越南上昆嵩水電站不良地質(zhì)段施工方法探討

藏 旭

（遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程建設(shè)局，沈陽(yáng) 110166）

越南上昆嵩水電站不良地質(zhì)段施工方法探討

藏 旭

（遼寧省大伙房水庫(kù)輸水工程建設(shè)局，沈陽(yáng) 110166）

上昆嵩水電站引水隧洞存在洞室埋深大、地應(yīng)力高、高壓涌突水、斷層破碎帶等多種不良地質(zhì)條件洞段，有發(fā)生塌方、巖爆、突涌水等地質(zhì)災(zāi)害的可能，對(duì)保證施工安全和工期不利。施工單位根據(jù)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)的成果，應(yīng)用不良地質(zhì)輔助工法和應(yīng)急處理措施來(lái)防止地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，保證了施工安全，節(jié)省了成本和工期，為類(lèi)似工程的施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

地質(zhì)災(zāi)害；應(yīng)急處理措施；施工安全；工期

1 工程概況

上昆嵩（ThuongKonKum）水電站位于越南崑嵩省（KonTum）公伯隴縣（KonPlong），裝機(jī)容量 2×110MW，最大發(fā)電水頭944m，平均年發(fā)電量約1.094×109kW·h。

上昆嵩水電站引水隧洞長(zhǎng)17483.00m，其中TBM法（Tunnelboringmachine全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)）開(kāi)挖12403m（5＋000～17＋403），其余洞段采用鉆爆法開(kāi)挖，開(kāi)挖洞徑4.5m。

2 不良地質(zhì)災(zāi)害處理的必要性

上昆嵩水電站引水隧洞沿線(xiàn)山峰連綿起伏、地表植被茂密、覆蓋層厚、沖溝發(fā)育，沿引水隧洞共有18條Ⅳ級(jí)斷層，24條Ⅴ級(jí)斷層，斷層多為陡傾角，與隧洞軸線(xiàn)近直交。

上昆嵩水電站引水隧洞表層巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，受巖石成分、地形形態(tài)、地貌、褶皺、構(gòu)造等因素的影響，風(fēng)化帶分布復(fù)雜，地下水豐富，地下水位埋深只有6～28.1m。

上昆嵩水電站引水隧洞存在洞室埋深大、地應(yīng)力高、高壓涌突水、斷層破碎帶多等多種不良地質(zhì)條件洞段。

埋深大、地應(yīng)力高易發(fā)生巖爆災(zāi)害，高壓涌水易導(dǎo)致不良地質(zhì)體失穩(wěn)坍塌，掩埋TBM刀盤(pán)和主機(jī)，機(jī)體受水淹后會(huì)導(dǎo)致電氣系統(tǒng)故障，而多達(dá)42條的斷層破碎帶也是嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害隱患，這些地質(zhì)災(zāi)害一但發(fā)生將花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間和大量的資金處理，還有可能帶來(lái)人身傷害，所以在做好隧洞不良地質(zhì)體和施工地質(zhì)災(zāi)害超前預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，正確應(yīng)用不良地質(zhì)輔助工法和應(yīng)急處理措施對(duì)地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行治理，加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)，才能保證施工安全，減少經(jīng)濟(jì)損失，保證按期完工。

3 不良地質(zhì)災(zāi)害的處理方法

根據(jù)上昆嵩水電站洞室埋深大、地應(yīng)力高、存在高壓涌突水、斷層破碎帶多等實(shí)際地質(zhì)情況制定治理各種不良地質(zhì)災(zāi)害的方法：

1）對(duì)斷層破碎帶、嚴(yán)重影響帶和密集節(jié)理帶等破碎、軟弱圍巖洞段，嚴(yán)格貫徹“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、快封閉、勤量測(cè)、快襯砌”的十八字施工方針，以防止和控制塌方的發(fā)生。

