磽磧水電站引水隧洞不同圍巖的處理技術(shù)

陳偉

（四川華能寶興河水電有限責(zé)任公司，四川 雅安 625000）

一、工程概況

磽磧水電站是四川華能寶興河流域流動開發(fā)的龍頭水庫電站，地處四川省寶興縣境內(nèi)東河上游河段，電站壩址位于寶興縣磽磧藏族鄉(xiāng)咎落村，距寶興縣城57公里。電站裝機(jī)容量24萬千瓦，年發(fā)電量9.11億千瓦/時，水庫正常畜水位2140米，死水位2060米，水庫面積4.01平方公里，總庫容2.12億立方米，調(diào)節(jié)庫容1.87億立方米。

磽磧水電站由攔河大壩、泄洪洞、放空洞、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道和地下廠房等建筑物組成。

引水隧洞沿東河右岸布置，全長約18.676km，引水流量56.2m3/s。進(jìn)水口底高程為2050m，調(diào)壓井中心線處底高程為1995m。

二、工程地質(zhì)

引水隧洞沿線山體雄厚，地形陡峻，山頂海拔高度一般3000～3500m。東河自磽磧鎮(zhèn)向南流出后，蜿蜒深切，平面上略呈“S”形展布，沖溝發(fā)育，有幺堂子溝、擋巴溝、得勝溝三條大溝深切，它們對引水線路的布置和選擇起著明顯的控制作用。

引水洞線跨越金湯弧形構(gòu)造帶和龍門山斷裂帶(東翼)兩大構(gòu)造的交接部位。在長期地質(zhì)歷史時期經(jīng)多次構(gòu)造運(yùn)動作用，巖層擠壓緊密，褶皺、斷裂發(fā)育。洞線穿越的主要斷裂有幺堂子、青草塘、夾拉溝、擋巴溝、金棚山和趕羊溝(黃店子)等斷裂，這些斷裂多以高傾角與洞線呈大角度相交，具強(qiáng)烈擠壓兼右旋錯動特征，其新活動性不明顯。

水電工程中的長引水隧洞一般為10000m長度以上（開挖斷面約30m2以內(nèi)），磽磧電站引水隧洞全長約18.676km屬于長的引水隧洞，穿越的地質(zhì)條件復(fù)雜多變，施工技術(shù)和難度都比較大。因此嚴(yán)格按照地下工程"新奧法"施工技術(shù)原理及相關(guān)的施工技術(shù)規(guī)范規(guī)程要求進(jìn)行施工，以確保隧洞開挖施工質(zhì)量和安全，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個工程的工期和投資控制目標(biāo)。

三、磽磧不同圍巖的支護(hù)形式的具體分析

磽磧隧洞沿線地層繁多，巖性復(fù)雜，根據(jù)巖體強(qiáng)度、完整性、巖體結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度與洞軸線的空間關(guān)系，對圍巖進(jìn)行了劃分，對不同圍巖類別處理技術(shù)及注意要點(diǎn)分下面幾點(diǎn)說明：

1對于Ⅱ、Ⅲ類圍巖隧洞段的開挖采用全斷面鉆爆掘進(jìn)光面爆破技術(shù)。嚴(yán)格控制鉆爆施工各環(huán)節(jié)：測量放線尤其是洞軸線測量定位和斷面周邊炮孔孔位控制、爆破設(shè)計(jì)、掏槽方式、炮眼布置及起爆方式和順序、鉆孔裝藥的規(guī)范和準(zhǔn)確度尤其是斷面周邊孔的鉆孔精度控制，使爆破后的“半孔率”達(dá)到90%以上，確保隧洞斷面成型質(zhì)量，大大降低對圍巖的擾動和破壞，能最大限度的控制超、欠挖并有效防止出現(xiàn)洞頂?shù)魤K傷人以及局部垮塌事件的發(fā)生。正確地采用光面爆破施工技術(shù)開挖可使隧洞斷面形狀盡可能圓順平滑，從而避免尖拐角處的應(yīng)力集中。并且隨圍巖變化情況，適時調(diào)整控制鉆爆參數(shù)以提高隧洞斷面鉆爆開挖成型質(zhì)量。開挖后根據(jù)圍巖具體情況局部進(jìn)行噴混凝土厚5～8cm作為安全支護(hù)，根據(jù)需要進(jìn)行錨桿支護(hù)。

