温振磊
中国葛洲坝集团第六工程有限公司云南昆明650000
摘要：本文主要介绍了破碎砂岩、粉质泥岩地段大型洞室的开挖支护施工技术；阐述了大型洞室的分层开挖方式，并且依据围岩状况采取的动态支护措施，供水电同行参考。
Abstract:Sucharticlemainlyintroducestheexcavationandsupportconstructiontechnologyofthelarge-diametertunnelwithfracturedsandstoneandpowderymudstone,thelayerexcavationmannerofthelarge-diametertunnelaswellastheadopteddynamicsupportmeasuresaccordingtothesurroundingrockcondition,whichisjustthereferenceforthesametrade.
关键词：破碎砂岩；粉质泥岩；缅甸；导流洞；开挖；支护；技术
一、概况
（一）项目地理位置及设计概况
缅甸THA-HTAY水电站工程位于缅甸西南部若开邦港口城市丹兑市(Thandwe)东北方向30km的THA-HTAY河上。
电站由导流洞、枢纽大坝、溢洪道、厂区枢纽等建筑物构成。水电枢纽大坝设计为均粘土心墙堆石坝，最大坝高91米，电站安装三台混流式机组，总装机容量11.1万千瓦。
导流洞位于THA-HTAY水电站右岸，原地形为凸岸，设计为两条导流洞，导流洞全长1310m，洞径10.0m，并排分布。其中1#导流洞长710m，进口底部设计高程为8.00m，出口设计高程为6.96m，只作导流用，后期封堵；2#导流洞长600m，进口底部设计高程为11.0m，出口设计高程为6.24m，前期作为导流洞，后期改造为引水发电洞，包括竖井，竖井高72m，洞径16.0m，顶部设计高程为91.5m，底部高程为19.5m。
本标工程内容：导流洞及竖井的开挖，支护及衬砌等工程的施工。
（二）导流洞所处地带的地质情况概述
导流洞整体处在破碎的砂岩、粉质泥岩带上，在构造作用、沉积作用、变质作用下，形成了砂岩、泥岩互层交错分布。岩层经受了强烈的页理作用和褶皱作用，并形成了陡峭的向、背斜结构。
该地带砂岩多呈中等风化，较坚硬，裂隙发育，整体性差；裂隙张开宽度普遍较大，节理裂隙间多为泥质填充，岩体节理裂隙等结构面之间的结合力较弱；泥岩呈高度风化，受区域性构造挤压作用影响，泥岩被挤压成光滑的镜面。由于山体裂隙发育，加上高温多雨的当地气候条件，使得地下水极其发育，长期处于饱和状态。
破碎砂岩、粉质泥岩地层隧洞开挖后呈碎石、角砾状，掌子面有明显渗水，坚硬砂岩开挖暴露以后遇水强度急剧损失，强风化粉质泥岩遇水极易软化崩解，拱部经常有掉块、坍塌现象。围岩整体稳定性较差，为Ⅴ类围岩。
（三）导流隧洞施工特性
中度风化的坚硬砂岩与强风化粉质泥岩交错分布，爆破孔钻孔时易塌孔，爆破之后易形成软岩超挖，硬岩欠挖，不同部位的应力释放产生差异，不利于应力重分布，因而产生不同程度的掉块或局部坍塌，导致开挖成型差，成洞相对困难。导流洞本身跨度较大，地下水的渗漏使得破碎砂岩、粉质泥岩更加活跃，初期支护以后围岩变形大，且长期不收敛，局部地段3～4个月不能趋于稳定，这些不仅增加了导流洞的施工难度，同时对导流洞的结构质量也构成了潜在的安全威胁。
二、导流洞施工方法
（一）导流洞开挖
根据导流洞所处的地质条件及施工特性，采取动态施工技术，采用“分层法”、“新奥法”进行开挖，确保施工安全。导流洞开挖直径12m，分上下半洞进行开挖，首先贯通上半洞，随后进行下半洞开挖。
