贵阳抽水蓄能电站隧洞大断层影响带超前支护技术研究与应用

摘要：位于破碎带隧洞施工工程在具体施工中往往需要面临一系列复杂地质问题带来的挑战， 严重影响工程施工质量。本文基于贵阳抽水蓄能电站隧洞开挖工程，分析大断层影响带的超前支护技术与应用，该技术有效保证了施工的安全性和稳定性，为施工如期完成提供有效保障。本文以具体的施工案例为研究对象，详细分析大断层影响带超前支护技术的应用价值和具体施工方法。

关键词：隧洞；大断层影响带；超前支护技术；应用研究

引言：

断层是隧道工程中最常见的不良地质现象之一，它在一定程度上破坏了围岩的完整性和连续性，大大降低了围岩的强度。断层带和断裂带是岩溶发育的区域，能增强岩体的导水性和产水量，是隧道工程地质事故的最大隐患。大断层破碎带中常见的施工地质问题包括塌方、隧道变形等，因此，科学的支护方式极其重要。超前支护技术是隧道施工中常见的技术，选择合适的超前支护施工方案，对提高施工质量有着重要意义。

1工程概况

1.1施工环境

贵阳抽水蓄能电站位于贵州省贵阳市修文县谷堡镇，本标施工区位于电站下水库。工程区距修文县约13km，距贵阳市约60km，交通条件较为便利。主要施工项目包括：进厂交通洞、厂房顶层施工支洞、厂房顶层锚固洞施工支洞、那洒堆积体、那洒堆积体公路、BT2崩塌堆积体、开关站场平及边坡支护、下水库钢索桥和辅助工程以及环保、水保等。

1.2施工难点

进厂交通洞在桩号J0+195.037～J0+208.957（约14m）、厂房顶层施工支洞在桩号D0+29.5～D0+43.3（约14m）处均为F7断层，进厂交通洞F7断层影响带为J0+093.387～J0+264.456（约171.1m）；进厂交通洞在桩号J1+328.503（第三个转弯段以后）、厂房顶层施工支洞在桩号D0+627.77（第二个转弯段以后），厂房顶层锚固洞施工支洞在桩号M0+143.56（转弯段以后）处均为f4断层。

1.3解决措施

针对F7断层及断层影响带和f4断层处渗漏水排水问题，采取短进尺、弱爆破、勤观测，及时支护，除采用锚杆、小导管外，必要时采用大管鹏支护，并根据情况及时衬砌钢筋混凝土，确保施工的安全。隧洞渗水排除，采取在洞内底板上间隔200m左右设置1个集水坑，安装大流量中等扬程的污水泵进行分级接力向洞外强排。

2施工方案与关键参数分析

2.1交通洞施工

交通洞口地质为冲积砂卵砾石，崩塌堆积的块石、碎石夹粘土，残坡积粘土夹碎石，及少量溶洞充填物，与下伏地层为不整合接触。

基于此，确定洞口施工支护方案为：

（1）洞口施作打设超前小导管进行超前支护。开挖隧洞锁口段，施做初期支护，洞口边坡支护及锁口完成后进行洞身的开挖，并及时施作锁口段混凝土衬砌。隧洞洞身支护施工内容包括：锚杆、钢筋网、钢支撑、超前支护、喷射混凝土。

（2）支护在开挖后及时施作，以控制围岩变形，防止坍塌。为了确保围岩稳定，支护与开挖交替进行，开挖完一个台阶，及时对该台阶进行支护施工，支护施工结束后方可进行下一台阶开挖。

（3）初期支护施工工艺流程：施工准备-清理危石-处理欠挖-清理岩面-检查断面超欠挖-施工锚杆-质量验收-挂设钢筋网-安装钢拱架-施工超前支护-注浆-质量验收-喷射混凝土-质量验收-结束。进厂交通洞设计支护方案主要根据围岩的类别决定：

（1）针对III、IV类围岩，主要使用C20喷混凝土厚度为100mm，顶拱及边墙设φ25，系统锚杆L=3m×3m，L=4.5m/6.0；

（2）针对V类围岩，主要使用C20喷混凝土厚度为100mm，顶拱及边墙设φ25系统锚杆L=3m×3m，L=4.5m/6.0m，I16钢拱架0.8m；针对紧急停车段，采用C20喷混凝土厚度为100mm，顶拱及边墙设φ25系统锚杆L=3m×3m，L=4.5m/6.0m。

