砾岩地质条件下斜井与平洞段圆形洞室施工技术探讨

1、·682·砾岩地质条件下斜井与平洞段圆形洞室 施工技术探讨谢绍泽(中国水利水电第四工程局第一分局引洮项目部，甘肃定西，09328445116)摘要：文章介绍了在砾岩地质条件下斜井及平洞施Tm渣系统的选型与布置，以及各种 施工措施的应用，为类似工程施工积累了丰富的经验。关键词：砾岩；出渣系统；选型与布置；技术；应用1概述甘肃引洮供水一期工程总干渠9 8隧洞工程位于甘肃省定西市境内，隧洞【J距离兰州市区约139km。隧洞全长1827km，中部包括稍家沟施T斜井丁程。本工程计划从洮河九甸峡水利枢纽调水至甘肃省中部干旱地区定两市一带。 设计引水流量32m3s，加大流量36m3s，一

2、期工程设计年调水量219亿m3，为大 (2)型跨流域调水工程。稍家沟斜井与总干渠98隧洞相交桩号为80+01526m，接 点高程EL210932m，总长约78972m，坡度为40，横断面为城门洞型，分A型、B 型，净断面尺寸分别为535mX 485m(宽×高)、525m×475m，采用钻爆法施工，主要承担主洞中部含漂石洞段(长920m)钻爆法施工的出渣及一次支护施工，为 TBM机顺利穿过创造条件。斜井与主洞交叉段长50m(桩号：79+9902680+ 04026)为加强段，开挖断面直径635m，二次混凝土衬砌，其余洞段作为TBM机的 滑行段，等TBM机穿过时进行预制管片衬砌

3、施工。2工程地质特性主洞中部920m洞段及稍家沟斜井围岩类型主要为、V类围岩。类围岩为下第三系固原群(Egy)巨厚一厚层状含漂石的砾岩，夹泥质粉砂岩、砾岩地质条件下斜井与平洞段圆形洞室施工技术探讨·683·砂砾岩，泥钙质胶结，胶结程度差，砾岩中漂石含量在10左右，最大粒径大于2m， 砾及砂含量在7080，泥含量约1015，砾卵石部分风化强烈，呈粉末状， 漂石、砾、卵石磨圆度、分选性差，成分多为花岗岩、花岗片麻岩，该岩性遇水易软化， 强度较低。围岩总体为层间结合差的巨厚一厚层状结构，单层厚度一般80200cm，局部为薄层状结构，单层厚度一般2060cm，围岩中构造不发育，岩层

4、产状 NW300。SW<12。，砾岩层中含少量孔隙水，该地下水对隧洞围岩稳定性影响较大，将 软化围岩强度，降低围岩自稳能力，施工过程中有线状流水，围岩自稳能力差，开挖 时易出现顶拱的坍塌变形破坏。地下水水质较差，对普通水泥具硫酸盐结晶性强 侵蚀。V类围岩主要由坡洪积块石碎石土(dlQi)组成，厚度约2030m，结构松散，进 洞时需要清除块石碎石土。围岩为下第三系固原群(Egy)巨厚一厚层状含漂石的砾 岩，夹泥质粉砂岩、砂砾岩，泥钙质胶结，胶结程度差，该岩性遇水易软化，强度较低， 属极软岩类，自稳能力差，开挖中易出现顶拱的坍塌变形破坏。3施工机械选型31出碴设备选型9。隧洞稍家沟斜井和主洞

5、中部920m平洞段钻爆开挖及一期支护施工交通为斜 井本身，根据斜井施工坡度较大的特点(坡度为40)，一般轮胎式机械根本无法具 备l叶渣条件，为此合理的机械选型及布置显得尤为重要，通过技术论证决定选用有 轨机械设备来作为出渣及材料的运输比较合理。通过对工程工期的分解，以及日钻爆进尺单循环时间计算，运渣设备选用长×宽×高一68m×13m×15m的侧卸矿 车、轨道为I 22轻轨，牵引设备通过力学计算，采用30t卷扬机。具体参数见表1。表l 30t卷扬机技术参数表卷扬机乖，jIJ尔，jl绳“径人中电动机功率牵引速度卷扬机自重(KN J(FIIII)(kW)(mr

6、ain)(t)3fJ028200140 12920m主洞材料及石渣运输原计划采用电瓶车运输，通过施工条件及消费比的 论证，选用5台农用三轮车作为运输设备，石渣运输至斜井底部卸渣地沟处倒人矿 车，再由矿车运出斜井。优点：经济、实用，简便、可靠、安全。·684·32装碴设备选型由于斜井最小断面为525m×475m、主洞最小断面直径为595m，大、中型装 渣设备回转困难。根据出渣施工强度、机械设备性能等各项参数的比较计算，选用 SWES0小型液压挖掘机装渣。具体参数见表2。表2 SWES0小型液压挖掘机技术参数表最小回转半径最大挖掘高度斗容下车总宽车身高度(ram)(r