2）對(duì)于高壓涌突水等富水帶，采取“高壓超前灌堵、動(dòng)壓先排后封、靜壓排堵結(jié)合、小水先引后止”的施工方針，以防止和控制突泥突水。

3）對(duì)于可能發(fā)生巖爆的洞段，則采取“預(yù)防在先、降低等級(jí)、及早支護(hù)、做好防護(hù)”的方針，積極防止巖爆的發(fā)生，控制和治理巖爆［1］。

3.1 斷層破碎帶、軟弱圍巖洞段施工措施

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)或結(jié)合超前鉆孔，確定掌子面前方存在斷層或節(jié)理破碎帶、軟弱圍巖段時(shí)，在進(jìn)入不良地質(zhì)段前，組織編制不良地質(zhì)段施工預(yù)案并做好施工技術(shù)交底和指導(dǎo)。

3.1.1 規(guī)模較小的破碎帶和軟巖段施工措施

通過(guò)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和超前探測(cè)，查明軟弱圍巖或破碎帶規(guī)模較小，只占隧洞開(kāi)挖斷面少部分（1／4左右），沿洞線(xiàn)縱向距離較短，滲水量不大的情況下，施工指導(dǎo)思想是：先超前支護(hù)，再短步進(jìn)開(kāi)挖，開(kāi)挖后立即進(jìn)行錨、網(wǎng)、架鋼拱架和噴混凝土支護(hù)［2］。

3.1.1.1 超前支護(hù)

一般在頂拱120°范圍內(nèi)布置中空自鉆式注漿錨桿或超前小導(dǎo)管注漿，直徑32～40mm，單根長(zhǎng)度4.5m，沿隧洞軸線(xiàn)方向仰角約10°～20°左右，縱向水平搭接距離≥1m，環(huán)向間距0.25～0.3m。

3.1.1.2 開(kāi)挖控制

TBM施工時(shí)，采取小的推進(jìn)速度和推進(jìn)壓力慢速掘進(jìn)，步進(jìn)進(jìn)尺控制在0.6～0.9m以?xún)?nèi)。

3.1.1.3 初期支護(hù)

開(kāi)挖后，及時(shí)按施工設(shè)計(jì)圖紙，布設(shè)系統(tǒng)中空注漿錨桿，并安裝鋼拱架等進(jìn)行加固，將超前支護(hù)的錨桿或小鋼管尾端用鋼支撐架設(shè)，并焊接牢固，鋼支撐間距為0.9m左右。

鋼架加固完成后，在拱部270°范圍及時(shí)濕噴12～15cm厚C25混凝土。

3.1.1.4 破碎帶塌腔處理

若軟弱破碎帶處產(chǎn)生了小坍塌，在危石安全處理后，需在塌腔中先噴10cm厚混凝土，然后將塌腔內(nèi)巖壁與鋼支撐通過(guò)型鋼相連接支頂，采用2～4mm厚鋼板封閉塌腔，向塌腔內(nèi)灌注混凝土，并預(yù)留灌漿孔，進(jìn)行混凝土等強(qiáng)，再固結(jié)灌漿加固［3］。

3.1.1.5 TBM安全通過(guò)破碎帶措施

TBM掘進(jìn)時(shí)，當(dāng)破碎帶和塌腔處于撐靴部位時(shí)，由于圍巖破碎，難以支撐，容易引起撐靴打滑或產(chǎn)生更大的坍塌，需采取措施對(duì)撐靴部位進(jìn)行加固處理，可采用以下一種或幾種措施進(jìn)行處理：

1）在撐靴部位附近打密集錨桿，應(yīng)急噴射混凝土進(jìn)行加固，并墊鋼板，增加圍巖強(qiáng)度和可支撐能力。

2）在撐靴出現(xiàn)塌腔的部位墊密集的砂袋和枕木，供撐靴支撐，當(dāng)支撐通過(guò)破碎帶或塌腔部位后，再取出砂袋，用鋼板封閉塌腔，回填混凝土和固結(jié)灌漿。

