖。

①洞身扩挖:

按照原设计喷射混凝土厚0.1m,开挖断面为5.2×5.6m,在加上16B槽钢架支撑和永久支护0.5m后,其开挖断面6.52×6.52m,为此,必先按设计断面尺寸进行洞身扩挖。

②超前锚杆和喷射混凝土:

原设计采用25mm锚杆,根据现有地质情况,采用Φ28mm锚杆,?I6mm挂网钢筋,喷厚0.1mC20混凝土。间排距及布置形式为随机,必要部位进行加密。锚杆长为4.5m,深入基岩4m,外露0.5m。沿开挖轮廓线,以稍大于隧洞断面的外插角,向开挖面前安装锚杆,形成对前方围岩的预锚固,在提前形成的前方围岩锚固圈的保护下进行开挖,打孔前选好钻头尺寸,采用“先注浆后插锚杆”的程序,钻头尺寸比锚杆直径大15mm以上。挂网钢筋时,在有锚杆的部位用焊接把钢筋网与锚杆连接在一起,并用膨胀螺杆固定于岩体上。

③钢架支撑:

完成锚喷之后,采用16B槽钢进行拱顶支护,16B槽钢采用在加工厂按预定尺寸加工好,在现场安装焊接,边墙钢架采用16工字钢支撑连接,并焊接。榀间排距采取30~100cm,结合岩层实际灵活布置,并用28螺纹钢筋纵向连接。在钢架与锚喷断面有间距和空洞时,钢拱架上部分别铺设钢丝网、原木填塞和加厚喷射混凝土厚度,使钢拱架与围岩面尽量接触,使围岩体与临时支撑体整体受力较好。在边墙部位并加设锁脚锚杆,已加固16工字钢的自稳。其支护断面如图所示。

④永久支护:

在完成该桩号段临时支护施工后,经过观测,确定围岩基本稳定后,进行剩余隧洞段的开挖,开挖时,调整爆破参数(弱爆破),避免因爆破对临时支护产生破坏,待全隧洞开挖完毕后,再进行该隧洞的永久衬砌。

4实施效果

经过参建各方对实际情况的掌握和充分论证,通过讨论形成临时支护方案决定。施工单位按照临时支撑方案要求,积极组织工程施工,该部位不良地质段为0+090~0+135,总长45m,总体处理时间为16天,在对该部位进行临时支护,消除不良地质可能造成的施工安全后,解除施工作业人员的安全思想包袱,对隧洞剩余部分的开挖中,依据此前经验,在日进尺上从原来的4米/日,提高到平均4.5 米/日,剩余开挖工程量只用了22日,原计划需用54日完成的任务,实际只用了38日,提前了16日。该隧洞工程施工达到了安全、质量和进度的目标,同时也对于总体工程进度目标的实现提供了有力保障。

5结语

隧洞施工中经常出现不良地质地段,如果不能及早发现和预测,及时采取相应的处理方案,或者采取的方案不当或处理方法不及时,将会造成工程工期滞后,成本增加,甚至发生安全事故。所以及时拟定对不良地质段的处理方案,组织相关施工资源进行施工,不仅对于工程的施工安全、质量及进度管理显得重要,同时,也可提高工程的经济效益。