水工隧洞開挖中的問題及處理措施

水工隧洞開挖中的問題及處理措施水工隧洞開挖中的問題及處理措施摘要：隧洞開挖，由于受地形、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等諸多因素的制約，常對施工安全、工程進(jìn)度、工程投資造成一定的影響。本文介紹了水工隧洞的基本特征，分析研究了水工隧洞開挖中的問題及處理措施。關(guān)鍵詞：水工隧洞開挖；特點；處理措施中圖分類號：TV551文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A引言在水工隧洞開挖過程中，地質(zhì)情況很差的洞段或遭遇嚴(yán)重涌水的洞段極易發(fā)生隧洞掉塊及坍塌，將危及工程施工及人員安全。因此,在工程施工準(zhǔn)備階段，就應(yīng)針對不良情況提出防治預(yù)案，盡可能地保證人員安全及施工的正常進(jìn)行。水工隧洞的工作特點1.1水流特點。泄水隧洞出口流速高，單寬流量大，能量集中，消能防沖措施要求較高。隧洞進(jìn)口位于水下較深處，閘門承受的水壓力大，要求閘門剛度大，啟閉機(jī)容量大。高水頭無壓泄水隧洞，容易在高速水流的作用下引起振動及洞身空蝕破壞。有壓隧洞往往承受較大的內(nèi)水壓力，若襯砌漏水，壓力水將滲入圍巖裂隙，形成附加的滲透壓力，破壞巖體穩(wěn)定。因此要求有一定厚度的圍巖和足夠強(qiáng)的襯砌。1.2結(jié)構(gòu)及施工特點。水工隧洞是從山體中開挖出來的地下結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)形狀、受力與圍巖密切相關(guān)。隧洞開挖后改變了巖體原來的平衡狀態(tài)，引起孔洞附近應(yīng)力重分布，巖體產(chǎn)生變形，嚴(yán)重的甚至發(fā)生崩塌。因此，隧洞中常需設(shè)置臨時性（施工期）支護(hù)和永久性襯砌，以確保隧洞施工期和運行期的安全。與地面建筑物相比較，長、工序多，施工干擾較大。1.3洞線選擇（1）地質(zhì)條件是隧洞線路選擇的決定性因素，隧洞應(yīng)盡可能布置在堅硬的巖基中，避開嚴(yán)重的破碎帶和地下水豐富的地段。線路軸線與巖層層面、構(gòu)造斷裂面和主要節(jié)理裂隙面應(yīng)具有較大的夾角，使洞線通過巖層傾角較陡的地段。隧洞進(jìn)出口要選在山巖完整穩(wěn)定無滑坡的位置。（2） 隧洞路線應(yīng)力求短而直，以減少工程費用和水頭損失。如由于地形、地質(zhì)條件和樞紐布置的原因必須轉(zhuǎn)彎時，其彎曲半徑要大于5倍的洞徑或洞寬，使水流平順。（3） 隧洞應(yīng)有一定的埋置深度，以減小襯砌厚度。一般頂部及側(cè)面的巖層厚度應(yīng)大于3倍隧洞的洞徑或洞寬。（4） 應(yīng)兼顧施工方便。對于長洞應(yīng)考慮便于設(shè)置施工豎井或支洞，增加開挖工作面加快施工進(jìn)度，并便于出渣和進(jìn)料。水工隧洞身的開挖短隧洞通常經(jīng)過前期的地質(zhì)勘探，可以全面的準(zhǔn)確了解地質(zhì)的情況，如果存在有問題，也可以預(yù)先分析出解決的辦法。但是長隧洞即使勘探工作很仔細(xì)，也不可能避免掉探孔間出現(xiàn)地質(zhì)情況突變的問題，給開挖帶來了一定困難。