水利工程隧洞施工中遇到的问题处理方法分析

水利工程隧洞施工中遇到的问题处理方法分析

文怀谦

云南建投第一水利水电建设有限公司 云南省 650041

摘要：文章针对水利工程隧洞施工中遇到的施工难点及地质问题，例如断层、塌方等进行分析，并结合具体的水利工程隧洞工程实例，简要介绍了隧洞遇溶洞及涌水问题的相应处理方法，希望能够为类似工程提供有效参考。

关键词：隧洞、施工难点、地质问题、处理方法

1水利工程隧洞施工措施

1.1水利工程隧洞进出口施工措施

在通常的情况下，隧洞进、出口地方的坡度相对较陡，岩石破碎、风化的程度相对比较高，甚至存在断层问题。如果全部将这些不稳定层面挖去，其工程量是比较大的，消耗的费用也相对比较高，对植被及自然环境的破坏也比较大。在实际开挖过程中，应该注意以下几个方面：第一，如果有滑坡体存在，就应该认真做好削坡处理，让坡面更加稳固。第二，通过在脸洞上部修建截水沟，避免雨水渗入到岩石裂隙当中。第三，在埋深较浅或地质较为破碎无法成洞的情况下，可以修建明拱段，避免塌方，确保进、口部位的稳定。为了避免爆破对岩体的稳定性造成太大的影响，应该对爆破参数和爆孔的装药量进行严格控制，避免附近围岩及已完成的初期支护由于爆破产生震动破坏，引发塌方事故。在循环进尺的过程中，进尺不能过大，一般应该限制在2m以内，并一边开挖，一边进行支护。

在对隧洞开挖之前，应对洞脸开挖部位进行初期支护，并对初始洞身段进行超前支护，超前支护长度一般为不小于 20 m 布置。例如某隧洞施工中，一是超前支护施工技术。用长度为 4m，型号为 Φ42 超前小导管对隧洞拱部塌体采取超前支护措施。超前导管通常要设置两层，在距离最里面钢支撑大约 1m 处位置设置第一层开孔，在距离最里面的钢支撑处设置第二层开孔位置。单层环向间距应为 0.2m，层间距为 0.4m，隧洞每开挖 2m 划分为一组，相毗邻的两组水平投影搭接长度应在 1.0 m 以上，外插角在 12°左右，并应与钢拱架配合使用。二是初期支护施工技术。初期支护利用联合支护的方法，具体为开挖后及时初喷 4cm 厚的 C25砼。选用 I18 工字钢钢架，间距 0.8m 左右，然后，再根据临时拱脚地方的基底岩石具体情况，通过利用下垫大块钢板以及槽钢的方式加强基底的稳定性。在左侧支设拱架施工的过程当中，其中一端设置在临时拱脚部的位置，另外的一端在拱顶处和临时立撑相连接。右侧支设拱架施工方法与左侧支设拱架施工方法一样。系统锚杆的锚杆方式利用 Φ22mm 组合式中空注浆。单根长 3.5m，间排距 1.2m×1.0m，梅花形布置。

2.2水利工程隧洞身施工措施

在隧洞开挖之前，应该认真做好地质勘探工作，掌握地质的实际情况，一旦发现有问题，应该及时采取办法。

在长隧洞的施工过程中，由于其地质环境比较复杂，就算勘探工作足够细致，也很难避免地质突变情况的出现，造成开挖的难度的增加。在隧洞开挖的过程中，主要出现的问题有断层、地下水位过高、渗漏水等现象，且岩层节理倾斜角度较大，甚至有接近垂直面情况的出现，层理间也经常会出现夹泥层的现象。为了有效解决这些问题，可以采用新奥施工方法。在这个过程中，应该认真做好施工监测及预测工作，及时对地质问题采取针对性的措施，避免由于开挖参数控制不当造成损失情况的出现。此外，还可以采用光面爆破法，最大程度避免超填和超挖情况的出现。岩石隧洞开挖采用钻爆法开挖方案，开挖遵循新奥法原理，坚持“先勘探、再治水、管超前、弱爆破、短进尺、少扰动、强支护、早封闭、勤观测”的施工原则。围岩采用全断面开挖法，Ⅲ类围岩每循环进尺3-5m；IV类围岩每循环进尺3.0m以下m，V 类围岩每循环进尺1.0 m。浅埋、断层破碎带等不良地质洞段采用环形开挖预留核心土法，每循环进尺0.8m。不良地质段开挖前，先进行超前围岩预注浆+超前管棚等工程措施封堵地下水和加固地层，然后再采用环形开挖预留核心土法进行施工。上部环形导坑采用人工风镐开挖，必要时辅以弱爆破，下导及底板采用控制爆破开挖；进尺不超过0.8m。各部开挖后及时封闭掌子面，喷锚+工字钢拱架联合支护。