7、am)(ITl2)(ram)(mitt)23624963018195025714施工平面布置41出碴系统布置 根据斜井进洞点及其现场实际地形，靠近进洞口右侧有一干河滩，地势较高，雨季洪水较大，平时干枯，为达到防汛目的，洞口右侧填筑防汛围堰，且针对斜井开挖 施工的特性，为满足卸渣条件，卷扬机室设在离洞口70m处(桩号：0+075)，因其基 础在干河滩内，无法满足卷扬机拉运角度，所以回填石渣增高，填至设计高度。卸渣 地沟设在离卷扬机室30m处，地沟尺寸6mX 5mX 6m(长×宽×高)。轨道系统布置 在斜井左侧(出渣轨道中心线偏中一189m)，右侧作为履带式小反铲等机械的运行

8、通道。42拌和系统布置针对轨道布设情况及现有地形，砼拌和系统布置在洞口左侧(桩号：0+1000+140)，面积1600m2，拌和楼布置于桩号o+115处，紧靠轨道旁，架设高度为3m，以 利混凝土拌和后直接送入矿车运输。43风、水、电管路架设为规范化施工，洞内风、水、电管路统一架设于隧洞右边墙，布置形式如图1，管 路支架每6m一个固定于右边墙，且每6m架设一盏低压灯泡作为施工照明。管路 支架见图1。砾岩地质条件下斜井与平洞段圆形洞室施工技术探讨·685· 瓷瓶图15洞室开挖施工方法51洞脸开挖根据地形，采用梯段分层方式进行洞脸覆盖层开挖，分层高度按4m一层进行划 分，分两个梯

9、段。开挖时采用装载机装渣，自卸车拉运的方式进行。靠边坡2m范围 利用反铲扒面，预留03m人工配合进行修正，局部采用小药量，松动爆破的方式进 行开挖。512洞13施工方法根据所揭示地质情况，洞口外侧先架设3榀钢拱架作一明拱，拱架间距05m，并用浆砌石砌筑，明拱表面喷015m厚混凝土；洞口掌子面沿设计轮廓线外010m 处打设超前管棚管，角度为下倾10度，间距为045m，管棚长3Om，并进行注浆施 工，管棚管与钢拱架进行焊接，形成一个联合受力整体，从而增大了洞脸围岩的自稳 能力。513洞室钻爆及支护施工的几种方式 (1)洞口开挖针对地质条件，洞口部位一改过去常使用的全断面或上下半洞的开挖方式，采用中

10、部预留核心土，先挖出靠设计轮廓线Im范围的岩层，即按设计轮廓线造设一排 周边孔，第二排孔与周边孔形成57。的夹角进行布孔，周边孔内不装药，起到减轻爆 破震动对围岩影响的作用(如图2所示)，从而增大围岩自稳能力。周边围岩(I区) 开挖出渣后及时架设钢拱架强行支护，同时挂网喷砼，然后再挖出核心土形成洞挖·686·断面。图2爆破参数见表3。根据岩石强度单耗取g一04kgm3；爆破孔与周边孔夹角卢=57。裹3倾角孔深孔径间距单耗孔类(。)(m)(mm)(cm)(kgm3)周边孔OO65045爆破孔5712509004(2)斜井V类围岩开挖方式采用短进尺、弱爆破、强支护的方式进行施工

11、，钻爆施工采用上下半洞非电毫秒 微差光面爆破开挖方式进行。主要目的最大限度地减小爆破震动缩小爆破松动 圈。具体体现在上下半洞分两次爆破和装药结构上的调整；第一，掌子面全断面造 孔，分两次爆破，先爆破下半洞，后再装药爆破上半洞；第二，装药结构上的调整主要 体现在周边孔上，根据现场爆破实验总结出，此类岩石一改过去周边孑L全孔敷设导 爆索，进行间隔装药的结构形式，而是取消了导爆索的敷设，只在孔底装200 4009 药量(根据现场实际调整)，主要承担爆破周边孑L的残埂的任务；从爆破效果来看，半 孔率在84以上，整个洞型的平整度比较好。爆破参数见表4。襄4倾角孔深孔径间距排距单耗单响药量孔类(。)(m)

12、(mm)(cm)(cm)(kgm3)(kg)周边孔23504536辅助孔2350904004624掏槽孔6528505080O9684爆破孔235060800972砾岩地质条件下斜井与平洞段圆形洞室施工技术探讨·687·V类围岩支护方法鉴于V类围岩的地质条件，掘进前采取了洞室顶拱范围打安超前管棚的方法对 围岩进行超前支护，超前管棚长30m，管棚与洞轴线夹角10度左右，孔内进行同结 灌浆，且进行系统锚杆(L一4m)的打安及架设钢拱架并挂网喷混凝土(喷层厚度15cm)施工。支护施工工序：蹬渣打系统锚杆孔出渣安装锚杆架设钢 拱架打按管棚管棚灌浆喷砼。(3)斜井类围岩开挖方式采用全