上半洞开挖时分上下两层进行，每循环进尺1~1.5m。根据围岩情况，软硬岩分布情况及地下水渗漏情况来选取合适的开挖方式：对于极其破碎围岩，尽量进行弱爆破或者不爆破，以人工配合机械开挖为主，尽量减小对围岩的扰动；对于相对较好围岩，人工机械很难开挖时，采取爆破方式进行施工，但要控制装药量及单响药量，掌子面中间预留核心土，周边预留保护层，采取人工配合机械进行修边，以避免塌方及超挖。
上半洞第二层开挖时，滞后第一层3~5m，上下两层错台同步进行施工，第二层分左右侧两次施工，待整个上半洞贯通以后，进行下半洞的施工。同样，下半洞也分上下两层进行施工，第二层滞后第一层3~5m，上下两层错台同步进行。
机械掘进时，根据围岩情况周边预留10~20cm保护层，采用人工风镐修整至开挖边线，并及时喷砼封闭开挖面，跟进支护。爆破开挖时，采用掏槽爆破技术，预留掌子面中心核心土以支撑掌子面减少塌方。掌子面周边孔爆破时，按照“多布孔，少装药”的原则进行。爆破后及时通风散烟，再采用反铲对顶拱和掌子面上的松动危石和岩块进行撬除，最后人工持钢钎对顶拱进行检查，清撬可能塌落的松动岩块，彻底清除危石，及时喷砼封闭开挖面，跟进支护。
（二）导流洞支护
导流洞支护有以下几种形式：超前支护、临时支护、系统支护。
超前支护：本工程超前支护措施主要为超前管棚及超前锚杆。
导流洞主要以破碎砂岩及粉质泥岩为主，针对此种围岩，每掘进两个循环，超前管棚与超前锚杆循环布置一次：超前管棚采用Φ40mm，L=3.5m钢管制作，施工间距0.3~0.4m，超前锚杆为Φ25mm，L=5.2m，施工间距0.2~0.3m。超前管棚灌注纯水泥浆，超前锚杆填塞水泥药卷进行锚固。施工效果显示，经过超前管棚的注浆，破碎围岩能得到很好的固结，管棚与超前锚杆的配合使用，对稳定顶部围岩、控制超挖及塌方均起到了较好作用。
临时支护：针对散碎砂岩、粉质泥岩遇水极易膨胀崩解，容易掉块的特性，每爆破揭露一个循环以后，及时对掌子面及顶拱进行喷C20混凝土5~10cm进行封闭，避免长时间暴露开挖面围岩。
系统支护：破碎砂岩及粉质泥岩自稳能力差，同时导流洞开挖断面较大，跨度大，为有效限制变形，主要采用钢拱架、挂网喷射混凝土、系统锚杆进行系统支护。
根据地质情况差异，拱架采用I20B工字钢，间距分为0.5m、0.75m两种。系统锚杆采用Φ25mm，L=5.2m，间距0.8m，排距依据拱架间距而定，每榀拱架布置一排系统锚杆。挂两层Φ12@150×150mm钢筋网，喷射C20混凝土厚30cm。
1.拱架施工
采用LWGJ-250H型钢弯拱机对I20B工字钢按照设计尺寸进行冷弯加工，切割。拱架构件成型后在切割位置焊接4孔连接钢板，焊接完成后按照构件型号及尺寸标明编号并分类存放。
钢拱架制作完成后，用载重车运至施工现场，各部构件采用人工拼装连接，构件连接板之间用高强螺栓拧紧，并满焊加强；拱架之间用Φ22连接钢筋进行连接，每隔1m设置一道；钢拱架底部及拱肩位置用Φ25mm，L=5.2m锁脚锚杆固定牢固。
钢拱架在安装过程中，拱背与围岩间隙采用钢楔楔紧，拱架尽量与围岩面贴紧。锁脚锚杆角度与围岩面垂直，孔内填塞水泥药卷进行锚固，外露部分冷弯成90°弯头，与拱架焊接牢固。
2.挂网喷混凝土施工
拱架安装完成以后，开始安装钢筋网，拱背、拱腹各一层，钢筋网参数：2×Φ12@150mm×150mm；采用干喷法进行喷射混凝土施工。喷射混凝土时，保证喷嘴口距离受喷面1~1.5m，喷射料束基本垂直于受喷面。喷嘴呈螺旋轨迹运行，其运行速度应保持均匀。