3）TBM掘進(jìn)時(shí)，降低掘進(jìn)速度，調(diào)低撐靴油缸的支撐壓力，減小對(duì)圍巖的壓迫和破壞。

4）TBM撐靴支撐時(shí)，盡量將撐靴預(yù)留缺口騎跨鋼拱架，因鋼架間距小難以騎跨時(shí)，應(yīng)采取墊枕木等措施，禁止將TBM撐靴直接壓在鋼拱架上，以防產(chǎn)生將鋼拱架壓斷或?qū)窝テ茐牡氖鹿拾l(fā)生［4］。

3.1.2 規(guī)模較大的破碎帶和軟巖段施工措施

通過(guò)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和探測(cè)，查明軟弱圍巖或斷層節(jié)理破碎帶沿隧洞橫斷面和沿洞軸線(xiàn)延伸規(guī)模較大（如破碎帶寬度超過(guò)隧洞斷面1／4和沿縱向延伸距離在10m以上），或預(yù)計(jì)沿破碎帶將出現(xiàn)大涌水或高壓涌水時(shí)。

施工方法是：先進(jìn)行超前灌漿加固巖體，再采用超前錨桿或小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，短進(jìn)尺，開(kāi)挖后立即在新開(kāi)挖段采取系統(tǒng)錨、網(wǎng)、鋼架和噴混凝土強(qiáng)支護(hù)措施，加強(qiáng)安全監(jiān)測(cè)，及時(shí)進(jìn)行二次襯砌作業(yè)。

3.1.2.1 超前灌漿

超前灌漿的目的是在隧洞圍巖周?chē)ㄟ^(guò)一定壓力將漿液壓入巖體，形成止水層或加固層，以避免因開(kāi)挖引起洞周地下水大量動(dòng)態(tài)泄放或洞周松散圍巖應(yīng)力釋放產(chǎn)生過(guò)度松弛，最終達(dá)到切斷通道、封閉出水裂隙或固結(jié)圍巖、提高巖體強(qiáng)度的目的，確保施工人員和機(jī)械的安全。

1）灌漿材料：

用于灌漿的水泥為強(qiáng)度等級(jí)≥32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，可在水泥漿液中摻入質(zhì)量合格的速凝劑、減水劑、穩(wěn)定劑，最優(yōu)摻加量通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)確定。

施工中可采用水泥～水玻璃雙漿液，水泥漿、水玻璃體積比為1∶0.5～1∶1，水玻璃濃度控制在20～40°Be＇，模數(shù)取 2.4～3.4。

2）超前灌漿施工：

超前灌漿的段長(zhǎng)、灌漿孔布置、灌漿壓力、灌漿工藝、灌漿材料及配比、灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)等均需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的隧洞水文地質(zhì)條件，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性試驗(yàn)優(yōu)化確定。

超前灌漿順序一般先上方后下方，或先內(nèi)圈后外圈，先無(wú)水孔后有水孔的順序灌漿。

針對(duì)有壓地下水的超前灌漿在達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后采取閉漿措施，即利用止?jié){閥保持孔內(nèi)壓力直至漿液完全凝固。

超前灌漿段完成灌漿后，視漿液的種類(lèi)，間隔一定時(shí)間方可開(kāi)挖，超前灌漿每次處理洞長(zhǎng)為30m，待漿液凝固后開(kāi)挖27m，同時(shí)留有3m洞長(zhǎng)為止?jié){墻。

3.1.2.2 超前支護(hù)

1）超前錨桿或小導(dǎo)管支護(hù)：

一般在頂拱120°范圍內(nèi)布置中空自鉆式注漿錨桿或超前小導(dǎo)管注漿，直徑32～40mm，單根長(zhǎng)度10m，沿隧洞軸線(xiàn)方向仰角約10°～30°左右，縱向水平搭接距離≥1.5m，環(huán)向間距0.5m。

2）鋼拱架：

超前小導(dǎo)管尾端采用鋼拱架支頂并牢固焊接，每次開(kāi)挖進(jìn)尺在0.6～1.2m即進(jìn)行系統(tǒng)支護(hù)，安裝鋼拱架支撐，鋼支撐間距根據(jù)實(shí)際圍巖狀況控制在0.9m左右。

