馬愛(ài)冬

（聞喜縣水務(wù)局 043800）

1 工程概況

石門引水新水源工程，是將山西省聞喜縣中條山南麓石門鄉(xiāng)的橫榆河和石門河的地表水，通過(guò)建閘修壩攔蓄河水，開(kāi)鑿引水隧洞（總長(zhǎng)13.36km，斷面尺寸1.6m×2.0m），將水自流引入已建成的小澗河水庫(kù)進(jìn)行調(diào)蓄后，通過(guò)長(zhǎng)21.25km、直徑600mm的輸水管道，再將水自流輸送至聞喜縣城用水戶。

2 石門隧洞工程地質(zhì)情況

引水隧洞需要穿越中條山系及涑水盆地的低中山、黃土丘陵、涑水盆地山前洪積扇及沖積平原等復(fù)雜地形。巖性主要由太古界變質(zhì)巖系及新生界的沖、洪積物構(gòu)成。

引水隧洞工程穿越地區(qū)由于地層軟弱巖性（砂質(zhì)泥巖）較多、地質(zhì)構(gòu)造破壞嚴(yán)重、地下水發(fā)育，因此極不穩(wěn)定圍巖類型所占比例較大，常發(fā)生塌方事故，施工難度較大，如果不及時(shí)采取科學(xué)可行的施工措施，將會(huì)極大地影響施工安全、工程質(zhì)量和進(jìn)度。

石門引水隧洞樁號(hào)4+969～5+012段通過(guò)F1斷層，該段層為壓扭性逆斷層，斷層走向N53°E、NW∠7°，斷層長(zhǎng)度16.4km，斷裂帶寬度10m，破碎帶中巖石強(qiáng)烈破碎，可見(jiàn)有擦痕。

斷裂兩側(cè)地層巖性為上元古代呂梁期花崗巖，塊狀構(gòu)造，粒狀結(jié)構(gòu)，夾有方解石脈體，基巖表面呈全風(fēng)化狀態(tài)，全風(fēng)化層厚3～5m，強(qiáng)風(fēng)化層厚度20～30m。裂隙主要發(fā)育有兩組，產(chǎn)狀分別為 N73°～78°E、SE∠79°；N3°～8°E、SE∠57°，裂隙寬度0.4～10cm，被砂土充填。上覆圍巖厚度405～420m。該段位于地下水位以下，洞段有涌水等情況。

3 不穩(wěn)定圍巖的施工措施

3.1 超前固結(jié)灌漿

在開(kāi)挖前，先對(duì)隧洞斷面周邊進(jìn)行灌漿固結(jié)，使開(kāi)挖斷面外2m范圍內(nèi)的圍巖固結(jié)密實(shí)。

為防止灌漿時(shí)漿液從掌子面外流，首先在灌漿前向掌子面噴射5cm厚的C25混凝土，形成止水層；其次沿隧洞斷面周邊以50cm的間距鉆注漿孔，孔徑φ40，孔深3m，以與洞軸線方向30°和40°的夾角交錯(cuò)布置；再次將3.20m長(zhǎng)的灌漿導(dǎo)管裝入注漿孔內(nèi)，外露20cm，孔口用錨固劑堵塞密實(shí)，以防漏漿；最后將純水泥漿或水泥—水玻璃雙漿液并摻加適量速凝劑壓入注漿管內(nèi)。漿液配合比一般為水泥漿水灰比為0.8～1.2；水泥漿：水玻璃漿為1∶0.5（體積比）。施工時(shí)根據(jù)實(shí)際情況另行調(diào)整。當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力0.2MPa停止吸漿時(shí)，即可結(jié)束。

3.2 超前支護(hù)

3.2.1 超前錨桿施工

對(duì)巖石穩(wěn)定性較差地段，為保證開(kāi)挖正常進(jìn)行，需采用超前錨桿提前進(jìn)行支護(hù)。超前錨桿采用手風(fēng)鉆造孔，用注漿機(jī)將砂漿注入錨桿孔中，然后安插錨桿。超前錨桿上傾角控制在5°～10°，孔深不小于單循環(huán)進(jìn)尺的3倍。

