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摘要：在金元水电站引水隧道3#支洞施工质量控制基础上，文中总结了在软弱围岩千枚岩隧道施工中的一些行之有效的做法和在Ⅴ级围岩中安全快速施工的有关经验。
关键词：金元水电站3#支洞软弱千枚岩隧洞施工技术
1 工程概况
金元水电站位于康定县捧塔乡的下关门石，距金汤镇24.5km。金元水电站为Ⅲ等中型工程，枢纽建筑物由混凝土闸坝、岸塔式进水口、左岸引水隧洞、左岸地面厂房、钟鼓楼沟调水建筑物及公地沟调水建筑物等组成。3#支洞所承担的主洞区段较长，是金元水电站控制工期的重点。支洞断面为4.5m×5.5m，城门洞型，长度为938.00m。经查证，千枚岩属副变质岩，主要由沉积岩中的页岩经区域变质作用形成，主要矿物成分是绢云母、石英、绿泥石等，基本已全部重结晶，软弱矿物成分较多，因而千枚岩硬度小，单轴抗压强度小于1MPa，膨胀率13%，易风化。挤压紧密的炭质千枚岩层具有弱透水性，是相对隔水层，见照片1。金元水电站3#支洞开挖后千枚岩呈碎石、角砾状，为显微鳞片变晶结构，含水量大时呈团块状，含水量少时为鳞片状，片理极其发育，层厚0.01~2mm，片理面手感光滑，有丝绢光泽，遇水即软化、泥化。掌子面无明显渗水，但开挖后有少量渗漏水、滴状及面状浸湿，量小，拱部有掉块、坍塌现象。围岩整体稳定性较差，为V级围岩。
2 施工中存在的问题及成因分析
2.1 施工中存在的问题 千枚岩与板岩互层区，软硬岩相间，爆破药量难以控制，一般来说，造成软岩部分超挖、硬岩部分欠挖，导致开挖成型差。这使围岩不同部位的应力释放产生差异，不利于应力重分布，因而产生不同程度的掉块或局部坍塌。在千枚岩区，岩体相当破碎，呈团块状、片状、鳞片状，开挖时易于钻进，但易塌孔。千枚遇水后软化似弹簧土，泥化呈淤泥状。初期支护施作以后，围岩变形大，且长期不收敛，局部地段4~5个月不趋于稳定；开挖时无地下水，后期地下水增大。这些病害都危及到隧道施工安全与结构质量。
2.2 成因分析 金元电站引水隧洞3#支洞隧道千枚岩Ⅴ级围岩区施工难度大，主要受变质岩的特征、地质构造、千枚岩的特性和地下水所决定。本隧洞洞身开挖过程中，部分洞段开始时无地下水，但不久即出现滴水，甚至股水。究其原因，可能是因为洞身的千枚岩层上部为板岩层（由于受开挖断面制约，开挖时未揭露出板岩层）。当含有层状板岩时，在构造应力作用下，岩性较硬的板岩中会产生不同方位的贯通裂隙，这样就为地下水的流动提供了通道。大部分洞段由于千枚岩厚度达到一定程度，洞身开挖后没有出现地下水。 塑性区的加大与地下水的发育互相促进，互相作用，使围岩稳定性不断变差，变形不断发展，产生崩塌、涌水等各种病害。这一点体现在千枚岩层中地下水的延迟性（即塑性区在地下水作用下逐渐加大的过程）。
3 金元水电站3#支洞施工质量控制
针对上述问题，金元水电站3#支洞施工中采取了如下质量控制措施：
3.1 超前支护 超前支护采用d42mm注浆小导管，根据围岩地质条件，较差时全断面布置，间距20cm，较好时拱部设置，间距25cm。超前注浆排管长度5.0m，排距控制在2~2.5ｍ间（每循环进行一次），超前小导管外插脚5°，注水泥水玻璃双液浆。搭接长度较大，达到3.5～4m，有效的提高超前支护的安全可靠性。布设间距较小，有效的防止围岩自导管间掉落形成塌方脱空现象。
3.2 开挖 为防止局部坍塌，提高洞挖成形质量，开挖采用微震光面爆破，辅以人工风镐开挖。我们在开挖线上打设消能减震孔，孔间距20cm，与周边眼同深度，消能减震孔不装药。周边眼距消能减震孔20～30cm布孔，根据围岩地质条件装半卷或1卷药。同一断面围岩相当较差的部位周边孔间距小，装药少。爆破后局部未沿消能减震孔掉落部位辅以人工风镐撬挖即可。
3.3 扒碴与装碴运输 装碴采用ZL50C装载机，自卸汽车运输，洞内间隔80～120m开挖会车道。
