長河壩電站大型巖質(zhì)交通隧道的開挖施工

高淑晴

（四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川 康定 626001）

長河壩電站大型巖質(zhì)交通隧道的開挖施工

高淑晴

（四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川 康定 626001）

本文針對長河壩水電站場內(nèi)交通工程1號公路延伸段，介紹大型巖質(zhì)交通隧道在涌水條件下的開挖施工，重點介紹施工過程中洞內(nèi)安全用電、施工防排水及大型塌方處理措施。該工程中的成功經(jīng)驗對同類工程具有一定借鑒和實用意義。

大型巖質(zhì)交通隧道；涌水；開挖施工；長河壩電站

1 工程概況

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，為大渡河干流水電梯級開發(fā)的第10級電站。電站場內(nèi)交通工程1號公路延伸段由5號公路隧道及1號公路金康隧道兩部分組成，其中5號公路隧道全長382.42 m（K0+000～K0+382.42），金康隧道部分長 440 m（K2+500～K2+940）。該區(qū)段隧道地層為澄江晉寧中期花崗閃長巖，圍巖級別多為Ⅳ、Ⅴ級，部分洞段圍巖風(fēng)化嚴重，滲水、涌水較大，局部有較大突水。據(jù)一年多實測統(tǒng)計資料反映，平均涌水量約1萬m3/d，大量涌水使施工難度加大、安全隱患加劇，本文主要介紹涌水對施工的影響及因涌水造成的塌方處理施工。

2 涌水及其對施工影響分析

2.1 涌水情況

自2005年5月從5號公路隧道進洞以來，滲水、涌水量不斷增大，最大滲水量曾達662 000 m3/月，當5號公路隧道掘進至K0+268、金康隧道掘進至K2+724左右時掌子面左側(cè)曾出現(xiàn)大股噴射狀水柱，水壓較大，噴射水平距離最遠達8 m。截至2008年3月，當金康隧道掘進至K2+800左右時滲水量才逐漸減小到約3 300 m3/d，并有持續(xù)減小的趨勢。根據(jù)施工實際情況及滲水量統(tǒng)計數(shù)據(jù)反映，洞室大量滲水主要集中在5號公路隧道K0+270～金康隧道K0+820。滲水變化情況見圖1。

經(jīng)分析得出涌水源為位于工程隧道上方的金康電站引水洞未襯砌段基巖滲水，該滲水沿基巖縫隙下滲至隧道開挖掌子面集中涌出。

2.2 涌水對施工的影響分析

1）涌水造成施工風(fēng)險加劇。大量涌水給洞內(nèi)用電安全及電動設(shè)備防護提出更高要求；由于圍巖長期處于飽和狀態(tài)，強度低，自穩(wěn)能力極差，容易導(dǎo)致塌方事故發(fā)生。

圖1 隧道滲水變化情況曲線圖

2）涌水造成施工難度加大，施工工效降低。涌水條件使現(xiàn)場作業(yè)人員因病減員率增高，換班頻率增高，降低了施工工效；每次爆破后排危時間較長，而且拱頂局部范圍內(nèi)頻發(fā)小塌方，需采取額外加強支護措施，設(shè)置副拱、增加長隨機錨桿等，加大了施工難度。

3）涌水使施工成本增加。為最大程度地降低涌水對施工的干擾，需同時采用多臺大口徑污水泵24 h強排洞內(nèi)滲水、涌水，且水泵燒壞更換頻率高，加大了施工投入；涌水條件下噴混凝土作業(yè)回彈量大（200%以上），需反復(fù)多次噴護才能滿足設(shè)計要求，增加施工了材料使用量。

4）涌水條件下施工質(zhì)量不易保證。涌水條件下，錨桿孔孔位、孔向、孔深質(zhì)量不易控制，錨桿注漿過程中，漿液會被滲水沖刷帶走，特殊條件下只能采用錨固劑代替砂漿；同時，鋼拱架連接筋焊接質(zhì)量在涌水條件下也不易控制。

3 涌水條件下施工

3.1 安全用電措施

隧道內(nèi)動力用電由洞外高壓（6～10 kV）變壓器提供，電力線嚴格執(zhí)行“三相五線”制，用電設(shè)備必須實行“一機、一箱、一閘、一漏”，各種配電箱必須牢固設(shè)置在規(guī)定的高度，蓋、鎖、完好無損、內(nèi)部配線整齊、清潔無塵；隧道內(nèi)照明用電由低壓（36 V）配電系統(tǒng)提供，采用中性點不接地的三相三線制供電。

由于滲水量大，隧道內(nèi)各種用電設(shè)備均使用防水電纜，電纜懸掛高度不得低于2.5 m，電力線的設(shè)置不與膠皮通風(fēng)管、鋼制風(fēng)水管道同邊；若特殊情況下必須同邊的，電力線與通風(fēng)管、風(fēng)水管道距離分別不得小于100，30 cm，且電纜必須鋪設(shè)在風(fēng)、水鋼管上方。隧道電纜、管道布置圖見圖2。