喷射混凝土料中速凝剂按照喷混凝土内水泥参量的5~8%进行控制，速凝剂与喷混凝土料拌合均匀。喷混凝土时，喷嘴不得正对钢筋及钢拱架，以确保混凝土喷射质量及减少回弹。喷射混凝土终凝2h后对喷混凝土面进行洒水养护，并在7天内保持喷混凝土面的湿润状态。
3.系统锚杆施工
待喷射混凝土达到一定强度以后，开始施工系统锚杆，系统锚杆采用Φ25钢筋制作，长度5.2m，间距0.8m，排距依据拱架间距而定，每榀拱架安装一排，系统锚杆呈梅花形布置。
系统锚杆施工时，采用TY-28手风钻钻孔，孔径Φ42mm。钻孔垂直于断面开挖轮廓线，钻孔角度偏差不大于10°。钻孔完成后，用高压风将孔内岩屑吹出孔外。
由于围岩破碎，锚杆孔成孔困难，并且易塌孔，造孔完成后应及时安装锚杆。锚杆安装前，先将事先备好的水泥药卷在清水中浸泡2~3分钟，浸泡完成后立即用竹竿或锚杆将药卷塞进孔内，根据钻孔直径，每米需填塞药卷0.92kg，水泥药卷填塞完成后，应立即将锚杆杆体插入。锚杆杆体采用人工安装，风镐辅助，喷混凝土表面外露长度不大于10cm。
锚杆插入完成后，将孔口堵塞，确保锚杆在孔内居中，在孔口安装钢垫板，垫板紧贴喷混凝土面，未接触部位必须楔紧。将螺帽拧紧。
三、洞内排水
导流洞围岩破碎，裂隙发育，地下水富含，破碎砂岩、粉质泥岩遇水极易膨胀崩解，导流洞的排水就显得至关重要。本工程导流洞主要排水方法为：设置排水孔收集围岩渗水，排水沟汇集水流，自流排出洞外，必要时用抽水泵进行辅助抽排。
排水孔采用YT-28钻机钻孔，孔径Φ50mm，排水孔入岩深5m，间排距3.0m×3.0m，渗水严重的部位布设随机排水孔，孔口埋设φ40mmPVC管，埋管长度3m。
排水沟设置在隧洞左右两侧，为1m×1m的混凝土结构，以防止水流对底部及拱脚围岩造成破坏。
四、结束语
通过本工程的实际实践，总结出以下经验：
（一）破碎砂岩、粉质泥岩地段进行大型洞室开挖，对围岩变化要进行密切关注，运用动态支护理念，根据每循环围岩实际情况及开挖面的渗水情况，及时对支护形式、支护参数进行适当调整。
（二）洞室跨度较大，围岩软硬不均一，地下水渗漏严重，支护好洞段易变形，针对洞室以上特性，施工过程中严格控制每一步的施工质量，依据围岩情况采取“分层开挖”、“局部爆破”和“掌子面中心预留核心土、周边掏槽并且预留周边保护层”的开挖爆破方式，并控制好单循环施工进尺、爆破装药量及单响药量。锚杆施工时，确保锁脚锚杆的锚固质量；系统锚杆应垂直岩面，角度偏差10°以内，外露长度不超过10cm。支护完成以后密切关注洞室收敛变形情况，并及时采取加强支护措施，以确保洞室的安全及质量。
（三）超前锚杆及超前管棚配合使用，有效的控制了拱部塌落掉块的发生，不但控制了超挖，同时也增加了施工的安全性。
（四）开挖面暴露以后，及时喷混凝土进行封闭处理，并通过施工排水孔将开挖面周围围岩地下水引出。这样做既能使开挖面与洞内潮湿空气及时隔离，同时也固结了开挖面表层松散岩块，有效增加了大跨度洞室施工的安全性。
参考文献：
[1]覃仁辉.隧道工程.重庆：重庆大学出版社，2001.
[2]原国家冶金工业局.GB50086-2001锚杆喷射混凝土支护技术规范.北京：中国计划出版社，2001.
[3]李晓红.隧道新奥法及其量测技术.北京：科学出版社，2002.
[4]关宝树.隧道施工要点集.北京：人民交通出版社，2003.
[5]于书翰.隧道施工（地下工程与隧道工程专业用）.北京：人民交通出版社，1999.