3.4 初期支护 初期支护采用钢拱架+超前注浆小导管联合支护:①立拱挂网。钢支撑采用I18型钢，钢拱架间距0.5m；纵向连接钢筋设双层，为Φ22mm螺纹钢筋，环向间距为1.0ｍ；钢筋网设双层，采用φ6.5mm圆钢焊制而成，网片网格间距15cm×15cm。钢支撑架立后，立即打设锁脚锚杆，锁脚锚杆采用d42mm管式注浆管，长度3.0ｍ。每榀设置4处，每处2根，共8根，拱部4根设置在拱脚和两节拱架连接板0.5ｍ范围内，下断面４根，设置在拱脚上0.8ｍ～1.2m范围内。②喷射混凝土。喷射混凝土标号Ｃ20。临时支护喷混凝土中可添加微纤维，封闭毛洞壁、增加抗渗性，改善施工作业环境，加快进度。喷混凝土厚20cm，局部超挖部位用喷混凝土回填，以增强初期支护整体强度。整个施工洞段设计单位定为Ⅴ类围岩，安全支护断面如图1。
4 结论与建议
由于金元水电站3#支洞隧道采取了超前支护措施，灵活动态的施工方法，形成了快速的施工生产能力，使得工程能够安全顺利完成。对于Ⅴ级软弱千枚岩围岩区的隧洞施工，文中得出以下结论和建议：①千枚岩地段施工，必须值得引起足够重视的是地下水的影响，地下水的作用加速了围岩的变形，使围岩稳定条件恶化，易形成大塌方。所以在开挖时如有地下水，就应该及时施作初期支护，而且变化超过正常水平时，应加强初期支护，抑制围岩的进一步变形，防止发生坍塌。②千枚岩地段施工，围岩变形观测很重要，要按照选择合理地段布置围岩变形观测点，不间断分析变形观测记录，对收敛变形明显部位要及时加强安全支护。③千枚岩地段开挖后，底板遇水浸泡后呈淤泥状，出渣车辆运行困难。需要及时从洞挖拉运坚硬石渣换填洞内底板，保证出渣车辆运行畅通。④无轨运输重车长距离运输所产生的废烟、废气对坑道的污染会相当严重，施工通风对坑道施工环境要求很重要。同时要有足够的备用设备和零配件，以保证通风系统的正常运行。
参考文献:
[1]高举军.金元水电站引水隧道3#支洞岩土工程勘察报告.
[2]黄成光.隧道施工技术.北京：人民交通出版社.2001.
关键词：金元水电站3#支洞软弱千枚岩隧洞施工技术
1 工程概况
金元水电站位于康定县捧塔乡的下关门石，距金汤镇24.5km。金元水电站为Ⅲ等中型工程，枢纽建筑物由混凝土闸坝、岸塔式进水口、左岸引水隧洞、左岸地面厂房、钟鼓楼沟调水建筑物及公地沟调水建筑物等组成。3#支洞所承担的主洞区段较长，是金元水电站控制工期的重点。支洞断面为4.5m×5.5m，城门洞型，长度为938.00m。经查证，千枚岩属副变质岩，主要由沉积岩中的页岩经区域变质作用形成，主要矿物成分是绢云母、石英、绿泥石等，基本已全部重结晶，软弱矿物成分较多，因而千枚岩硬度小，单轴抗压强度小于1MPa，膨胀率13%，易风化。挤压紧密的炭质千枚岩层具有弱透水性，是相对隔水层，见照片1。金元水电站3#支洞开挖后千枚岩呈碎石、角砾状，为显微鳞片变晶结构，含水量大时呈团块状，含水量少时为鳞片状，片理极其发育，层厚0.01~2mm，片理面手感光滑，有丝绢光泽，遇水即软化、泥化。掌子面无明显渗水，但开挖后有少量渗漏水、滴状及面状浸湿，量小，拱部有掉块、坍塌现象。围岩整体稳定性较差，为V级围岩。
2 施工中存在的问题及成因分析
2.1 施工中存在的问题 千枚岩与板岩互层区，软硬岩相间，爆破药量难以控制，一般来说，造成软岩部分超挖、硬岩部分欠挖，导致开挖成型差。这使围岩不同部位的应力释放产生差异，不利于应力重分布，因而产生不同程度的掉块或局部坍塌。在千枚岩区，岩体相当破碎，呈团块状、片状、鳞片状，开挖时易于钻进，但易塌孔。千枚遇水后软化似弹簧土，泥化呈淤泥状。初期支护施作以后，围岩变形大，且长期不收敛，局部地段4~5个月不趋于稳定；开挖时无地下水，后期地下水增大。这些病害都危及到隧道施工安全与结构质量。
