水利工程引水隧洞地质超挖研究与应用

水利工程引水隧洞地质超挖研究与应用

王斌

身份证号码： 37250119780330****

摘要：水利工程引水隧洞开挖由于洞距离较长，而且隧洞埋深大同小异，开挖隧洞穿越复杂多变地质条件，不能确保其施工安全、质量。向家坝灌区邱场分干渠自贡段隧洞成洞条件较差，主要以泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩等泥岩类，具有遇水软化、失水崩解的特征，施工过程中出现超挖现象，最终使得施工难度性提升，施工成本投入不断增长。

关键词：水利工程；地质超挖；引水隧洞；研究与应用

1超挖影响因素

1.1钻孔爆破因素

爆破孔成型偏差、装药及起爆失误对隧道爆破的影响，实现隧道爆破设计意图的两个主要工序为钻孔和装药。钻孔成型质量受炮孔定位技术、钻孔机具、操作人员技术熟练等影响，是实施爆破设计的基础；装药工序的关键点一是各炮孔起爆顺序的准确定位和网络连接的可靠性，二是按中心掏槽区、扩槽区、周边成型区分块控制装药结构和线装药密度。

对整个工作面炮孔而言，单个炮孔空间位置偏差主要由开眼偏差、方向偏差、和岩石内部附加偏差组成，受偏差的影响，底部炮眼实际成型状况与设计图布置会出现很大差异。

装药及起爆失误会因1个炮孔的拒爆或出现较大的残眼，使下一排炮孔因抵抗线增大而形成严重的底坎，并遂层放大，延续至周边炮孔。工作面的起伏不平整，增大了下一循环钻孔难度和炮孔位置偏差，造成超挖。

1.2施工因素

导致隧道地质超挖的施工因素主要有：测量环境差，放点准确度不高，定位导线点，容易造成测量放样的精确度降价，甚至错误的测量放样情况；责任心不强的作业人员、未掌握熟练地工作技能，在装药、钻孔工序时，不能按照钴爆设计交底内容严格执行，炸药用量、装药顺序、锚杆钻孔角度、深度等控制不能满足技术参数；不规范的钻孔作业，作业人员钻孔未按照设定的周边孔孔位钻孔严格操作，造成偏差大的孔位、过大的钻孔外偏角、孔间距不平行或同一开挖面上孔底不一致等现象。

2超挖控制技术

2.1不良地质洞段处理措施

2.1.1隧洞洞口失稳技术措施

1）开挖前在洞口边坡及坡顶埋设变形监测点，开挖过程中及时监测并反馈信息，确保施工安全。根据岩层厚度、顶部位置、走向具体设置，顺层岩体的位置变化应保证能观测到。根据观测数据，分析边墙、洞顶围岩变化，若洞顶沉降量变化大，造成竖向、横向位移较大时，再查看隧洞上部是否开裂缝，并加强监测。如果竖向、横向位移继续增大，隧洞上部裂缝变大、增多，则洞口失稳可能出现，必须通知施工队伍停止开挖作业，待处理安全后方可施工作业。

2）洞口段采取超前支护、全断面法开挖，每循环开挖后及时进行系统支护。按原则施工：①开挖支护按照“勤检测、短进尺、强支护、弱爆破”的原则；②工程部管理人员和作业队技术员随时记录观察开挖面的围岩地质情况，查看开挖上一桩号支护情况，确定隧道、围岩的稳定性、可靠性；

