水工隧洞穿富水断层破碎带施工技术

水工隧洞穿富水断层破碎带施工技术

吕昀龙

新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司，新疆 乌鲁木齐830000

摘要：近年来，我国的水工隧洞工程建设不断增加，在水工隧洞掘进施工时，不良地质段主要类型有围岩失稳变形、渗水、涌水、突泥、塌方、坍塌等，施工中不但会造成工程成本增大，严重时还会延误工期。结合多年的工程经验，从水工隧洞不良地质段的成因入手，通过分析各种不同类型的不良地质段对工程施工的影响程度，在隧洞掘进过程中，遇到不良地质段时，除了调整爆破参数，减少对围岩的扰动之外，应当以加强支护为主要手段。因此，文中首先分析不良地质段原因，其次探讨水工隧洞穿富水断层破碎带施工技术，以确保水工隧洞的施工安全，有效控制工程质量，保证了工程节点工期。

关键词：水工隧洞;断层破碎带;综合地质预报

引言

与火电和核电相比，水电是一种清洁型能源，具有运行费用低、无污染和可再生等特点，有利于电力调峰和资源利用效率的提升。现如今，我国在水能资源储藏量方面占据首位，在多种资源逐渐紧张的形势下，水能资源得到了重点开发。同时，随着人们对电力需求的不断扩大，水电站建设项目数量也在不断增加，水工隧道发挥着至关重要的作用。在引水隧洞掘进施工中，必须要综合考虑其设备承荷能力与工程地质等情况，进而选择合适的掘进参数和掘进模式。其中，双护盾TBM技术凭借高效率的施工优势，在水工隧洞施工中得到了广泛应用，需要相关技术人员充分发挥其优势，做好施工质量控制工作。

1不良地质段原因的初步分析

水工隧洞施工中的不良地质段的围岩一般为失稳和不稳定两种形式，隧道围岩变形较大时围岩失去稳定性，围岩失去稳定后就会出现坍塌，增大了施工作业难度，无法保证施工安全。有些段落成因复杂，具有不确定性和突发事故的可能，工程施工时不能保证施工安全和工程质量。

2水工隧洞穿富水断层破碎带施工技术

2.1长距离地质预报TRT探测

TRT属地震波长距离超前地质预报法,其原理为通过地震波在地质岩层界面和岩体内不连续界面的声学阻抗变化,探测隧洞工作面前方地质体的性质(软弱带、破碎带、断层、含水带等),位置及规模。TRT预报长度可超过160m,但受地质条件、探测技术等多种因素影响,最终需根据实际成像情况确定有效预报长度。

2.2优化TBM零部件和掘进参数

TBM设计要根据水工隧洞工程断面的强度与花岗岩地质条件，再结合以往的实践经验，有针对性地分析刀具安装方法和刀具尺寸设计参数，针对这些参数展开讨论和分析，进而选择最合适的刀盘和主轴承配置方案，确保破岩整体效果可以得到稳定提升，提升TBM掘进效率。同时，还要根据强度高和完整性较高的花岗岩隧洞围岩特点，挑选强度合适且不易崩裂的耐磨性刀圈，再延长刀具使用寿命的基础上，减少TBM停机时间，有效提升掘进速度。除此之外，前期试掘过程中还要控制好TBM的推理和贯入参数，结合地质条件的实际变化情况调整掘进参数，控制好刀具的损耗程度。

2.3脱困处理技术

TBM前盾受到围岩的挤压，要使TBM脱困，只需使前盾和围岩脱离接触即可。因此采用了以下处理技术。(1)进行TBM设备及人员安全防护工作，主要用橡胶皮带遮盖伸缩盾内部油缸、液压管路、电器管路等。(2)将TBM支撑盾后退，使内伸缩盾与支撑盾之间的间隙拉开至600mm，暴露出围岩。(3)在前护盾顶部向掌子面方向开挖中导洞，采用人工手持风镐开挖。开挖渣料卸到主机皮带机上运出洞外。(4)中导洞开挖完成后，开挖右导洞，到达掌子面后停止开挖，支护方式与中导洞开挖相同。(5)中导洞及右导洞全部开挖完成后，检查围岩与护盾接触情况，发现围岩与护盾大部分脱离接触，方木支护未发生变形或破坏。此时，清除导洞内的杂物，人员及设备撤出，关闭伸缩护盾，设备调试正常后，采用双护盾模式掘进，当推力达到18MN时，前盾成功移动。TBM脱困后，采用低刀盘转速、低贯入度、低推力及连续掘进的方式通过挤压破碎带，并安装重型管片。整个TBM通过卡机段后，对卡机处开挖的导洞空腔进行细石混凝土回填处理。

