水工隧洞开挖中的问题及处理措施

水工隧洞开挖中的问题及处理措施水工隧洞开挖中的问题及处理措施摘要：隧洞开挖，由于受地形、工程地质、水文地质等诸多因素的制约，常对施工安全、工程进度、工程投资造成一定的影响。本文介绍了水工隧洞的基本特征，分析研究了水工隧洞开挖中的问题及处理措施。关键词：水工隧洞开挖；特点；处理措施中图分类号：TV551文献标识码：A引言在水工隧洞开挖过程中，地质情况很差的洞段或遭遇严重涌水的洞段极易发生隧洞掉块及坍塌，将危及工程施工及人员安全。因此,在工程施工准备阶段，就应针对不良情况提出防治预案，尽可能地保证人员安全及施工的正常进行。水工隧洞的工作特点1.1水流特点。泄水隧洞出口流速高，单宽流量大，能量集中，消能防冲措施要求较高。隧洞进口位于水下较深处，闸门承受的水压力大，要求闸门刚度大，启闭机容量大。高水头无压泄水隧洞，容易在高速水流的作用下引起振动及洞身空蚀破坏。有压隧洞往往承受较大的内水压力，若衬砌漏水，压力水将渗入围岩裂隙，形成附加的渗透压力，破坏岩体稳定。因此要求有一定厚度的围岩和足够强的衬砌。1.2结构及施工特点。水工隧洞是从山体中开挖出来的地下结构，其结构形状、受力与围岩密切相关。隧洞开挖后改变了岩体原来的平衡状态，引起孔洞附近应力重分布，岩体产生变形，严重的甚至发生崩塌。因此，隧洞中常需设置临时性（施工期）支护和永久性衬砌，以确保隧洞施工期和运行期的安全。与地面建筑物相比较，长、工序多，施工干扰较大。1.3洞线选择（1）地质条件是隧洞线路选择的决定性因素，隧洞应尽可能布置在坚硬的岩基中，避开严重的破碎带和地下水丰富的地段。线路轴线与岩层层面、构造断裂面和主要节理裂隙面应具有较大的夹角，使洞线通过岩层倾角较陡的地段。隧洞进出口要选在山岩完整稳定无滑坡的位置。（2） 隧洞路线应力求短而直，以减少工程费用和水头损失。如由于地形、地质条件和枢纽布置的原因必须转弯时，其弯曲半径要大于5倍的洞径或洞宽，使水流平顺。（3） 隧洞应有一定的埋置深度，以减小衬砌厚度。一般顶部及侧面的岩层厚度应大于3倍隧洞的洞径或洞宽。（4） 应兼顾施工方便。对于长洞应考虑便于设置施工竖井或支洞，增加开挖工作面加快施工进度，并便于出渣和进料。水工隧洞身的开挖短隧洞通常经过前期的地质勘探，可以全面的准确了解地质的情况，如果存在有问题，也可以预先分析出解决的办法。但是长隧洞即使勘探工作很仔细，也不可能避免掉探孔间出现地质情况突变的问题，给开挖带来了一定困难。遇到的问题有：岩体松散或破碎，出现断层；地下水位高，有渗漏和涌水现象；出现页岩层理倾角较大，甚至接近于垂直，层理间有页泥夹层；处理这些问题的办法是通过新奥法来施工：一是要加强施工的监测，提前了解出地质的问题，研究出处理的措施，避免因为开挖不当而造成的损失；二是使用光面爆破，尽量少超填、超挖；三是喷锚支护，如果岩层有破碎的时候要考虑通过钢衔架或钢拱架来支撑。当出现地下水位高或涌水量大的时候，要加强排水工作，在隧洞的底部设置积水坑、排水沟，进行抽排，在洞侧壁和洞顶部位打孔，埋好排水管。如果地下的水位高于隧洞输水最高运行水位，不会产生内水外渗现象，也可以保留排水管。水工隧洞开挖中的问题及处理措施3.1开挖过程中遇到断层地段的处理措施隧洞穿过断层地段的施工难度取决于断层的性质、断层破碎带的宽度、填充物、含水性和断层活动性以及隧洞轴线和断层构造线方向的组合关系（正交、斜交或平行）。此外，在施工过程中，围岩的破坏程度、工序衔接的快慢、施工技术措施是否得当等均对断层地段的处理有较大影响。当隧洞轴线接近于垂直构造线方向、断层规模较小、破碎带不宽且含水量较小时，条件比较有利，可随挖随撑。