3.2.2 超前注漿小導(dǎo)管施工

對(duì)洞身圍巖斷層帶，為保證成洞穩(wěn)定，施工中采用超前小導(dǎo)管，先對(duì)圍巖進(jìn)行加固，然后再進(jìn)行開(kāi)挖。超前小導(dǎo)管長(zhǎng)度3.50m，環(huán)向間距20～30cm，小導(dǎo)管采用φ42鋼管。

超前注漿小導(dǎo)管施工中采用YQ100B或手風(fēng)鉆鉆孔，人工安裝插管，MZ30注漿機(jī)灌注水泥砂漿，灌漿壓力初步選為0.2MPa，施工時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定灌漿壓力。若斷層地下水豐富，則采用雙液注漿泵同時(shí)注入水泥和水玻璃漿液。

3.3 開(kāi)挖

在V類圍巖隧洞控制循環(huán)進(jìn)尺是非常重要的安全措施。該斷層采用循環(huán)進(jìn)尺為0.5m，有效地限制了圍巖變形的速率，避免了圍巖變形突然釋放造成的施工塌方。

3.4 初期支護(hù)

由于斷層破碎帶巖體軟弱破碎，再加上地質(zhì)構(gòu)造影響，隧洞開(kāi)挖后變形發(fā)展迅速，僅靠錨桿或鋼筋網(wǎng)噴混凝土支護(hù)不足以抵抗圍巖的有害變形的發(fā)展。因此，石門引水隧洞F1斷層帶采用開(kāi)挖后緊跟支護(hù)方案，即錨桿+掛網(wǎng)+鋼拱架+噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)形式。隧洞底部安設(shè)鋼拱架與邊墻拱架焊為一體，使得支護(hù)形成較為穩(wěn)定的支護(hù)閉合環(huán)。鋼拱架支護(hù)間距0.5m/榀，拱架間連接采用φ22的縱向連接筋焊接，間距為1m。

鋼拱架間設(shè)置拉桿并用噴射混凝土填平，鋼拱架垂直于隧洞中心線架立。當(dāng)鋼拱架和圍巖之間間隙過(guò)大時(shí)設(shè)置混凝土墊塊，再用噴射混凝土充填密實(shí)。鋼拱架安裝就位后，采用噴射混凝土使鋼架與洞壁圍巖貼緊；噴射混凝土?xí)r，先噴射鋼架與壁面之間，再噴射鋼架之間，同時(shí)對(duì)破碎軟弱地段的圍巖穩(wěn)定進(jìn)行監(jiān)測(cè)，遇有危險(xiǎn)情況，及時(shí)采取增強(qiáng)鋼拱架等措施，進(jìn)行調(diào)整、修補(bǔ)和置換。

4 不穩(wěn)定圍巖的預(yù)防措施

4.1 圍巖量測(cè)

地下開(kāi)挖工程的安全監(jiān)測(cè)，已成為地下開(kāi)挖工程施工過(guò)程中不可缺少的內(nèi)容，也是地下開(kāi)挖工程采用動(dòng)態(tài)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的信息來(lái)源。按照《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（GB50086—2001）要求，圍巖穩(wěn)定的判別依據(jù)為：圍巖變形總量已完成允許變形量的90%；變形速率已明顯下降，變形速率小于0.2mm/d，定拱沉降變形速率小于0.15mm/d。因此，根據(jù)石門引水隧洞地質(zhì)特征，布設(shè)收斂和頂拱沉降量測(cè)。收斂和頂拱沉降量測(cè)對(duì)施工干擾小、測(cè)量速度快、數(shù)據(jù)直觀、便于應(yīng)用，隧洞周邊相對(duì)位移變化能夠綜合反映圍巖穩(wěn)定狀況與支護(hù)效果。