13、断面开挖方式，单循环进尺在21-23m左右，每23个循环后，进行 一次支护，从而加快了循环时间，提高了施工进度。支护形式：打安系统锚杆挂 网喷砼(4)平洞段圆形洞室开挖技术 根据地质条件与圆形洞室的特点，采用上、下半洞阶梯开挖方式，其主要优点施工方便，能充分地发挥机械效率；上半洞掏槽采用楔型掏槽方式，钻爆施工采用非电 毫秒微差光面爆破开挖方式进行；上、下半洞间的阶梯长度约5m左右，以便于搭设 工作平台，且能充分发挥山河50E挖掘机的装渣速度。如图3。囝3(5)斜井与主洞交叉段的施工斜井与主洞交叉段是应力集中部位，此部位设有信号间洞室(35mX 25m× 2m)，变压器室(4mX 3m

14、×3m)和矿车受渣地沟，应力分布复杂，此部位的施工必须 小心而谨慎，经过现场多次论证，采用先施工交叉段，后施工变压器室、信号间、卸渣 地沟等部位。施工布置 斜井桩号o+860o+88704为水平洞段，按受料矿车参数，三轮车回转半径及变压器技术安全要求等综合考虑，变压器室设在斜井桩号0+864o+868右边 墙；信号间设在桩号o+870o+8735左边墙；从桩号o+865开始按l：8坡降降 至桩号o+882作为矿车受渣地沟。0+860桩号为斜井斜坡段与水平段的折点，为 了平顺的铺设矿车轨道，从桩号0+840-0+865段轨道底部回填石渣作为过渡段。 如图4。施工措施·688&

15、#183;图4A开挖方式 主洞加强段(与斜井交叉点上下游各25m为二次混凝土衬砌段，桩号为79+99026,-一80+4026)施工进行边开挖边支护的原则，斜井进入主洞，先按斜井断面 进行开挖，挖至离主洞右边墙05m停止，然后进行主洞下游面上坑道的开挖，上坑 道向下游掘进10m，6m范围之内渐变挖至主洞断面，其余4m边开挖边支护，支护完 成后，反向向上游进行扩挖，边开挖边支护。B支护方式在变压器室、信号间室、卸渣地沟丽侧斜井部位各架设3榀I 16钢拱架并挂网 喷砼，钢拱架架设间距为06m、喷砼厚度为015m，并打安+22、L=25m、间排距为 2m×06m、人岩23m的系统锚杆，以增

16、强围岩稳定性。斜井与主洞交叉部位斜井15m范围架设了5榀钢拱架，间距为05m，靠主洞 处两榀拱架焊接成整体，作为主洞与斜井交叉处悬空钢支撑的支腿。6主洞920m轨道床浇筑(1)模具选型总干渠98隧洞工程中部920m洞段TBM滑行轨道床砼浇筑，模具由加工厂制 作，具体结构尺寸见图5。拉模设备选用1台5t卷扬机为滑模滑动提供动力。 (2)钢筋制安根据设计图纸的要求，TBM滑行轨道床为现浇钢筋砼，钢筋选用串14级钢筋，砾岩地质条件下斜井与平洞段圆形洞室施工技术探讨·689·囝5钢筋安装前，将钢筋在加工厂按设计图纸进行加工，再经斜井矿车倒运至施工现场。 钢筋安装前必须根据测量放线数

17、据架设架立筋，然后按照钢筋制安、绑扎有关规范 要求进行绑扎或焊接，对钢筋网进行整体加固，满足设计要求，并经三检人员检查， 自检合格后申请监理工程师验收。(3)143钢轨敷设 根据设计图纸的要求，TBM滑行轨道床钢筋砼浇筑时需预埋143重型钢轨以作为TBM滑行的轨道。为了确保TBM滑行轨道安装精度，待基础面清理干净后在预 埋143重型钢轨沿线每隔20m的位置环向增设人岩20cm、外露20cm、L一40cm的 2夺28插筋，主要承担架设轨道的稳定及混凝土入仓等各种荷载；插筋打按采用手风 钻造孔，安装前先在孔内注水泥基锚固剂或水灰比为04：1的灰浆，然后再安装插 筋，插筋安装后在28h内不得敲击或扰动，待强度达到要求后方可进行轨道加固与 调整。插筋布设沿左右轨道测量位置平行布设。详见图6：图6TBM滑行轨遁安装增设箍肠图(4)混凝土的入仓运输 为了方便混凝土的入仓运输，加快施工进度，节约成本，混凝土入仓考虑在钢筋和轨道铺设和验收后，轨道顶部每隔30m铺设一对方木(o25m×025m X 3m)，其 上铺设马道板，作为混凝土运输的通道，混凝土运输用人工推架子车的方式进行。 为防止轨道间距因混凝土运输而造成变形，则每隔3m左右用425钢筋进行加固。(5)浇筑和振捣措施中部920m洞段TBM滑行轨道床