鋼拱架加固完成后，及時(shí)安裝系統(tǒng)錨桿，在拱部270°范圍掛鋼筋網(wǎng)，立即在邊頂拱270°范圍噴10cm厚C25混凝土進(jìn)行支護(hù)。

3）支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)、襯砌的施工：

在大的斷層破碎帶施工時(shí)，對(duì)圍巖和初期支護(hù)的受力和變形情況加強(qiáng)監(jiān)測(cè)作業(yè)和預(yù)報(bào)，當(dāng)受力和變形較大時(shí)，及時(shí)分析原因，研究選擇采用支護(hù)補(bǔ)強(qiáng)措施或進(jìn)行混凝土襯砌施工。

3.1.2.3 開(kāi)挖控制

TBM施工時(shí)，嚴(yán)格控制掘進(jìn)速度，降低刀盤(pán)轉(zhuǎn)速、推進(jìn)壓力和撐靴支撐壓力等參數(shù)，減少對(duì)圍巖的破壞和擾動(dòng)。

每循環(huán)進(jìn)尺控制在0.5～1.0m左右。

3.2 富水帶的施工

3.2.1 地下水的主要情況

按地下水賦存的條件和水力學(xué)性質(zhì)，工程區(qū)內(nèi)地下水分為松散巖類(lèi)孔隙水、碎屑巖孔隙水、基巖裂隙水和斷裂構(gòu)造水4種類(lèi)型。

上昆嵩水電站隧洞施工過(guò)程中，地下水分布不均，多為滲水—滴水狀態(tài)，在個(gè)別構(gòu)造發(fā)育部位，由于斷裂帶物質(zhì)組成和風(fēng)化程度不均，特別是存在斷層泥及斷層角礫等軟弱夾層，外水壓力較大，需采取措施解決突發(fā)涌水問(wèn)題。

高壓涌水洞段對(duì)TBM施工的影響有：

1）水壓力的作用會(huì)引起掌子面會(huì)坍塌，掩埋刀盤(pán)及主機(jī)，增加刀盤(pán)的扭矩。

2）涌水量過(guò)大會(huì)淹沒(méi)TBM主機(jī)和后配套。

3）洞壁發(fā)生坍塌時(shí)，TBM的撐靴無(wú)法支撐，導(dǎo)致TBM不能正常向前推進(jìn)。

3.2.2 TBM施工中對(duì)涌水的處理措施

3.2.2.1 確定技術(shù)措施的原則

確定技術(shù)措施的原則有：預(yù)測(cè)先行，預(yù)防為主，防微杜漸，確保安全。

3.2.2.2 掘進(jìn)前采取的措施

打超前孔泄水，測(cè)量鉆孔出水量、水壓。排水疏干圍巖過(guò)程中，觀察記錄水量和水壓的變化。排水孔水壓及水量不減，必須采用注漿堵水，如果涌水基本排干時(shí)，則TBM可繼續(xù)掘進(jìn)［5］。

3.2.2.3 掘進(jìn)后采取的措施

為保證噴混凝土質(zhì)量應(yīng)采用遮擋、插管引排措施把工作面的涌水或注漿后的剩余水量及時(shí)排離工作面，使巖面保持相對(duì)干燥。

3.2.2.4 根據(jù)水量不同分別采取的措施

主要采取以下3種措施：

1）圍巖內(nèi)只有微量滲水或局部滴水時(shí)，打排水孔，用塑料管把水排到工作面后方，同時(shí)采用錨桿鋼筋網(wǎng)加鋼拱架的加強(qiáng)支護(hù)措施。

2）圍巖內(nèi)有滲水或線(xiàn)狀涌水時(shí)，加密鉆孔，增加排水管，安裝鋼拱架。

3）圍巖中有股狀涌水時(shí)，根據(jù)水文地質(zhì)情況，采用超前鉆孔泄壓，再注漿堵水。

3.3 巖爆段TBM施工

由于上昆嵩水電站引水隧洞具備埋深大、巖石單軸抗壓強(qiáng)度高等巖爆發(fā)育條件，因此在隧洞開(kāi)挖過(guò)程中，將面臨各級(jí)巖爆的威脅。