2.2厂房顶层临时隧洞施工

厂房顶层锚固洞施工支洞全长231.26m，断面净尺寸5.0m×5.0m（宽×高），洞口进口高程为852.3m，出口高程为963m；连接厂房顶层施工支洞至厂房顶层锚固洞。厂房顶层锚固洞施工支洞为临时隧洞。

厂房顶层锚固洞施工支洞洞身支护主要施工内容包括：锚杆、钢筋网、型钢、超前支护、喷射混凝土。支护在开挖后及时施作，以控制围岩变形，防止坍塌。为了确保围岩稳定，支护与开挖交替进行，开挖完一个台阶，及时对该台阶进行支护施工，支护施工结束后方可进行下一台阶开挖。初期支护施工工艺流程：施工准备-清理危石-处理欠挖-清理岩面-检查断面超欠挖-施工锚杆-质量验收-挂设钢筋网-安装钢拱架-施工超前支护-注浆-质量验收-喷射混凝土-质量验收-结束。进厂交通洞隧洞设计支护参数同样需要根据岩层类别决定：（1）针对III类围岩，采用C20喷混凝土厚度为100mm，顶拱及边墙设φ25系统锚杆L=2m×2m，L=3.0m；（2）针对V类围岩，采用C20喷混凝土厚度为160mm，顶拱及边墙设φ25系统锚杆L=2m×2m，L=4.5m，I16钢拱架1.0m。

3主要施工方法

3.1超前支护技术类型

隧洞开挖前，先向围岩内打入钎、管、板等构件，用以预先支护围岩，防止坑道掘进时岩体发生坍塌。本次工程应用到超前支护技术的包括：

（1）超前锚杆或超前小钢管：采用这种方法是爆破前，将超前锚杆或小钢管打入掘进前方稳定的岩层内。末端支撑在拱部围岩内的悬吊锚杆或格栅拱支撑上。使其起到支护掘进进尺范围内拱部上方，有效地约束围岩在爆破后的一定的间内不发生松弛坍塌。超前锚杆宜采用早强型砂浆锚杆，以尽早发挥超前支护作用。

（2）超前管棚法：此法适用于围岩为砂粘土、粘砂土、亚粘土、粉砂、细砂、砂夹卵石夹粘土等非常散软、破碎的土壤，钻孔后极易塌孔的地层。在采用此法时，管棚长度应按地质情况选用，但应保证开挖后管棚有足够的超前长度。为增加管棚刚度，可在钢管内灌入混凝土或设置钢筋笼，注入水泥砂浆。于是在地层中建立起一个临时承载棚，在其防护下施工。

（3）超前小导管预注浆是沿开挖外轮廓线，以一定角度打人管壁带孔的小导管，并以一定压力向管内压注水泥或化学浆液的措施。它既能将洞周围岩体预加固，又能起超前预支护作用。此法适用于自稳时间很短的砂层、砂卵（砾）石层等松散地层施工。

3.2围岩深部变形监测

为监测岩石内部不同深度各点的变形情况，结合永久监测设施仪器，在特殊地段，设置多点位移计组对围岩深部进行变形监测。监测断面按每类围岩至少布置1个监测断面，以满足控制各种不同的地段要求，重点对变形现象比较严重的围岩段进行重点监测，对于收敛变形应变率2％以上的隧洞段作为围岩变形监测重点，系统布置围岩内部变形和收敛变形监测仪器，以便相互验证，比较分析。

3.3锚杆应力计埋设

锚杆应力计埋设应按照以下步骤：（1）钻孔直径大于锚杆应力计的最大直径，钻孔平直，其轴线弯曲度应小于钻孔半径。钻孔结束后应冲洗干净，防止孔壁沾油污。（2）按锚杆直径选配相应规格的锚杆应力计，将仪器两端的连接杆分别与锚杆焊接在一起，焊接强度不低于锚杆强度。焊接过程中应采取措施避免温升过高而损伤仪器。仪器和钢筋在同一轴线上。（3）在已焊接锚杆应力计的观测锚杆上安装排气管，将组装检测合格后的观测锚杆送入钻孔内，引出电缆和排气管，插入灌浆管，用水泥砂浆封闭孔口。

4结束语

针对目前断裂构造带地下工程容易引发地质灾害，影响工程结构安全稳定的现状，本项目结合具体工程实例，分析了复杂地质条件下的超前支护方案的关键施工参数和主要施工方法，以实现对围岩变形的有效控制，提高隧道的安全性，可为类似地下工程施工提供有效参考，具有重要的现实意义。

参考文献

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