2.4注浆效果分析

采用压水试验和声波检测等手段对注浆效果进行检验。压水试验是在一定压力之下,通过钻孔将水压入到孔壁四周的裂缝中,根据压入的水量和压水时间,计算出代表岩石层渗透特性的技术参数。通过压水试验,可以比较各灌浆孔随孔序变化单位吸水量的变化情况,进而了解灌浆质量。声波检测则是利用超声波在不同介质中传播速度的不同,通过超声波穿过媒体的声时、波速等参数探测钻孔附近围岩的地质情况。

2.5强化不良地质洞段的施工控制

首先，在水工隧洞施工处于断层破碎带施工地质条件的时候，要避免掘进施工对周边围岩造成干扰，采取微扰动掘进方法适当地减少各方面掘进参数，避免围岩坍塌对TBM正常掘进造成影响，提高管片安装速度，最大限度地规避风险与缩短工期。其次要在合理运用实时地质探测系统、三维地震波和TST超前地质预报系统的基础上，做好超前地质的预报工作，对掘进参数和对应的处理措施进行及时调整。最后，针对涌水洞段和软弱破碎带，要采取先进的注浆处理技术方案，提前对前方地质展开加固处理，随后再掘进通过。如果掘进施工面对的是软弱且形变较大的洞段，那么还可以利用TBM进行扩挖，适当地扩大洞泾，确保以最快掘进速度通过不良施工地质段。

2.6拆除方案比选

（1）机械破碎拆除方案。选用破碎锤进行破碎拆除，但噪声大、扬尘大、对围岩造成连续扰动，时有混凝土块掉落，存在不安全因素，拆除进度缓慢，无法实现工期目标。（2）静态爆破拆除方案。选用膨胀剂静态爆破胀裂加破碎锤拆除，但混凝土厚度大、钢筋密集，打孔装入膨胀剂后需要等待较长时间反应，且胀裂效果不明显。该方法虽然较安全环保，但进度缓慢，无法实现工期目标。（3）控制爆破拆除方案。选用控制爆破虽然存在爆破振动影响大、需要专业队伍施工且须取得相关管理部门批准等问题，但是拆除速度快，安全性高，能够满足工期要求。综上，洞室拆除最终选用控制爆破拆除方案。洞顶部混凝土分为两次进行爆破，先进行第二层钢筋以下部分混凝土爆破作业，再进行第二层钢筋以上部分混凝土爆破。考虑爆破对原水工建筑物的振动影响，需要进行爆破参数设计和爆破过程控制，爆破后钢筋连挂的混凝土块采用破碎锤进行清理。为加快施工进度，采用履带式液压钻机进行爆破孔钻设、履带式液压钳进行钢筋切割。

2.7综合处理措施的应用

1）加大水工隧洞开挖时的监测力度，合理应用超前探测方法，全面正确的了解地质情况，提前制定处理处理措施，避免在开挖时造成不必要损失。2）岩层破碎带采用钢衔架或者钢拱架进行支撑和喷锚支护的方法时，及时合理调整钢拱架的间距保证一次支护的安全性。3）出现地下水或地下水位涌水量比较大时，排水工作要及时，隧洞底部设置集水坑和排水沟要间距合理大小适中并及时排水，隧洞侧壁渗水较大时，要在隧洞侧壁和洞顶打孔并埋设排水管进行排水，减小侧壁的侧向水压力，保证施工的安全，总体思路“堵排结合、以排为主”。

结语

综上所述，施工中加强隧洞超前地质预报，根据预报结果采用针对性措施，可将不良地质条件的影响降到最低。施工中遇到卡机或掘进受阻时，需要根据地质条件制订处理措施。随着科技的发展，混凝土构筑物拆除逐渐向智能化拆除转变，实际拆除时必须根据结构物特点及周边环境条件，综合考虑适用性、安全性、时效性、经济性等因素，可选择多种拆除方式组合的最优拆除方案。

参考文献

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