在這類圍巖中幾個要點(diǎn)要引起重視

①對于高地應(yīng)力區(qū)域圍巖較完整的硬巖洞段，防止巖爆發(fā)生導(dǎo)致安全事故。（要求做到控制好開挖質(zhì)量，減少對圍巖的擾動和破壞，改善圍巖周邊應(yīng)力集中狀況，開挖掌子面一帶噴霧灑水，并適時進(jìn)行掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)。）

②對于圍巖較好的地段一定要注意裂隙、結(jié)構(gòu)面不利組合的影響，存在大失穩(wěn)體、掉塊等地質(zhì)問題，對失穩(wěn)體能清撬就及時清撬，不能清撬的用錨桿鎖住，有必要的地方可以立工字鋼拱架進(jìn)行支護(hù)。

磽磧電站6號洞段（K12+740～K16+830）、7號洞段（K16+830～K18+500）巖體主要以大理石、大理化灰?guī)r為主，以互層狀～厚層狀結(jié)構(gòu)為主，巖石強(qiáng)度中硬～堅(jiān)硬，圍巖以Ⅱ、Ⅲ類為主。在開挖的時候我們就采用全斷面鉆爆掘進(jìn)光面爆破技術(shù)，“半孔率”比較高，隧洞成型質(zhì)量好。因此在后期的永久支護(hù)時就減少了噴混凝土的回填量，對圍巖的自穩(wěn)也比較有利。節(jié)省了我們對工程的投資。對于6號洞在主洞與支洞的交匯段圍巖埋深較大，地應(yīng)力較高并且?guī)r石硬度高，有巖爆現(xiàn)象。巖爆發(fā)生的地點(diǎn)多在新開挖的工作面附近，個別的也有距新開挖工作面較遠(yuǎn)，常見的以拱部和拱腰部位為多，在開挖后陸續(xù)出現(xiàn)，多在爆破后2～3小時，24小時內(nèi)最為明顯，也有1～2個月，有的延長1年以上，事前一般無明顯預(yù)兆。我們在巖爆段施工時首先洞挖爆破時，采用“短進(jìn)尺、多循環(huán)”，采用光面爆破技術(shù)，減少對圍巖的擾動，改善圍巖的應(yīng)力狀態(tài)。對工作面附近的巖壁噴水或鉆孔注水促進(jìn)圍巖軟化，從而消除或減緩巖爆程度，在爆破后立即向拱部及側(cè)壁噴混凝土或鋼纖維混凝土，再加設(shè)錨桿，比較嚴(yán)重的地方采用掛網(wǎng)噴錨。這樣處理后就保證了施工期的安全。

2對于Ⅳ類圍巖隧洞段的開挖施工遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉”的原則，根據(jù)圍巖具體情況采用全斷面鉆爆掘進(jìn)光面爆破，做好鉆爆施工控制，力求保證開挖斷面成型質(zhì)量。圍巖開挖后及時進(jìn)行一次支護(hù)施工封閉，采用噴混凝土、打錨桿、掛鋼筋網(wǎng)再噴護(hù)的聯(lián)合支護(hù)方式。根據(jù)“新奧法”施工技術(shù)原理，一次支護(hù)即安全支護(hù)施工非常重要，必須嚴(yán)格按照施工技術(shù)要求及時施作并確保質(zhì)量。采用噴錨掛網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式的一次支護(hù)屬于柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，其力學(xué)原理是與圍巖共同受力，發(fā)揮圍巖自身的承載能力。柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)既能適應(yīng)圍巖的變形，又能主動加固圍巖，限制圍巖變形。一次支護(hù)施工控制要點(diǎn)為支護(hù)體施作的及時性、密貼性以及噴混凝土、打錨桿、掛鋼筋網(wǎng)都要符合相關(guān)的施工技術(shù)規(guī)范規(guī)程要求。