遇到的問題有：巖體松散或破碎，出現(xiàn)斷層；地下水位高，有滲漏和涌水現(xiàn)象；出現(xiàn)頁巖層理傾角較大，甚至接近于垂直，層理間有頁泥夾層；處理這些問題的辦法是通過新奧法來施工：一是要加強(qiáng)施工的監(jiān)測，提前了解出地質(zhì)的問題，研究出處理的措施，避免因為開挖不當(dāng)而造成的損失；二是使用光面爆破，盡量少超填、超挖；三是噴錨支護(hù)，如果巖層有破碎的時候要考慮通過鋼銜架或鋼拱架來支撐。當(dāng)出現(xiàn)地下水位高或涌水量大的時候，要加強(qiáng)排水工作，在隧洞的底部設(shè)置積水坑、排水溝，進(jìn)行抽排，在洞側(cè)壁和洞頂部位打孔，埋好排水管。如果地下的水位高于隧洞輸水最高運行水位，不會產(chǎn)生內(nèi)水外滲現(xiàn)象，也可以保留排水管。水工隧洞開挖中的問題及處理措施3.1開挖過程中遇到斷層地段的處理措施隧洞穿過斷層地段的施工難度取決于斷層的性質(zhì)、斷層破碎帶的寬度、填充物、含水性和斷層活動性以及隧洞軸線和斷層構(gòu)造線方向的組合關(guān)系（正交、斜交或平行）。此外，在施工過程中，圍巖的破壞程度、工序銜接的快慢、施工技術(shù)措施是否得當(dāng)?shù)染鶎鄬拥囟蔚奶幚碛休^大影響。當(dāng)隧洞軸線接近于垂直構(gòu)造線方向、斷層規(guī)模較小、破碎帶不寬且含水量較小時，條件比較有利，可隨挖隨撐。但當(dāng)隧洞軸線斜交或平行于構(gòu)造方向時，隧洞穿過破碎帶的長度增大并有較大的側(cè)壓力，對其應(yīng)加強(qiáng)拱墻襯砌并及時進(jìn)行封閉。3.1.1施工方法的合理選擇：當(dāng)斷層帶內(nèi)充填軟塑狀的斷層泥或特別松散的顆粒時，比照松散地層中的超前支護(hù)，可采用先拱后墻法；如斷層帶特別破碎，可采用馬口開挖。如斷層地段出現(xiàn)大量涌水，宜采取排堵結(jié)合的治理措施。3.1.2施工中的注意事項：如果斷層中的地下水是由地表水補給時，應(yīng)在地表設(shè)置截排水系統(tǒng)引排。對于斷層承壓水，應(yīng)在每個掘進(jìn)循環(huán)中向隧洞前進(jìn)方向鉆鑿不少于2個超前鉆孔，其深度宜在4m以上，以探明地下水的情況。隨工作面的掘進(jìn)進(jìn)度挖好排水溝，準(zhǔn)備足夠的抽水設(shè)備并設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的集水坑，以滿足排水要求。通過斷層帶各施工工序之間的銜接時間應(yīng)盡量縮短，并盡快實施錨噴封閉，以減少圍巖的暴露時間、松動和地壓增大。在隧洞斷層地段，應(yīng)對鉆爆設(shè)計做特殊的交底。嚴(yán)格控制各爆破孔特別是周邊孔的數(shù)量、深度及裝藥量，原則上盡量減少爆破對圍巖的擾動。在斷層地帶開挖后應(yīng)立即進(jìn)行初噴混凝土，并堅持“寧強(qiáng)勿弱”的原則，加強(qiáng)支護(hù)。緊跟開挖面進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控量測，根據(jù)量測所反饋的信息及時調(diào)整初期支護(hù)的參數(shù)并掌握二次襯砌的最佳時間。3.2開挖隧洞出現(xiàn)涌水的處理措施滲水量不大時，采用堵排結(jié)合的方法，即加強(qiáng)拱墻襯砌結(jié)構(gòu),在拱部襯砌厚度外設(shè)透水軟管與邊墻盲溝接通，引水至隧洞兩側(cè)的排水溝；在后期二襯施工縫設(shè)置縱橫向止水帶。