3.2 施工防排水措施

在離施工掌子面附近20 m左右靠邊設(shè)置集水坑（隨隧道開挖推進，視具體情況每隔150～200 m設(shè)置多級集水坑），掌子面附近配置足夠數(shù)量污水泵將積水抽排至集水坑，然后再將滲水從集水坑抽排至隧道兩側(cè)排水溝。為減小滲水對施工的干擾，需在巖面集中涌水位置鉆設(shè)排水孔，插入φ25（2～4 m）塑料軟管將滲水集中引排至集水坑或排水溝，并用帆布或彩條布在作業(yè)面頂部搭設(shè)臨時雨篷將滲水引向洞內(nèi)兩側(cè)排水溝。排水系統(tǒng)平面布置見圖3，排水系統(tǒng)設(shè)備配置見表1。

表1 滲水高峰期水泵配置表

3.3 涌水條件下隧道開挖施工

涌水條件下隧道開挖施工主要考慮三方面內(nèi)容：首先要制定合理的施工程序，涌水條件下隧道開挖施工程序見圖4。此施工程序中超前探水、排水等工序在涌水條件下是必要的。其次要采取有效的施工方法、施工參數(shù)，由于隧道滲水量大、圍巖自穩(wěn)能力極差，故隧道開挖方法、炸藥種類、單響藥量、循環(huán)進尺等施工參數(shù)與常規(guī)條件相比均有較大差別。常規(guī)條件與涌水條件下隧道開挖施工差別見表2。最后是加強施工過程控制。

1）重視超前勘探工作，遇集中滲水、涌水洞段采用YG80鉆在掌子面鉆設(shè)2～3個超前探水孔（孔深8～10 m），通過探水孔滲水量大小、滲水顏色了解未揭示巖層地質(zhì)條件，從而合理地調(diào)整施工參數(shù)。

2）開挖過程中嚴格遵照“短進尺、弱爆破、早封閉、強支護”施工原則，控制爆破單響藥量，控制循環(huán)進尺，最大限度地降低爆破震動對圍巖的不利影響；爆破后在圍巖初次應(yīng)力釋放前盡早初噴混凝土封閉圍巖，當初噴混凝土作業(yè)困難時（大量滲水可能使噴混凝土無法與巖面有效粘結(jié)）應(yīng)施作隨機錨桿穩(wěn)定局部破碎巖體。

3）加強施工安全監(jiān)測，安全監(jiān)測包括肉眼觀測和儀器監(jiān)測兩方面，每次爆破開挖后仔細觀察掌子面圍巖情況，發(fā)現(xiàn)危石及時清撬處理；初期支護完成后適當加密水平凈空收斂和拱頂沉降監(jiān)測布設(shè)斷面，加強施工安全監(jiān)測。

3.4 涌水條件下塌方處理

在涌水條件下，圍巖受滲水、涌水侵蝕作用，長期處于飽和狀態(tài)，巖石強度急劇降低，自穩(wěn)能力極易喪失，即使在輕微爆破震動作用下也會發(fā)生局部巖塊崩落、小范圍坍塌事故，若出現(xiàn)多組結(jié)構(gòu)面或斷層不利組合則極易發(fā)生大型坍塌、回頭塌方事故。

工程施工過程中曾先后在5號公路隧道K0+148、金康隧道K2+721和金康隧道K2+824發(fā)生過較大規(guī)模的（回頭）塌方事故，塌方處理難度大、時間長，每次塌方處理延誤工期3～4個月，帶來整體工期壓力。下面主要介紹金康隧道K2+807～K2+824段回頭塌方處理過程。

1）塌方過程。2008年1月31日—2月1日，由于地下水對巖體結(jié)構(gòu)長期浸蝕并沖刷帶出巖體間填充物，使得巖體承載力及自穩(wěn)能力急劇降低，加之受兩組斷層破碎帶不利組合影響，金康隧道K2+824～K2+807先后兩次發(fā)生回頭塌方，最大塌腔高度達10 m，坍塌總方量約1 000 m3，塌方影響范圍回頭延伸至K2+787。

2）塌方處理措施。2008年2月2日—4月10日，從方案制定到全部完成塌方處理工作總共花了近2個半月時間。此次塌方處理總體上分兩步進行。首先為遏制塌方影響范圍繼續(xù)擴大，對K2+787～K2+807塌方影響段加固處理，其主要施工工序為：加密系統(tǒng)型鋼拱架→泵送C20混凝土充填拱頂小塌腔。然后重新進行并加強K2+807～K2+824段系統(tǒng)支護工作，其主要施工工序為：逐段清理虛渣→初噴混凝土封閉圍巖→加密設(shè)置鋼拱架→懸掛竹夾板→分層模噴混凝土→設(shè)置副拱加強支撐→施作系統(tǒng)錨桿→掛網(wǎng)噴混凝土→泵送C20混凝土→吹砂回填形成緩沖層→施工安全監(jiān)測。

3）施工安全監(jiān)測。K2+807為此次塌方處理安全監(jiān)測斷面之一，自3月中旬該斷面塌方處理工作完成后，經(jīng)過近2個月時間水平凈空收斂及拱頂沉降觀測，該斷面已基本趨于穩(wěn)定，表明上述塌方處理措施是可行的有效的。

工程在施工過程中，由于涌水條件下施工進度緩慢和幾次大塌方等諸多不利因素導(dǎo)致整體工期滯后較多，但通過上述有效的施工措施，成功搶回工期約3個月。

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2012-03-14