4.2 重點(diǎn)觀測(cè)部位

在施工期間，要進(jìn)行地質(zhì)觀測(cè)和預(yù)報(bào)，對(duì)可能出現(xiàn)的不良地質(zhì)問(wèn)題（如對(duì)圍巖發(fā)生巖爆、片幫、巖石開(kāi)裂、掉塊、坍塌、支護(hù)變形、地下涌水等）隨時(shí)觀測(cè)，判斷其是否有變形破壞趨向。對(duì)隧洞揭露出來(lái)的各種主要地質(zhì)現(xiàn)象，及時(shí)進(jìn)行編錄與測(cè)繪。主要包括地層巖性、構(gòu)造特征（斷層、節(jié)理、擠壓破碎帶及結(jié)構(gòu)面組合形態(tài)）、圍巖穩(wěn)定性、塌方掉塊位置、塌落高度及方量、圍巖處理措施、巖石風(fēng)化程度、地下水活動(dòng)特征。一般重點(diǎn)觀測(cè)如下部位：

a.洞頂薄層狀巖體，又有幾組結(jié)構(gòu)面破壞，形成了平鋪板狀體，易塌方地段。

b.頂拱或兩壁夾有較厚的軟弱夾層地段。

c.邊墻有與洞軸線將近平行的陡傾角節(jié)理、裂隙，易滑塌、片幫的洞段。

d.隧洞頂部的屋脊形（即人字形）結(jié)構(gòu)面組合地段。

e.隧洞頂拱出露較多滑動(dòng)鏡面的地段。

f.散體結(jié)構(gòu)、且有地下水活動(dòng)的較大斷裂破碎帶洞段，觀察其塌落發(fā)展情況。

g.地下水集中溢出點(diǎn)位置，觀察其出溢狀態(tài)、對(duì)圍巖穩(wěn)定影響情況。

h.觀察施工爆破，對(duì)圍巖卸荷松動(dòng)，裂隙張開(kāi)等影響程度。

i.對(duì)隧洞深埋洞段，觀察地應(yīng)力、山巖壓力對(duì)隧洞圍巖是否有變形破壞。如巖層有無(wú)產(chǎn)生蠕變、片幫、片狀剝落、巖層開(kāi)裂、裂隙加寬、小的掉塊、聲響和巖爆現(xiàn)象。

j.對(duì)初次支護(hù)后，隨時(shí)間變化，觀察混凝土有無(wú)裂縫、拱架是否變形。

k.對(duì)圍巖失穩(wěn)部位，觀察其塌落類型、規(guī)模、時(shí)間、原因及處理情況。

l.對(duì)開(kāi)挖的圍巖類別經(jīng)常巡視觀察，特別是設(shè)計(jì)與實(shí)際情況不符時(shí)，更要及時(shí)觀察。

5 塌方處理

5.1 小塌清，先支后清

當(dāng)塌方不大，可采用清理的辦法處理，但清理之前必須將塌方的頂部支撐牢固，以防繼續(xù)塌落，在支撐保護(hù)下，再清除塌方。如果不支先清，則越清越塌，越塌越大。因?yàn)楫?dāng)圍巖首先塌方后，自然拱范圍內(nèi)的土石不一定塌完，還有繼續(xù)坍塌的可能，塌方隧洞的兩側(cè)，洞壁常常不穩(wěn)定，先清除塌碴后，會(huì)使側(cè)壁失去平衡而松動(dòng)塌落，隧洞因塌方而增寬，進(jìn)一步導(dǎo)致自然拱增高而再次塌方。

5.2 大塌穿，先棚后穿

當(dāng)塌方體數(shù)量很大，一時(shí)難以清理，甚至塌穴的形狀、大小都無(wú)法查明時(shí)，則可將塌方體看成一個(gè)松散破碎的地層，采用開(kāi)挖導(dǎo)坑的方法穿越塌方體。穿越前必須將塌方部位的兩端支頂牢固，防止塌方延伸。穿越時(shí)，在導(dǎo)坑頂部用鋼管插入塌方體，形成棚頂，在棚頂?shù)谋Ｗo(hù)下，逐步開(kāi)挖掘進(jìn)。

5.3 襯砌的加強(qiáng)措施

塌方地段的地質(zhì)條件不好，塌方形成的圍巖更加松軟、錯(cuò)亂，會(huì)形成更大的山巖壓力。因此，必須加強(qiáng)襯砌，并對(duì)襯砌混凝土和圍巖之間的空隙進(jìn)行回填石渣后，再用水泥進(jìn)行回填灌漿。

6 結(jié)語(yǔ)

石門引水隧洞工程施工過(guò)程中，對(duì)地質(zhì)情況復(fù)雜、圍巖破碎、地下涌水量大的洞段，采用了有效的施工措施和預(yù)防措施，保證了施工安全。