2.3 隧洞开挖施工中的排水措施

在隧洞的施工过程中，排水问题是一个大问题，也是必须要考虑的问题。隧洞中水主要来自于钻孔用水和岩石裂隙水。对于第二种水，其经常发生在降水比较丰富的地区。对隧洞开挖出水点按出水流量大小进行分类。对较大的集中出水点进行洞内封堵处理，以恢复地下水的补排关系并减少洞内出水量。1) 对出水流量 Q ≤5L / s 的出水点做好引排工作，暂时可不进行封堵。2) 对出水流量 10L / s≥Q≥5L / s 的出水点适当开挖后采用管道引排，然后采用快干混凝土封闭即③对出水流量 Q≥10L/s 的出水点，进行扩挖后采用管道引排并在周围增加钢支撑，同时采用 C10 混凝土( 快干水泥) 等材料对管道和岩层的周边空腔进行封堵，封堵完毕并达到强度后，采用反压灌浆的方法将出水点彻底封闭。

3水利隧洞工程施工常见地质问题

3.1对断层情况的处理

在隧洞穿越断层地带进行施工的过程中，其施工难度主要取决于断层性质、断层宽度、填充物、含水性、隧洞轴线与断层构造线的组合关系。此外，围岩稳定度、工序衔接是否合理、施工技术应用是否恰当等，都会对断层地带的施工造成较大的影响。如果隧洞的轴线比较接近垂直构造方向，且断层的规模较小、破碎带含水量不是很高的时候，可以采用随挖随撑的施工方案。如果隧洞的轴线与构造方向接近平行，就应该认真组好拱墙的砌衬工作。如果断层当中存在过多的填充软塑状断层泥或者各种松散的颗粒，可以采用超前支护的方法，先对拱进行施工，然后对墙面进行施工，如果断层的情况比较严重，破碎岩体较多，应该采用马口开挖的形式。一旦断层在施工中出现了大量的涌水，应该及时采用堵排结合的治理方法，最大程度避免严重问题的发生。

3.2 对塌方情况的处理

水利工程隧道施工相对比较复杂，施工的环境也比较复杂，隧道施工过程中的塌方是较为严重的问题，隧道工程的施工需要先在地层中开挖土石，形成一定的坑道样式，做好初次支护和对隧道的衬砌工作，确保开挖的坑道周围岩石不会变形或者脱落，保证隧道的安全使用。地质条件和水文地质条件对隧道的施工质量有着十分重要的作用，地质运动也会影响隧道塌方情况的出现，一些断层发育数量多的地方很容易产生塌方，塌方发生后，大多数的岩体会出现破碎，裂隙发育严重，影响到水利工程的施工。在对水利隧道塌方工程进行施工时，需要及时对一些危岩体进行处理，做好工程量方面的统计，准备好施工中需要的防护物资，对隧洞塌方体正前方的危岩体提前进行处理，做好喷浆封闭工作，正拱顶上需要尽可能喷实，正前方的喷浆厚度以10-20cm为宜，增加整体的抵抗能力。对于隧道洞内塌方体稳定性分析，需要尽量减少对洞内的扰动，防止塌方体失去平衡。

4 工程实例分析

4.1本工程隧洞地质条件

（1）进口段（0+000～0+070），埋深26～32m。基岩出露，为威宁组（C1w）：灰白、肉灰色生物碎屑灰岩，鲕状灰岩夹白云质灰岩、硅藻岩。岩层产状为

303°∠15°，为逆向坡，自然边坡稳定。引水隧洞进口段岩体风化严重，溶

蚀破碎，埋深浅，风化裂隙很发育，为Ⅴ类围岩。工程施工注意加强衬砌

和作好排水准备。

（2）洞身段（0+070～0+210），出露为威宁组（C1w）的生物碎屑灰岩，鲕状灰岩夹白云质灰岩、硅藻岩，岩层产状为281°～303°∠10°～20°，隧洞位于