2.2 成因分析 金元电站引水隧洞3#支洞隧道千枚岩Ⅴ级围岩区施工难度大，主要受变质岩的特征、地质构造、千枚岩的特性和地下水所决定。本隧洞洞身开挖过程中，部分洞段开始时无地下水，但不久即出现滴水，甚至股水。究其原因，可能是因为洞身的千枚岩层上部为板岩层（由于受开挖断面制约，开挖时未揭露出板岩层）。当含有层状板岩时，在构造应力作用下，岩性较硬的板岩中会产生不同方位的贯通裂隙，这样就为地下水的流动提供了通道。大部分洞段由于千枚岩厚度达到一定程度，洞身开挖后没有出现地下水。 塑性区的加大与地下水的发育互相促进，互相作用，使围岩稳定性不断变差，变形不断发展，产生崩塌、涌水等各种病害。这一点体现在千枚岩层中地下水的延迟性（即塑性区在地下水作用下逐渐加大的过程）。
3 金元水电站3#支洞施工质量控制
针对上述问题，金元水电站3#支洞施工中采取了如下质量控制措施：
3.1 超前支护 超前支护采用d42mm注浆小导管，根据围岩地质条件，较差时全断面布置，间距20cm，较好时拱部设置，间距25cm。超前注浆排管长度5.0m，排距控制在2~2.5ｍ间（每循环进行一次），超前小导管外插脚5°，注水泥水玻璃双液浆。搭接长度较大，达到3.5～4m，有效的提高超前支护的安全可靠性。布设间距较小，有效的防止围岩自导管间掉落形成塌方脱空现象。
3.2 开挖 为防止局部坍塌，提高洞挖成形质量，开挖采用微震光面爆破，辅以人工风镐开挖。我们在开挖线上打设消能减震孔，孔间距20cm，与周边眼同深度，消能减震孔不装药。周边眼距消能减震孔20～30cm布孔，根据围岩地质条件装半卷或1卷药。同一断面围岩相当较差的部位周边孔间距小，装药少。爆破后局部未沿消能减震孔掉落部位辅以人工风镐撬挖即可。
3.3 扒碴与装碴运输 装碴采用ZL50C装载机，自卸汽车运输，洞内间隔80～120m开挖会车道。
3.4 初期支护 初期支护采用钢拱架+超前注浆小导管联合支护:①立拱挂网。钢支撑采用I18型钢，钢拱架间距0.5m；纵向连接钢筋设双层，为Φ22mm螺纹钢筋，环向间距为1.0ｍ；钢筋网设双层，采用φ6.5mm圆钢焊制而成，网片网格间距15cm×15cm。钢支撑架立后，立即打设锁脚锚杆，锁脚锚杆采用d42mm管式注浆管，长度3.0ｍ。每榀设置4处，每处2根，共8根，拱部4根设置在拱脚和两节拱架连接板0.5ｍ范围内，下断面４根，设置在拱脚上0.8ｍ～1.2m范围内。②喷射混凝土。喷射混凝土标号Ｃ20。临时支护喷混凝土中可添加微纤维，封闭毛洞壁、增加抗渗性，改善施工作业环境，加快进度。喷混凝土厚20cm，局部超挖部位用喷混凝土回填，以增强初期支护整体强度。整个施工洞段设计单位定为Ⅴ类围岩，安全支护断面如图1。
4 结论与建议
由于金元水电站3#支洞隧道采取了超前支护措施，灵活动态的施工方法，形成了快速的施工生产能力，使得工程能够安全顺利完成。对于Ⅴ级软弱千枚岩围岩区的隧洞施工，文中得出以下结论和建议：①千枚岩地段施工，必须值得引起足够重视的是地下水的影响，地下水的作用加速了围岩的变形，使围岩稳定条件恶化，易形成大塌方。所以在开挖时如有地下水，就应该及时施作初期支护，而且变化超过正常水平时，应加强初期支护，抑制围岩的进一步变形，防止发生坍塌。②千枚岩地段施工，围岩变形观测很重要，要按照选择合理地段布置围岩变形观测点，不间断分析变形观测记录，对收敛变形明显部位要及时加强安全支护。③千枚岩地段开挖后，底板遇水浸泡后呈淤泥状，出渣车辆运行困难。需要及时从洞挖拉运坚硬石渣换填洞内底板，保证出渣车辆运行畅通。④无轨运输重车长距离运输所产生的废烟、废气对坑道的污染会相当严重，施工通风对坑道施工环境要求很重要。同时要有足够的备用设备和零配件，以保证通风系统的正常运行。
参考文献:
[1]高举军.金元水电站引水隧道3#支洞岩土工程勘察报告.
[2]黄成光.隧道施工技术.北京：人民交通出版社.2001.