引水隧洞极软弱围岩段施工方法与流程

本发明属于隧道施工方法技术领域，特别是涉及一种引水隧洞极软弱围岩段施工方法。

背景技术：

围岩是指受隧洞开挖影响而发生应力状态改变的周围岩土体。根据岩土体的强度，可将围岩分为坚硬围岩和软弱围岩两大类。隧洞不同于钢筋、水泥等一般的材料体，它是地质体的一部分，其中存在断层、节理、层面等各种不连续面和充填物，围岩在这些不连续面的切割下，形成一定的岩体结构并赋存予一定的地质环境之中，因此围岩在力学作用下的变形和强度特征要比一般材料复杂得多。而软弱围岩由于其强度低、岩体破碎、赋存环境差等特性，使其力学特性与一般的围岩存在较大差异。隧洞开挖后，地应力将重新分布，由于软弱围岩强度低，对工程扰动极其敏感，在受拉或受压条件下将产生塑性区，使围岩和支护发生变形，一旦施工方法和工程措施不当，将极易发生拱顶崩塌、掌子面失稳、底板鼓起、长时间的持续变形或变形不收敛、初期支护严重变形侵限、富水条件下出现涌水等工程灾害。

极软弱围岩隧洞施工根据断面形式、掘进方式、围岩特性不同，常采用以下几种施工方法：

1、台阶法：适用于跨度较小，围岩完整性好的隧洞施工，即将结构断面分成两个以上部分，分部开挖，根据地层条件和机械配套情况，又可分为正台阶法和中隔壁台阶法。优点：具有足够的作业空间和较快的施工速度，灵活多变。缺点：台阶长度需严格控制，对地层和跨度有一定的要求，使用条件有局限性。

2、环形开挖预留核心土法：适用于易坍塌的软弱围岩、断面较大的隧洞施工。将断面分为环形拱部、上部核心土、下部台阶等三部分，根据断面的大小，环形拱部又可分成几块交替开挖。优点：开挖过程中上部留有核心土支撑开挖面，能及时地建造拱部初次支护，开挖面稳定性好。缺点：开挖中围岩要经受多次扰动。且断面分块多，支护结构形成全断面封闭的时间长，可能会使围岩变形增大。

3、单/双侧壁导坑法：适用于断面跨度大，沉降难于控制的软弱松散围岩隧洞施工。将断面分为侧壁导坑(左、右侧壁导坑)、上台阶、下台阶，开挖一侧导坑，并及时将初次支护闭合，相隔适当距离后开挖另一侧导坑，并建造初次支护，开挖上部核心土，建造拱部初次支护，拱脚支承在两侧壁导坑的初次支护上。开挖下台阶，建造底部初次支护，使初次支护全断面闭合。优点：开挖后立即各自闭合，施工中间变形几乎不发展。缺点：开挖断面分块多，扰动大，初次支护全断面闭合时间长，施工速度慢，成本较高。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种引水隧洞极软弱围岩段施工方法。

为了达到上述目的，本发明提供的引水隧洞极软弱围岩段施工方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)超前地质预报：每循环开挖施工前先由地质人员到掌子面进行围岩勘察，并进行地质素描，沿掌子面处围岩每12m进行一次短期地质预报，根据掌子面围岩节理裂隙发育程度确定开挖、支护施工参数；

2)围岩超前支护：根据掌子面处围岩勘察情况采用超前锚杆对掌子面上起拱线以上拱顶155°范围内开挖轮廓线以外的区域进行超前支护，至少沿拱部的周向设置两排呈弧形的超前锚杆，并且超前锚杆的内端与位于掌子面内侧且上一循环已设置好的型钢支撑进行焊接；

3)爆破开挖：采用循环方式进行洞室开挖，由操作人员采用风钻在开挖轮廓线向内收缩10cm处进行钻孔而形成间隔设置的爆破孔，在爆破孔内装入炸药，弱爆破，爆破后对存在的局部欠挖位置采用挖掘机进行处理；

4)初期支护：将多个拱形门式型钢支撑沿洞室长度方向设置在新开挖出的洞室围岩上，型钢支撑间采用钢筋连接，两个型钢支撑和其间的钢筋构成一榀钢架支撑，每榀钢架支撑下端四个角部分别设置一根锁脚锚杆，之后在洞室边墙和拱部范围内铺设钢筋网，然后在边墙和拱部范围内的围岩中呈梅花状设置多根锁定锚杆，最后在外部喷射混凝土而形成混凝土层；

5)仰拱封闭:采用型钢横向连接在初期支护下端之间，然后在其上浇筑混凝土而形成仰拱；

6)监控量测：在施工过程中沿洞室长度方向间隔设置多个监控量测点，并按照规定频次进行围岩数据测量。

在步骤2)中，所述的超前锚杆的排距为200cm，相邻两排中的超前锚杆纵向搭接长度为100cm，每排超前锚杆中相邻两根超前锚杆的间距为30cm，超前锚杆采用Φ32mm，L＝3m的钢管，外插角为10°～15°。

