摘要：砂泥岩地下洞室，地质情况复杂，围岩稳定性差，施工难度大，安全问题突出。在本工程施工全过程中采取了系列快速施工技术，有效避免或减少了围岩塌方的发生，保障了施工和工程安全。
关键词：砂泥岩地层；特大地下洞室；洞挖与砼衬砌；施工技术
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 m×17m（宽×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、一期支护型式及砼衬砌厚度如表1所示。
表1 右岸导流洞进口段洞挖及砼衬砌技术参数表
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右岸2#导流隧洞布置如图1所示。
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图1 董箐水电站2#导流隧洞布置图
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。位于地下水位之下，洞壁多潮湿、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。
表2 右岸导流洞围岩分类及指标表
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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8×6m（宽×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。
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#上岔洞双向；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。
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图2 开挖顺序图
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Ⅲ～Ⅳ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。施工中采用的分部分块如图3所示。
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图3 分层分块图
4.2 钻孔爆破
4.2.1 上层洞钻孔爆破
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
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
YT28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砼衬砌，不宜长期暴露，即不能等待洞室全部开挖完成后，才按部就班进行砼衬砌，特别是对洞口部位要先进行砼衬砌锁口，对不良地质段必须采取戴“安全帽”、栓“金腰带”的砼衬砌施工工艺，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，尽快组织砼衬砌，以快速施工保安全，最终达到安全生产的目的。
6.1 洞室砼衬砌施工
本洞室砼衬砌施工主要有2个工作面，即进口及桩号0+235m（2#下岔洞），洞室砼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。洞室砼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）。
表3 右岸导流洞进口段一期支护型式表
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6.1.1底板砼浇筑
底板砼浇筑是在进口及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。砼由阴河拌和系统集中拌制，6m3砼罐车运输，分别经进口和2#下岔洞通道进入卸料点，三一重工砼泵（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：底板砼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，底板砼浇筑实际进度能达到3天一仓。
6.1.2边墙及拱顶砼衬砌
边墙及拱顶砼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天浇筑一仓顶拱砼。2#导流洞进口段砼衬砌施工中投入了边墙、顶拱及钢筋台车各2套，按期完成了砼衬砌施工任务。
6.1.3重要部位及不良地质洞室段砼衬砌
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，这些特殊洞室段砼衬砌施工方法如下：
⑴进口锁口砼衬砌：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，应及时进行砼衬砌锁口。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砼衬砌施工。
⑵不良地质洞室段砼衬砌：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砼衬砌施工。
堵头段(0+370m～0+400m), 最大开挖断面为21.3 m×23.15m，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、后段砼衬砌施工时，采取先拱顶砼（戴“安全帽”），再底板、边墙砼（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砼衬砌，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：
⑴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。
⑵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。
⑶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。
⑷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。
⑸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、钢纤维喷砼技术及钢支撑技术，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。
⑹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”的砼衬砌施工方法，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一。
⑺在本工程施工中，采用自行设计制作的轻型钢模台车，对洞室砼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。
作者简介：罗成（1972-），男，贵州人，高级工程师，从事水利水电工程技术与管理工作。
论文作者:罗成
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/2
标签：围岩论文; 地质论文; 隧洞论文; 泥岩论文; 台车论文; 断面论文; 方法论文; 《基层建设》2019年第27期论文;