③爆破开挖后测量非常重要，按照规范、设计图纸要求，测量队进行对隧洞顶拱、边墙下沉及围岩收敛数据测量，如围岩有异常变化立即通知采用加固措施，保证安全施工。

2.1.2预防和处理塌方的措施

1）保证施工安全和施工进度的关键是预防塌方，现场管理人员、作业人员随时观察开挖围岩体地质有无异常变化，必要时采取加强支护手段，防止塌方发生。

2）在不良地质段施工时，根据相关规程规范要求联合监理人对围岩进行地质测试孔、钻孔，根据实际围岩情况进行地质超前预报。

3）围岩层较差段施工时，应采用机械开挖、控制进尺、增强支护和随时监测的施工方法。

4）对没有破坏的岩层、围岩段松散渗水或岩层结构面不好的，采用超前锚杆支护。

5）隧洞围岩松散破碎、地下水发育段，采用超前小导管注浆支护。

6）隧洞穿越公路段、居民区等特定区域，采取合适的超前支护、超前灌浆阻水、短进尺、弱爆破及时支护的方案进行开挖，避免造成塌方、冒顶和超标准地表沉陷等。

2.1.3对隧洞松散地层、破碎带地质影响的控制措施

1）稳定性差、胶结弱、结构松散的地层，坍方在施工中容易发生。此类地层穿越隧道时，因不能对围岩扰动，采取先支护后开挖、加密支撑、及时支护封闭的原则作业，必要时可采用预加固等措施。

2）针对地质条件差的破碎带，开挖围岩会造成隧洞边墙、顶拱出现掉块、冒顶、坍方等，在开挖过程中按照围岩类别控制好进尺和及时支护；开挖岩性变化较复杂的破碎带时，需准确研究分析工程地质条件和地质超前预报，正确发布相关数据、影像资料，根据岩性状况及时调整围岩类别和开挖支护方式，确保开挖安全。

2.2施工超前地质预报

2.2.1超前地质钻孔

在隧洞掌子面布置水平钻机进行水平钻探提前获取地质信息的1种预报方法，是对其他预报手段探测到的不良地质体的确认。

超前地质钻孔的位置、孔深、数量等根据施工图预测的地质变化位置和地质人员根据结合掌子面附近的地质情况综合分析确定。钻孔采用地质钻机钻孔，钻孔深度20~30m。主要用于下穿水塘段或预计有涌水断层地带。

2.2.2加深炮孔

打炮孔眼时，通过加长钻杆，超前探测掌子面前方6m范围内的工程地质条件。施工中根据钻进速度变化、冲洗液颜色和流量变化、钻进压力、岩粉成份、卡钻位置、突进等的变化，并通过测孔内水量、水压，判断掌子面前方工程地质条件。加深炮眼布置可根据实际需要确定，一般在掌子面均匀布置，前后循环位置在平面上适当错开，钻孔数量可根据前方地质条件复杂程度确定。

2.3不良地质段开挖安全措施

依据国家相关技术规范、标准规定及招标文件《技术条款》要求，结合工程施工的经验，制定工程不良地质段开挖安全措施，加强洞室开挖安全管控，确保施工安全。

1）成立以项目总工为组长的地质工作小组，配备有经验的地质工程师，全面负责施工期间相关地质工作。

2）全面收集与工程相关的地质资料，全面分析各不良地质段的围岩类别、地质构造特性，有针对性地编制不良地质段开挖专项安全技术措施

（方案）、作业指导书及应急预案等，文件报监理人审批后实施。

3）施工前，由专业地质工程师及安全管理人员先进行现场勘查，确认安全后方可组织施工；由分管技术、安全领导对技术方案、安全作业要求、注意事项及应急撤离等作全面、细致讲解，致力于每名参与人员均全部理解和掌握不良地质段开挖安全控制要点、重点。

4）由领导干部全过程值班，并配备作业指挥、安全管理人员及安全监护人员，对整个过程进行全面协调，跟班管理，及时查出事故除患。

不良地质段开挖施工选用作业技能和安全素质较高人员作业，并实行4h轮班作业制，避免作业疲劳导致注意力下降、动作走样等问题而导致事故。

结语

造成引水隧洞地质超挖主要原因是施工管理、复杂地质条件、炸药爆破技术参数（方法）及现场管理等；按照项目实践证明，通过合理采取的控制超欠挖技术措施可以控制减少超欠挖、超填混凝土工程量和人工、机械、材料投入，可以降低隧道开挖支护成本，进而提高了经济效益。

参考文献

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