在步骤3)中，所述的洞室开挖的进尺控制在1.0m。

在步骤4)中，所述的型钢支撑采用I12型钢；相邻型钢支撑间的纵向间距为0.5－0.6m，型钢支撑间采用C22钢筋连接，锁脚锚杆的直径为Φ22mm，置入角度60°，钢筋网采用Φ8mm直径的钢筋，锁定锚杆的直径为Φ22mm，L＝2.5m，混凝土层厚度为15cm。

在步骤5)中，所述的仰拱中的型钢采用I12型钢。

在步骤6)中，所述的监控量测点的间隔距离为5m。

本发明提供的引水隧洞极软弱围岩段施工方法具有如下有益效果：

可避免盲目无序施工，上道工序可为下一道工序提供依据，各工序紧密结合，同时减少了对围岩的扰动次数，加快了施工进度，与其他施工方法相比每天施工进尺平均增加了1.5m，取得了好的经济效益，且确保了施工安全，顺利通过了极软弱围岩段洞室开挖，取得了安全效益，可为今后类似围岩施工提供借鉴。

附图说明

图1为采用本发明提供的引水隧洞极软弱围岩段施工方法进行施工时掌子面结构示意图。

图2为采用本发明提供的引水隧洞极软弱围岩段施工方法进行施工时掌子面后侧土体中超前锚杆设置位置示意图。

图3为爆破开挖后进行初期支护时掌子面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的引水隧洞极软弱围岩段施工方法进行详细说明。

某供水施工一标支洞及主洞局部洞室岩性主要为泥质粉砂岩，部分为灰绿色泥质含砾砂岩，灰紫色复成分砾岩，以弱风化～微风化为主。泥质粉砂岩多呈薄层状，其余沉积岩多呈厚层状。泥质粉砂岩、含砾砂岩单轴干抗压强度为5～10MPa，属Ⅴ极软岩，单轴饱和抗压强度小于5MPa，岩石具有遇水软化崩解，失水快速风化的特性，洞室开挖过程中将以渗滴水～线流为主。由于极软弱围岩承载能力低、节理裂隙发育、结构面破碎，开挖后自稳能力差，表现出“自稳时间短、沉降变形大、易坍塌”的特性，因此必须采取安全可靠的施工方法精心施工，确保安全顺利通过极软弱围岩段洞室开挖施工。该工程采用本发明提供的引水隧洞极软弱围岩段施工方法进行施工，并取得了良好的效果。

本发明提供的引水隧洞极软弱围岩段施工方法包括按顺序进行的下列步骤：

1)超前地质预报：每循环开挖施工前先由地质人员到掌子面进行围岩勘察，并进行地质素描，沿掌子面处围岩每12m进行一次短期地质预报，根据掌子面围岩节理裂隙发育程度确定开挖、支护施工参数；

2)围岩超前支护：如图1、图2所示，根据掌子面处围岩勘察情况采用超前锚杆1对掌子面上起拱线以上拱顶155°范围内开挖轮廓线以外的区域进行超前支护，至少沿拱部的周向设置两排呈弧形的超前锚杆1，排距200cm，相邻两排中的超前锚杆1纵向搭接长度为100cm，每排超前锚杆1中相邻两根超前锚杆1的间距为30cm，超前锚杆1采用Φ32mm，L＝3m的钢管，外插角为10°～15°，并且内端与位于掌子面内侧且上一循环已设置好的型钢支撑进行焊接；

3)爆破开挖：采用循环方式进行洞室开挖，进尺控制在1.0m，由操作人员采用风钻在开挖轮廓线向内收缩10cm处进行钻孔而形成间隔设置的爆破孔，在爆破孔内装入炸药，严格控制装药量，弱爆破，爆破后对存在的局部欠挖位置采用挖掘机进行处理，以减少超挖量，由此来减少对围岩的扰动次数且初期支护能够及时封闭完成；

4)初期支护：如图3所示，爆破开挖后需及时进行初期支护，以防止围岩收敛变形造成坍塌；将多个拱形门式I12型钢支撑2沿洞室长度方向设置在新开挖出的洞室围岩上，相邻型钢支撑2间的纵向间距为0.5－0.6m，型钢支撑2间采用C22钢筋连接，两个型钢支撑2和其间的钢筋构成一榀钢架支撑，每榀钢架支撑下端四个角部分别设置一根Φ22mm直径的锁脚锚杆3，置入角度60°，之后在洞室边墙和拱部范围内铺设Φ8mm直径的钢筋网，然后在边墙和拱部范围内的围岩中呈梅花状设置多根Φ22mm，L＝2.5m的锁定锚杆4，最后在外部喷射混凝土而形成厚度为15cm的混凝土层；

5)仰拱封闭:初期支护完成后进行仰拱施工，使初期支护闭合成环，这样受力更为稳定，以确保围岩整体稳定，采用I12型钢横向连接在初期支护下端之间，然后在其上浇筑混凝土而形成仰拱；

6)监控量测：监控量测是软弱围岩隧道安全施工的眼睛，是判断隧道结构稳定性、指导软弱围岩隧道安全施工的最重要手段，在施工过程中沿洞室长度方向每隔5m设置一个监控量测点，并按照规定频次进行围岩数据测量，以用于分析指导施工过程。