地下水位以下，隧洞与岩层走向呈大角度相交。岩体溶蚀破碎，埋深较

浅，风化裂隙较发育，围岩整体稳定性较差，岩体呈薄至中厚层状结构，

属Ⅳ类围岩。工程施工注意加强衬砌和作好排水准备。

（3）出口段（0+070～0+380），埋深18～32m，出露为梁山组（P1L）浅灰色泥质粉砂岩、页岩及浅灰、浅棕色中-粗粒石英砂岩夹灰岩；威宁组（C1w）灰白、肉灰色生物碎屑灰岩。

4.2本工程隧洞施工过程中遇到的问题处理

本工程洞身段位于地下水位以下，隧洞与岩层走向呈大角度相交。岩体溶蚀破碎，埋深较浅，风化裂隙较发育，围岩整体稳定性较差，岩体呈薄至中厚层状结构。施工过程中隧洞存在遇岩溶管道并可能出现涌水、涌泥等问题，是制约本标段施工工期的关键问题。工程施工过程中加强一次支护和作好排水准备。

4.3水利工程隧洞施工中遇到的问题与处理方法研究

4.4.1溶洞施工遇到的问题与处理对策

（1）隧洞底板无水溶洞

1）溶洞沿洞轴线方向宽度小于2m、深度小于2m时，清除充填物后采用洞渣回填夯实。2）溶洞沿洞轴线方向宽度大于2m、深度小于2m时，清除充填物后采用洞渣回填夯实，并根据溶洞长度通过计算，加强隧洞纵向配筋。3）溶洞沿洞轴线方向深度大于2m时，应根据溶洞发育情况采取相应的处理方案。

（2）隧洞底板有水溶洞

1）溶洞沿洞轴线方向宽度小于隧洞宽度、深度小于2m时，预埋涵管连通原有排水通道。2）溶洞沿洞轴线方向宽度大于隧洞宽度、深度小于2m时，设置钢筋混凝土盖板保留原有排水通道。跨度较大时可设置中部排架或中墩，基础应置于稳固可靠的基岩上。

4.4.2隧洞涌水问题与处理措施

隧洞施工过程中涌水总体按“以排为主，堵排结合”的原理实施综合处理，施工过程中可以运用超前地质预报、超前钻孔泄压及超前注浆封堵等一系列措施进行合理的处理。对于本标段隧洞地质构造复杂、地下水压力高，涌水量大，存在突水地质灾害的核心问题，相关人员要遵守经济合理原则与安全可行原则，在处理地下水时，可以采用“先探后掘，以排为主，堵排结合”的处理方案进行有效处理，并结合不同情况遵守下列基本原则实施处理：（1）隧洞部分洞段涌水水量小、点多的特点，通常可以采用分段设置集水坑，运用水泵抽水，将水排出到洞外的方法。针对底部围岩是软岩，遇水易软化洞的段落，排水沟应在规定的时间内进行硬化处理。（2）适合封堵的渗水、涌水量较小的洞段，使用超前小导管封堵灌浆或局部径向浅孔灌浆，灌浆孔深度保持在5m之内，核心部位需要放在拱部。（3）预报填充型溶腔充水时，可考虑设置超前探孔或加深炮孔泄压，待无涌水风险后再予清除开挖。（4）采用超前地质预报后，预测涌水量大的洞段，应事先采取泄压或超前封闭等措施，将每小时涌水量控制一定范围以内，以防止供电负不能满足要求。（5）当涌水量较大，抽排费用过高，对主要涌水点（段）进行强制封堵，以降低抽排费用。

综上，随着时代的不断发展，对水利工程隧洞施工技术及安全问题提出了更高的要求。针对当前施工中出现的问题，应该引起足够的重视，认真分析问题发生的原因，及时采取针对性的措施，制定更加完善的施工技术方案，做好突发问题的应对措施，最大程度保证施工的正常进行。

参考文献

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