特殊部位不良地质洞段的开挖支护及缺陷处理措施.docx

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特殊部位不良地质洞段的开挖支护及缺陷处理措施

特殊部位、不良地质洞段的开挖支护及缺陷处理措施

一、洞口开挖和处理

根据厂房系统洞室的特点，在附属洞室洞口开挖支护和处理过程中采取以下措施：

1、地下洞室洞口掘进前，仔细勘察山坡岩石的稳定性，并按监理人指示，对危险部位进行处理和支护。

2、洞口的开挖必须按设计要求做好洞口锁口支护并经监理人确认稳定后，方可开挖进洞。

3、洞口的边坡开挖完成后，在进行洞脸岩石和起始洞段开挖时，采取有效的控制爆破措施。

对洞口段10m范围，采用短进尺、多循环、弱爆破，一般进尺为0.8~1.5m，以防止爆破震动造成洞顶山坡和洞口岩石发生震裂、松动和塌方。

二、竖井井口、平洞与竖井交叉口施工

1、竖井口开口前井口周边围岩稳定性的勘察。

各井口开口前，应仔细勘查周边围岩的稳定性，并对危险部位进行加固处理和加强支护。

2、竖井开挖必须边开挖边进行支护，上一个循环支护完成之前，不得进行下一个循环作业，以确保工程安全。

3、竖井井口开挖：

竖井井口开挖前，先对井口周圈锁口锚杆支护。

井口短进尺扩挖及喷锚支护，开挖下降3～4排炮（约5m）后，视围岩条件采取在设计断面之外环向钢格栅喷混凝土或钢筋混凝土锁口，然后在井口周围安全护栏后再继续开挖。

4、平洞与竖井交叉口开挖：

先开挖平洞形成竖井口通道，平洞口段做好系统支护。

竖井施工后，对井、洞相贯线外围井口段进行锁口及系统锚喷支护。

5、设置专用的载人和吊物提升系统，井壁设置爬梯作为应急措施。

三、洞室交岔部位的开挖支护

1、平交口部位的开挖支护

①平交口开挖按照短进尺、多循环的原则施工；

②平交口支护紧跟开挖作业面，根据开挖揭示的地质条件，采用长锚杆、钢筋网喷混凝土、钢支撑、混凝土衬砌等方式加强支护，加强支护范围要大于平交口应力影响区域（一般平交口弧线外6m左右）；

③平交口施工尽量减小对主洞运行的影响；

④平交口布置、开挖、支护措施等需经监理人批准后才能实施。

⑤质点振动速度满足技术条款的要求；

⑥平交口施工过程中，根据具体情况进行必要的安全监测，根据监测数据分析成果，指导开挖、支护。

2、隧洞立体交叉部位开挖支护

在施工过程中对地下厂房系统有全面的认识，立体交叉部位施工严格遵循相关规范规定，并按如下要求进行施工：

①交叉段错开时段施工，错开距离不小于30m，且无论上、下洞室爆破均全部拆除两洞的施工人员；当立体交叉的隧洞间岩体厚度小于大洞室直径（或其它最大尺寸）的1.5倍而大于1倍时，采取控制爆破措施；当立体交叉的隧洞间岩体厚度小于大洞室直径（或其它最大尺寸）的1倍时，除采取控制爆破措施外，同时需考虑隧洞交叉处结构加强支护、加强衬砌等措施；

②先开挖洞室在上部时，该段加强支护，当两洞间岩体厚度在1.0～1.5倍大洞室直径时，先在上部洞室底板向下打悬吊锚杆，必要时增加钢筋混凝土锚板，下部洞室开挖时，立体交叉段按“短进尺、弱爆破、多循环、分部开挖分区支护”原则施工，并视地质条件及上覆岩体（岩板）厚度选用钢拱架加管棚、超前锚杆或钢筋混凝土衬砌等强支护措施。