但当隧洞轴线斜交或平行于构造方向时，隧洞穿过破碎带的长度增大并有较大的侧压力，对其应加强拱墙衬砌并及时进行封闭。3.1.1施工方法的合理选择：当断层带内充填软塑状的断层泥或特别松散的颗粒时，比照松散地层中的超前支护，可采用先拱后墙法；如断层带特别破碎，可采用马口开挖。如断层地段出现大量涌水，宜采取排堵结合的治理措施。3.1.2施工中的注意事项：如果断层中的地下水是由地表水补给时，应在地表设置截排水系统引排。对于断层承压水，应在每个掘进循环中向隧洞前进方向钻凿不少于2个超前钻孔，其深度宜在4m以上，以探明地下水的情况。随工作面的掘进进度挖好排水沟，准备足够的抽水设备并设置适当数量的集水坑，以满足排水要求。通过断层带各施工工序之间的衔接时间应尽量缩短，并尽快实施锚喷封闭，以减少围岩的暴露时间、松动和地压增大。在隧洞断层地段，应对钻爆设计做特殊的交底。严格控制各爆破孔特别是周边孔的数量、深度及装药量，原则上尽量减少爆破对围岩的扰动。在断层地带开挖后应立即进行初喷混凝土，并坚持“宁强勿弱”的原则，加强支护。紧跟开挖面进行现场监控量测，根据量测所反馈的信息及时调整初期支护的参数并掌握二次衬砌的最佳时间。3.2开挖隧洞出现涌水的处理措施渗水量不大时，采用堵排结合的方法，即加强拱墙衬砌结构,在拱部衬砌厚度外设透水软管与边墙盲沟接通，引水至隧洞两侧的排水沟；在后期二衬施工缝设置纵横向止水带。为防止发生涌水等异常情况，对涌水现象较为严重的地段拟采用成熟的施工工艺，即劈裂注浆固结法施工。劈裂注浆固结法施工工艺流程为：施工准备通过地质超前钻孔资料，分析断层地质情况。钻孔注浆和隧洞衬砌结构设计。准备注浆材料，测定性能。安装并调试钻孔和注浆机械设备。设置止浆岩盘或止浆墙。止浆岩盘或止浆墙一般设在较完整的岩层顶面约5m的位置。若基岩节理发育、围岩破碎时应设置2-5m的止浆墙，并将墙身嵌入围岩0.3-0.5m。钻孔埋设孔口管：开孔直径为146mm,长度为2m,用CS（水泥、水玻璃）砂浆填塞预埋的U127孔口管，并在管口安装U127球形闸阀，以封闭钻孔中可能出现的涌水。孔口后的钻孔直径为108mm。当钻至后半部时，钻孔直径改为89mm。钻孔机械选用地质钻机和100B导轨式独立回转凿岩机。扫孔钻进时，观察分析回水岩芯或弃渣状态，用以判断注浆质量并调整注浆参数。压水试验成孔后注水数分钟（注水量由小到大），测定吸水量并清洗岩层裂隙。b.压水试验应在裂隙冲洗后进行，可采用“简易压水”、“单点法”及“五点法”进行压水试验。注浆方法双液注浆系统：采用两种浆液和两套输浆系统输浆，经混合器混合后注浆。根据钻孔地质情况，可采用全孔一次注浆和前进式、后退式分段注浆方法。施工过程中，若遇断层发育可能发生涌水时，采用前进式分段注浆，逐步向前推进封墙。钻孔及注浆原则为先外后内、先疏后密、外密内疏、反复钻注、开孔诱导。注浆类型分为水泥浆和水泥-水玻璃双液。根据注水试验、清孔情况、泵送能力及在注浆过程中的进浆情况确定用单液还是双液。注浆结束需按要求达到规定的注浆压力值，并应稳压30min。f注浆完成8h后，可继续进行隧洞开挖。结语水工隧洞开挖因为受到了各种客观条件限制，通常会出现一些施工上的难题，如果要解决这些问题，使得开挖施工既能安全可靠且又经济合理，就必须根据具体的情况，因地制宜采取相应的可操作性强的措施，才可以达到预期目的。以上简述了隧洞开挖施工过程中经常会遇到的一些问题和处理措施，并且结合了具体的工程实例进行说明，以期在总结经验的基础上不断的改进创新，提高开挖施工技术水平，为又快又好又省进行水利水电工程建设提供一些科学依据。参考文献：[1]卢颖