磽磧電站 4號洞施工段（K7+840～K10+170）巖體主要以片巖、炭質(zhì)千枚巖、大理化灰?guī)r為主，局部石英脈較發(fā)育。該洞段Ⅴ類圍巖約占2%，Ⅳ類圍巖約占89%，Ⅲ類圍巖約占9%。巖體以薄層狀結(jié)構(gòu)軟質(zhì)巖為主，巖石強(qiáng)度中硬～較軟弱。并且該洞段有一定的地下水活動，普遍洞段呈滲滴水，局部裂隙發(fā)育洞段出現(xiàn)線狀流水～股狀涌水現(xiàn)象。因此在開挖時按照“短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉”的原則，根據(jù)“新奧法”施工技術(shù)原理，一次支護(hù)即安全支護(hù)施工非常重要，必須嚴(yán)格按照施工技術(shù)要求及時施作并確保質(zhì)量。采用噴錨掛網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)方式的一次支護(hù)屬于柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，對于局部洞段圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石較破碎穩(wěn)定性差又有地下水的情況，采用超前導(dǎo)洞或分臺階分部開挖方式，局部使用超前錨桿或超前注漿小管棚進(jìn)行超前支護(hù)，打排水孔對地下水進(jìn)行引、排處理。使用掛網(wǎng)噴砼與鋼支撐（型鋼拱架或鋼格柵）聯(lián)合加強(qiáng)支護(hù)。安設(shè)鋼支撐要求做到：

①不得侵占設(shè)計(jì)襯砌斷面

②拱座基礎(chǔ)要牢固扎實(shí)

③鋼支撐與圍巖頂拱、邊墻之間不得有空隙空腔，以達(dá)到良好的支護(hù)效果。并且采用鋼架鎖腳、固定錨桿（Φ25 L=3.5m）兩側(cè)各設(shè)5根，間距0.8～1.0m。保證了施工期的安全。

3對于Ⅴ類圍巖風(fēng)化嚴(yán)重，節(jié)理裂隙極發(fā)育，穩(wěn)定性極差的斷層破碎帶，呈散體結(jié)構(gòu)的石質(zhì)或土質(zhì)圍巖隧洞段，除要采用一次支護(hù)施工方法進(jìn)行一般支護(hù)以外，要使用超前大管棚進(jìn)行超前支護(hù)，并利用大管棚和外加小導(dǎo)管預(yù)灌漿形成固結(jié)層，預(yù)防并盡量避免發(fā)生塌方。采用“短進(jìn)尺、弱爆破（或人工直接開挖）、早封閉、強(qiáng)支護(hù)”的開挖支護(hù)方式，緊跟開挖掌子面及時安設(shè)鋼支撐（型鋼拱架或鋼格柵）加強(qiáng)支護(hù)。鋼支撐安裝要用鎖固錨桿錨固扎實(shí)，鋼支撐之間用鋼筋焊接連接。采用模噴混凝土或回填混凝土的方式將鋼支撐與圍巖頂拱、邊墻之間的空腔填充密實(shí)，使鋼支撐能夠有效地受力支撐。

磽磧1號洞段（K0+000～K2+282）主要以Ⅳ類、Ⅴ類圍巖為主，風(fēng)化弱卸荷，千枚狀，構(gòu)造發(fā)育，巖層強(qiáng)烈擠壓，巖層走向與洞軸線小角度相交，對洞室的穩(wěn)定性不利，成洞條件差。在0+840段臨時支護(hù)后出現(xiàn)了大型塌方，嚴(yán)重阻礙了施工進(jìn)度，并且危險性較大。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況分析，認(rèn)為發(fā)生大型塌方是圍巖質(zhì)于灰質(zhì)千枚巖，巖性軟弱、巖體疏松破碎、遇水成泥，自穩(wěn)性極差，前期支護(hù)的鋼拱架受力趨于臨界狀態(tài)，整體失穩(wěn)，發(fā)生塌方。以前采用了鋼拱架、錨桿、模噴砼聯(lián)合支護(hù)，發(fā)生了比較大的變形，侵占設(shè)計(jì)斷面多達(dá)40公分以上，部分出現(xiàn)嚴(yán)重掉塊現(xiàn)象，失去應(yīng)有作用，隨時都有可能再次發(fā)生塌方。為了滿足永久支護(hù)不侵占設(shè)計(jì)斷面，在處理中必須拆除以前的鋼拱架。為確保洞室穩(wěn)定和施工安全，采取加強(qiáng)支護(hù)措施，對塌方段派有經(jīng)驗(yàn)的人員隨時進(jìn)行觀測及時對松動巖石進(jìn)行排除，避免造成安全事故。具體處理如下:

（1）依據(jù)鎖口鋼拱架、沿開挖輪廓線向塌方區(qū)布設(shè)Φ48注漿小管棚作為超前支護(hù)，管棚長6m、間距30cm。循環(huán)搭接長度為3m，管棚施工以3m為一循環(huán)。

