滇中引水工程深埋长隧洞施工关键技术研究与实践

岩溶发育类型主要为溶蚀型裂隙和小型溶洞，局部发育泥质充填。在这种地质条件下，隧洞开挖后容易出现三种情况：一是岩溶突水突涌诱发的突水突泥；二是单次突水量可达 50m³/h ；三是隧洞开挖后的突水突泥；软弱破碎围岩自身稳定性差，初支钢拱架沉降变形超过 30mm ；传统的支护方式（全断面钢拱架+锚杆）施工效率低、造价高。滇中引水工程楚雄段鲁支河隧洞的关键工程之一，洞身段穿越了 2.3km 的岩溶泥岩层段，工程地质条件十分复杂。在施工初期，由于没有采取针对性的加固措施，导致初支钢拱架扭曲变形和侧墙收敛变形，致使工程被迫进行整改。基于此，项目组基于"超前加固-动态控制-监测信息化"的思想，研发适合岩溶地质条件的关键施工技术，实现隧洞安全高效掘进，为整体推进奠定基础。

1.岩溶地质段深埋长隧洞施工难点分析

岩溶泥质板岩段围岩以强风化泥质板岩为主，夹有薄层灰岩，岩体完整性较差，节理裂隙发育（间距 ，充填泥质（ 15‰ ）。在开挖结束后，在 4 小时以上的时间内，围岩就会发生塌落；初支施工 72 小时内，侧壁的收敛变形量达 25～35mm ，大大超过规范规定的 15mm， 。由于泥页岩夹持力不足，常规锚杆支护仅能达到设计值的 60% ，不能对围岩进行有效的控制。

在岩溶发育区，由于存在着“缝-洞”连通系统，隧洞开挖暴露岩溶通道后，容易产生高压水突涌现象。在鲁支河隧洞 K12+350 段施工中，曾因揭露 1.2m 长的溶隙，造成突水量 42m³/h ，并携带泥砂淤积掌子面，造成 3 天工期延误。此外，岩溶水长期浸水使泥岩围岩软化，强度进一步降低，形成“突水—围岩弱化—变形加剧”的恶性循环。

2.岩溶地质段施工关键技术研发

2.1 径向锁腰大管棚超前加固技术

针对岩溶地区软弱围岩变形难题，将传统的沿洞轴布置管棚法改造成“径向锁腰”布置形式，形成与钢拱架协同工作的支护体系，并在此基础上提出了一种新的思路。管棚材质为 Φ108mm ，壁厚 6mm，长度根据岩溶发育程度而定，完整段取 3m，溶蚀裂隙段 5m，钢管端部加工螺纹，便于与保护帽连接；布置形式为：在隧洞上部和中部台阶初支钢拱架（I20b 工字钢）两侧墙布置，相邻钢拱架间距 1.2m ，以避免与超前小管棚（ Φ42mm ）发生碰撞的风险；连接结构采用 10mm 厚钢板制作，与管棚钢管、钢拱架翼缘焊接在一起，焊缝高度为 8mm ，保证了一个刚性受力的整体。

在施工工艺方面，采用 351 钻机分二次钻孔，一号孔与二号孔间隔布置，孔径为 120mm，孔深比管棚长 0.3m ，孔内 1m 处扩孔至 150mm ，便于套管的安装；钻孔后 1 小时内下入钢管，先将长度为1m、直径为 114mm 的套管作为导向件，钢管末端加一个钢质保护帽（内径 108mm，槽深 50mm ），用卡特 320 D 型挖掘机进行顶进，顶进速度控制在 5 厘 m 分以内，以防止钢管发生弯曲；注浆环节，采用 GY30 手持注浆机（水灰比 1：1、水玻璃 3% ，注浆压力保持在 0.8～1.2MPa ，稳定 10 分钟后停止施工，单孔注浆量按公式 （Q=π×R×L×β ）计算（其中 R 为注浆半径 0.8m ，L 为管棚长度 3-5m，β 为填充率 0.6），保障浆液充分填充岩溶裂隙。

2.2 动态注浆堵水技术

建立“探知—封堵—验证”三级堵水系统，对岩溶通道进行精细治理。在超前探测阶段，利用 MALA

ProEx 地质雷达（百兆赫天线）对掌子面 10m 范围内的岩溶裂隙分布进行探测，在雷达图像中发现强反射信号（幅值>50 dB），判断可能存在的突水点。在疑似突水的 6m 处钻一个 Φ90mm 的探测孔，记录涌水量和水压，当涌水量大于 10m³/h 时，马上停钻，安装孔口管。

2.3 信息化监测技术

建立“围岩变形—支护应力—涌水监测”三位一体的监测系统，实时掌握施工安全状况。在监测内容和设备配置上，采用全站仪对隧洞周围的收敛值（测点间距为 5m ）和拱顶沉降进行监测，频率设置为开挖后 1～3 天每 6 h 一次，3～7 天 1 次；在钢拱架和管棚板上粘贴 0～50MPa 的振弦型应力传感器，对其协同受力进行监测；在开挖面布置流量传感器，对涌水量的变化进行实时记录。

3.工程实践效果

鲁支河隧洞（ K12+100-K14+400 ）岩溶地质段采用以上关键技术，取得了良好的效果。在安全性方面，采用径向锁定式大管棚与钢拱架协同工作，使边墙收敛变形控制在 8～12mm 以内，拱顶沉降控制在 10mm 以内，满足规范要求；采用动力灌浆技术对 12 个岩溶突水点进行了治理，平均堵水率为 92.3% ，没有出现大的突水事故；监测结果表明：钢拱架和管棚均受力均匀分布，最大应力为 28MPa ，低于钢材设计强度 345MPa ，支护结构基本稳定。

在最优施工效率方面，采用径向锁腰管棚法施工速度比传统工艺缩短 2.5 小时，每循环 8 小时，月进尺 80m 到 100m ，效率提高了 25% ；在成本控制上，单循环材料和人工费用合计为 4777 元，比传统工艺（6354 元）减少 25.8% ，岩溶 2.3 公里路段累计节省了 465.8 万元。

社会效益方面，本技术体系已获得国家实用新型专利（专利名称：软岩水工隧洞大变形支护结构），其创新之处是将管棚功能由“超前导向”扩展到“径向锁固”，为深埋长隧洞群岩溶地质地段的建设提供了新思路。实践成果得到了业主和监理单位的高度认可，并向滇中引水工程（如云南楚雄大白者乐隧洞）推广应用，促进了水利隧洞建设技术的发展。

结束语

综上所述，本文以滇中引水工程深埋长隧洞为研究对象，针对“变形—涌水—高效”三个关键科学问题，通过研发“径向锁定式管棚”、“动态注浆堵水”和“信息化监测”等关键技术，形成如下关键结论：“径向锁定式管棚与钢拱架刚性连接能显著提高支护体系整体刚度，使岩溶软弱围岩变形控制在 15mm 以内，是解决大变形难题的有效途径。”动态灌浆技术与超前探测相结合，能对岩溶通道进行精确封堵，水堵水率达 90% 以上，能有效防治突水突泥；信息化监控能够实时保障施工安全，并建立分级预警机制，及时发现和处理危险。

参考文献

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