③先开挖洞室在下部时，则下部洞室的立体交叉段先进行强支护或钢筋混凝土衬砌，上部隧洞开挖立体交叉段时，严格按上述开挖支护原则施工。

④立体交叉处开挖时，加强监测及数据反馈，以便确定后续开挖方案。

⑤立体交叉处的隧洞开挖方案及措施单独报监理人审批。

四、岩壁梁部位的开挖支护

岩壁梁部位的开挖支护措施详见12.5.1节第三项。

五、母线洞开挖支护

根据母线洞的结构特点，为了保证施工安全，施工过程中采取以下施工措施：

1、母线洞间隔开挖，分为两序进行施工，4#、2#母线洞为Ⅰ序，3#、1#母线洞为Ⅱ序，在Ⅰ序母线洞开挖支护完成后，再进行Ⅱ序隧洞的施工。

2、每条洞室开挖爆破时，严格进行爆破控制，确保不影响相邻洞室的施工安全和相邻洞室已实施的喷混凝土、锚杆等不因爆破振动受损。

3、母线洞不良地质段在开挖每一循环结束后，及时完成一次支护，以确保施工安全。

4、加强监测（含变形监测）及数据反馈，以便优化后续开挖、支护方案。

六、不良地质段施工

不良地质段开挖严格遵循“短进尺、少扰动、强支护、早封闭、勤测量”的原则。

设计临时支护根据施工需要在引水道进出口段及不良地质段增设了部分超前锚杆、超前注浆小导管及钢支撑和格构梁支撑。

1、不良地质段处理原则

根据招标文件地质资料描述的断层、节理裂隙性状及规模，地下厂房系统断层等不良地质段处理按如下原则组织施工：

①调查地质条件，必要时，可采用打勘探孔、勘探洞等方法进一步了解地质情况，做好地质预报，预先采取有针对性的安全有效的施工方案。

②减少对围岩的扰动，采用短钻孔、弱爆破、多循环；

③做好排水，减少渗水，增加围岩的自稳；

④分部开挖、分区支护；

⑤掌握不良工程地质问题的性质，及时采取有效的支护；

⑥加强监测，勤检查、勤巡视并且及时分析监测成果和检查情况，根据监测信息反馈，及时调整后续开挖支护方案。

（2）不良地质段处理措施

①不良地质洞段开挖支护，首先探明断层的准确位置、产状及影响范围，根据围岩特性对局部不稳定部位增设随机锚杆；对控制稳定的软弱结构面，采取预应力锚束加固并伸到完整岩体中维护围岩稳定。