（2）為了固結(jié)松散體，提高承載能力，并回填部分孔隙，在管棚施工完成后進(jìn)行固結(jié)灌漿，采用水灰比0.3:1，灌漿壓力應(yīng)小于0.3Mpa，灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)在規(guī)定壓力下，進(jìn)漿量不大于0.4升/分鐘，并繼續(xù)灌注15分鐘，灌漿同時加強(qiáng)收斂觀測，如變形較大，需及時停灌。

（3）第一組管棚結(jié)束后，進(jìn)行前期的臨時支護(hù)拆除，和下步施工步驟如下：

①確保圍巖穩(wěn)定情況下測量放樣，進(jìn)行欠挖處理保證不侵占設(shè)計(jì)斷面情況下，工字鋼間距較大的部位進(jìn)行工字鋼加密，滿足間距不大于50cm施作隨機(jī)砂漿錨桿（Φ=25、L=3.5m、外露20cm、間距50 cm），前后兩排交錯布置，加密工字鋼與原工字鋼之間鋼筋（Φ=25）連接、排距20cm，原工字鋼之間鋼筋（Φ=25）加強(qiáng)連接，排距50cm；錨桿與工字鋼焊接成整體；再進(jìn)行噴砼（C20）至設(shè)計(jì)開挖面。

②在出現(xiàn)嚴(yán)重掉塊、洞身收斂處采用風(fēng)鎬、鋼釬對洞身收斂處不穩(wěn)定巖塊進(jìn)行人工撬挖，禁止采用爆破，避免擾動周圍圍巖防止塌方，根據(jù)現(xiàn)場情況施作隨機(jī)錨桿和局部素噴（C20砼）安全處理后。保證設(shè)計(jì)斷面，進(jìn)行掛網(wǎng)（?8鋼筋、15cm×15cm）、安裝I18工字鋼鋼拱架，排距（30cm-50cm）、施作鎖腳砂漿錨桿（Φ=25、L=3.5m、外露20cm、間距50 cm、兩排錯開布置）、錨桿與工字鋼焊接成整體；每榀鋼拱架之間采用鋼筋（Φ=25）連接牢固，排距（30cm-50cm）；空腔部位進(jìn)行C20模噴回填，其他部位進(jìn)行噴砼（C20）至設(shè)計(jì)開挖面。

③在工字鋼脫落、變形處施作砂漿錨桿（Φ=25、L=4m、外露 20cm、）、掛網(wǎng)（8鋼筋、15cm×15cm）、從新安裝鋼拱架。

④利用噴砼（C20）將全部鋼支撐、鋼筋噴平，形成一個整體受力體系。采取這些措施后，快速、安全、有效的完成塌方段的處理。

結(jié)語

不良地質(zhì)條件下，影響長引水隧洞的開挖支護(hù)施工質(zhì)量安全的因素是多方面的，在開挖支護(hù)施工工作中要嚴(yán)格按照“新奧法”原則施工，重視調(diào)查研究，優(yōu)化施工組織。重視隧洞施工現(xiàn)場管理，抓住重點(diǎn)，加強(qiáng)質(zhì)量安全監(jiān)控，確保合理的開挖支護(hù)施工方案，有效地實(shí)施而且保證施工質(zhì)量。設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位要密切配合，因?yàn)橛绊懰矶词┕さ牡刭|(zhì)因素極大，開挖揭露出的地質(zhì)情況可能千變?nèi)f化，在設(shè)計(jì)階段不可能全部預(yù)知，在施工中有一個再認(rèn)識的過程。隧洞施工一旦進(jìn)入正常生產(chǎn)，各工序銜接緊湊，要求各個環(huán)節(jié)緊密配合，出現(xiàn)問題及時處理?！靶聤W法”施工原則調(diào)“信息化設(shè)計(jì)”程序，設(shè)計(jì)部門按反饋的信息修正設(shè)計(jì)、調(diào)整支護(hù)參數(shù)。監(jiān)理部門積極配合，做到設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理一體化。并堅(jiān)持安全第一，預(yù)防為主的方針，全力防止安全事故的發(fā)生。

[1]中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).水工建筑物地下開挖工技術(shù)規(guī)范(DL／T5099-1999)[P].中國電力出版社，1999.

[2中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范(SL279-2002)[P].中國電力出版社，2002.

[3]中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).水電水利工程錨噴支護(hù)施工規(guī)范(DL-T5181-2003).中國電力出版社，2003.

[4]關(guān)寶樹.隧洞工程施工要點(diǎn)集，人民交通出版社，2003.