為防止發(fā)生涌水等異常情況，對涌水現(xiàn)象較為嚴(yán)重的地段擬采用成熟的施工工藝，即劈裂注漿固結(jié)法施工。劈裂注漿固結(jié)法施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備通過地質(zhì)超前鉆孔資料，分析斷層地質(zhì)情況。鉆孔注漿和隧洞襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計。準(zhǔn)備注漿材料，測定性能。安裝并調(diào)試鉆孔和注漿機(jī)械設(shè)備。設(shè)置止?jié){巖盤或止?jié){墻。止?jié){巖盤或止?jié){墻一般設(shè)在較完整的巖層頂面約5m的位置。若基巖節(jié)理發(fā)育、圍巖破碎時應(yīng)設(shè)置2-5m的止?jié){墻，并將墻身嵌入圍巖0.3-0.5m。鉆孔埋設(shè)孔口管：開孔直徑為146mm,長度為2m,用CS（水泥、水玻璃）砂漿填塞預(yù)埋的U127孔口管，并在管口安裝U127球形閘閥，以封閉鉆孔中可能出現(xiàn)的涌水。孔口后的鉆孔直徑為108mm。當(dāng)鉆至后半部時，鉆孔直徑改為89mm。鉆孔機(jī)械選用地質(zhì)鉆機(jī)和100B導(dǎo)軌式獨立回轉(zhuǎn)鑿巖機(jī)。掃孔鉆進(jìn)時，觀察分析回水巖芯或棄渣狀態(tài)，用以判斷注漿質(zhì)量并調(diào)整注漿參數(shù)。壓水試驗成孔后注水?dāng)?shù)分鐘（注水量由小到大），測定吸水量并清洗巖層裂隙。b.壓水試驗應(yīng)在裂隙沖洗后進(jìn)行，可采用“簡易壓水”、“單點法”及“五點法”進(jìn)行壓水試驗。注漿方法雙液注漿系統(tǒng)：采用兩種漿液和兩套輸漿系統(tǒng)輸漿，經(jīng)混合器混合后注漿。根據(jù)鉆孔地質(zhì)情況，可采用全孔一次注漿和前進(jìn)式、后退式分段注漿方法。施工過程中，若遇斷層發(fā)育可能發(fā)生涌水時，采用前進(jìn)式分段注漿，逐步向前推進(jìn)封墻。鉆孔及注漿原則為先外后內(nèi)、先疏后密、外密內(nèi)疏、反復(fù)鉆注、開孔誘導(dǎo)。注漿類型分為水泥漿和水泥-水玻璃雙液。根據(jù)注水試驗、清孔情況、泵送能力及在注漿過程中的進(jìn)漿情況確定用單液還是雙液。注漿結(jié)束需按要求達(dá)到規(guī)定的注漿壓力值，并應(yīng)穩(wěn)壓30min。f注漿完成8h后，可繼續(xù)進(jìn)行隧洞開挖。結(jié)語水工隧洞開挖因為受到了各種客觀條件限制，通常會出現(xiàn)一些施工上的難題，如果要解決這些問題，使得開挖施工既能安全可靠且又經(jīng)濟(jì)合理，就必須根據(jù)具體的情況，因地制宜采取相應(yīng)的可操作性強(qiáng)的措施，才可以達(dá)到預(yù)期目的。以上簡述了隧洞開挖施工過程中經(jīng)常會遇到的一些問題和處理措施，并且結(jié)合了具體的工程實例進(jìn)行說明，以期在總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上不斷的改進(jìn)創(chuàng)新，提高開挖施工技術(shù)水平，為又快又好又省進(jìn)行水利水電工程建設(shè)提供一些科學(xué)依據(jù)。參考文獻(xiàn)：[1]盧穎