②在软弱破碎的岩体中开挖洞室，尽量减少对围岩的扰动，宜采用先护后挖，边挖边扩或先对岩体进行加固后再开挖等方法。

或者采取一掘进一支护，稳步前进，即开挖一循环先喷混凝土，然后打锚杆、挂网，再喷混凝土至设计厚度，如此循环掘进。

围岩稳定特别差时，爆破后立即喷混凝土封闭岩面，一边出渣，一边再打锚杆、挂网、喷混凝土，必要时安设钢支撑（格栅钢架）增加支护能力。

③做好超前支护，主要采用超前锚杆、管棚、管式锚杆进行超前支护，必要时采用预灌浆加固措施，为了保证高边墙稳定，边墙部位增加部分外插角30°左右的超前锚杆支护。

不良地质洞段开挖支护程序见附图12.5-60。

④采取严格的控制爆破和强支护措施，分部开挖，分区支护，开挖循环进尺按1.0~1.5m控制，一般破碎带尽量用挖掘机开挖或人工撬挖。

根据断层分布特点，大洞室开挖按照“先软后硬”的开挖原则，先开挖支护好断层影响较不利的一侧，再开挖支护另一侧。

主厂房、主变顶拱由于跨度大，开挖时采取中导洞超前，两侧扩挖滞后错距跟进的施工程序，先实施中导洞顶拱部分的永久结构锚喷支护，再分别进行两侧的扩挖及支护。

顶拱以下各层开挖边墙一次预裂到位、薄层梯段开挖，适时支护。

⑤开挖后及时实施喷钢纤维混凝土初封闭及系统锚杆支护，并采用格栅拱架或钢筋网架强支护。

其它隧洞型钢拱架或格栅拱架支撑（间距为80cm～100cm，格栅拱架主要用于交叉口段、竖井内）。

格栅拱架之间采用钢筋纵向连接，格栅拱架与围岩结合紧密，采用Φ32，L＝9m随机锚杆固定，并及时挂钢筋网喷不小于20cm厚钢纤维混凝土支护封闭。

及时打设排水孔，降低地下水压力，避免地下水对喷混凝土的渗透破坏。

⑤对于主厂房、主变等大跨度、高边墙部位，出露的断层不良地质段分段弱爆破开挖后，及时采用加强锚杆及灌浆或混凝土置换加灌浆的方式进行处理，确保边墙稳定。

混凝土置换处理在混凝土达到一定强度后进行固结灌浆，防止破碎带被挤压隆起和侧向变形过大。

⑥对于卸荷严重地带、断层破碎带、节理裂隙密集地带，必要时进行固接灌浆加固围岩。

灌浆后的开挖间隔时间，根据灌浆目的和开挖跨度，通过试验确定；灌浆后采取短进尺、弱爆破、快支护进行开挖。

七、地下水防治措施

地下水活动较严重地段，加强地质预报，采用截、堵、引、排的综合治理措施。

1、地下水超前地质勘探预报

由于厂房系统潜在的地下水一旦出现涌水，将危及人员、设备等的安全，后果不堪设想，并将因此而影响工期。

因此在施工中，采用超前地质勘探用以查明未开挖区的地质构造、地下水富集带、含水层或含水地下洞穴的位置等尤为重要。

根据超前地质勘探反馈的信息制定各种可能情况的施工技术方案、灾害防止预案，立足于超前预注浆封堵，争取在开挖前封闭地下水通道。

超前地质勘探主要采用超前导洞勘探法、电阻率勘探法和地质雷达法（GPR法）三者相结合的方法，各种方法相互取长补短，以便准确的预报地下水的情况。

施工中结合工程地质水文地质条件，根据目前国内外的地质预报研究现状和成功的经验，在施工过程中拟采用多种预报方法相结合的综合超前预报方法，即以超前地质勘探、物探法、超前钻孔、经验法等建立宏观预报、长距离预报、短距离预报等三级预报，并提出地质灾害临近预警机制，构成厂房系统的地质综合预报体系。

在施工期间，通过现场三级预报信息反馈，以提高信息解译精度，经综合判断提交相应的地质超前预报单。

施工过程中应严格执行“先探后掘”的原则，以避免地质灾害的发生，确保地下洞室的安全施工。

2、一般地下水压力下的地下水处理

在非岩溶地区，即使是高水头地下水，但通过节理、裂隙或岩石孔隙后，地下水压力会得到很大衰减，因此隧洞开挖后，虽然地下水渗流严重，但压力比在初始地下水静压力下降低很多，对于这类地层，随着开挖洞深的增加，地下水并不停留在原地出现，而是紧跟开挖在掌子面附近发展，因此施工中采用超前排水的方法。

主要方法是开设中、下部导洞超前，使地下水超前在导洞中排出，这样大断面隧洞掌子面附近的地下水就会迅速减少。

3、高地下水压力下的地下水处理

对于一般排水方法无法满足要求的高地下水压力下的地下水，结合工程特点，根据地质超前预报成果，主要采取超前注浆封堵的方法，争取在开挖前封闭地下水通道。

超前预注浆封堵法是利用有效半径的概念，在裂隙含水层中通过适当的钻孔设计和布置进行注浆，形成足够体积的水泥结石和岩石组成结构体，此方法可以有效地隔离地下水，从而保证隧洞开挖的顺利进行。

根据规范规定，注浆孔底距毛洞边缘距离为毛洞直径的0.5～1倍。

经综合分析厂房系统岩层裂隙状态、地下水情况、设备能力、浆液有效扩散半径、钻孔偏斜率和对注浆效果的要求后确定地下洞室每一注浆段，沿洞轴线呈伞状布设注浆孔。

另外，鉴于洞室的岩石裂隙发育及不均匀性，施工中根据具体情况适当调整，以免出现“死区”。

由于预注浆浆液扩散的一般规律是向上易扩散，向下不易扩散，一般先钻注布置在隧洞顶板上的注浆孔，后钻注洞室两测孔，最后钻注底板孔，全段注浆完成后，待凝三天，然后进行开挖作业。

预注浆处理灌浆材料的要求是凝固时间短、强度高，因此选择普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，采用水玻璃作为主要速凝材料，其比例在1:

0.4～1:

0.6范围内。

4、涌水时的安全措施

根据已往施工的经验以及厂房系统的情况，高压大流量地下涌水一般发生在以下几种工况：

①在钻孔拔钻杆时涌水。

操作人员应注意观察，操作时注意安全，一般对施工人员的威胁不大。

②由于开挖使得原承压的岩墙变薄，大部分出水点的涌水发生在放炮后至出渣前。

此时处于施工通风阶段，施工人员距离掌子面较远。

一旦掌子面附近发生突水，人员可以快速撤离。

③高压突水发生在放炮后的一段时间内，由于压力高、喷距远，在一定范围内甚至雾化，施工人员无法接近，出现大量涌水后也可以快速撤离。

以上几种情况下对施工人员的安全威胁并不大，但在施工过程中应有专职的安全员对施工现场进行查看，一旦出现涌水情况应及时撤离现场，关掉高压电源；并及时处理涌水后的现场。

5、涌水处理预案

超前预注浆处理地下水是建立在超前地质预报基础上的。

但是，隧洞工程地质复杂多样，单靠目前的技术手段和方法，并不能对施工期所有地质情况做到精确预报，特别是对施工影响最大的地下水的预报，尚没有一种完全可靠的预测手段，因此，对超前探测未探知的涌水、涌泥等地质灾害性给予足够重视，应事先准备好遭遇突发性涌水的施工预案。

①分流钻孔

当揭露出水量相对较小的高压集中涌水时，可以采用钻孔的方式分流泄压，根据涌水量大小决定钻孔孔径及数量，采用液压钻孔台车钻孔，孔口安装导流管和阀门，便于控制。

分流导管安装完成后，截取部分裂隙水从导流管排出，使原涌水点水量减小，然后再实施注浆。

步骤如下：

a.地下水补给区与地下洞室涌水点之间布置泄流钻孔分流泄压，降低地下洞室涌水点的涌水量和流速；

b.钻设若干个与裂隙相交的灌浆孔，并镶上孔口管；漏水裂隙凿槽，先用棉纱、麻刀等对缝嵌塞，迫使渗水全部从管中流出，然后再用快凝砂浆将槽填平；

c.同时钻设注浆孔，对地下洞室涌水点与分流孔之间的围岩实施注浆，（注浆浆液可考虑采用易于调整胶凝时间的水泥和水玻璃双液浆液）；

d.待地下洞室围岩注浆胶结体达到一定强度后，关闭分流孔孔口防突水装置上的阀门，连接注浆设备，对分流孔实施注浆封堵。

八、岩爆预防及处理措施

开挖过程中，根据观测预报及地质观察，对有可能出现岩爆的洞段采取以下措施：

1、采用浅孔爆破，进尺3.0m，并用台车钻应力释放孔；

2、撑子面喷洒高压水；

3、增设临时防护设施，给主要施工设备安装防护网和防护棚架，施工人员配钢盔、防弹背心，掌子面加挂防护钢丝网；

4、开挖后及时用高延性锚杆（带弹性垫板的速凝锚杆）临时支护，然后按设计要求进行锚杆（索）、喷钢纤维砼支护；

5、对激烈岩爆及时躲避，直至岩爆平静；

6、加强处理岩爆危石。