在施工中，將根據(jù)巖爆的強(qiáng)度等級(jí)采取不同的處理措施，以有效防治各級(jí)巖爆。如果在施工中沒(méi)有及時(shí)、有效的巖爆防治措施，將在很大程度上影響施工設(shè)備和人員的安全，從而導(dǎo)致工程進(jìn)展緩慢甚至停工。

可采用如下措施防止各級(jí)巖爆的發(fā)生：

1）加強(qiáng)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)：

在高地應(yīng)力、干燥、脆性圍巖段，觀察巖爆發(fā)生的可能性；采用巖石聲發(fā)射儀對(duì)巖石內(nèi)部情況進(jìn)行檢測(cè)，能在一定程度上反映出巖體內(nèi)部破裂程度和應(yīng)力增長(zhǎng)速度。查看地形地貌，谷地是應(yīng)力高度集中區(qū)。

2）加固圍巖：

弱巖爆區(qū)段要及時(shí)噴射混凝土封閉TBM刀盤(pán)護(hù)盾后方的巖面，形成柔性支護(hù)，必要時(shí)可局部掛鋼筋網(wǎng)，盡量減少?lài)鷰r暴露時(shí)間，盡快封閉應(yīng)力釋放面。

中等強(qiáng)度巖爆區(qū)段，除及時(shí)噴射混凝土封閉巖面外，還要采用錨桿、掛鋼筋網(wǎng)及時(shí)支護(hù)，必要時(shí)可以局部安裝鋼拱架。

強(qiáng)至極強(qiáng)巖爆段，除及時(shí)進(jìn)行噴射混凝土封閉巖面外，采用錨桿、鋼瓦鋼拱架（局部加密）等措施聯(lián)合起來(lái)加強(qiáng)支護(hù)。

3）根據(jù)預(yù)報(bào)，在可能發(fā)生巖爆的洞段，掘進(jìn)過(guò)程中利用護(hù)盾油缸和下支撐油缸的聯(lián)合動(dòng)作，稍稍擴(kuò)大掘進(jìn)洞徑，留出巖爆空間，避免TBM停留過(guò)程中圍巖收斂卡住刀盤(pán)。

在掘進(jìn)期間，一般設(shè)備不作長(zhǎng)時(shí)間停留，快速掘進(jìn)通過(guò)危險(xiǎn)洞段。

4）鉆孔卸壓法：

采取超前鉆孔，并向孔內(nèi)注水，促進(jìn)圍巖軟化，釋放地應(yīng)力。

5）改善圍巖物理性能：

利用刀盤(pán)上的噴水嘴對(duì)圍巖噴高壓水可以降低表層圍巖的強(qiáng)度，使巖體中積累的高構(gòu)造應(yīng)力減小。

6）防止卡刀盤(pán)：

TBM設(shè)備日常維護(hù)停機(jī)保養(yǎng)期間，周邊圍巖會(huì)產(chǎn)生收斂變形，有可能卡住刀盤(pán)，雖然TBM設(shè)備的脫困扭矩設(shè)計(jì)很高，但為防止變形過(guò)大，造成刀盤(pán)被卡住，需要在維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，應(yīng)間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)刀盤(pán)。

同時(shí)，在巖爆段的TBM掘進(jìn)過(guò)程中，將邊刀通過(guò)加墊片的方式進(jìn)行徑向擴(kuò)挖。

7）地溫法：

干燥無(wú)水的圍巖產(chǎn)生巖爆的可能性較大，如果用紅外線(xiàn)測(cè)溫儀測(cè)得地溫接近相應(yīng)埋深下的正常地溫，說(shuō)明地下水滲流弱，發(fā)生巖爆的可能性較大。

8）TBM設(shè)備和人員防護(hù)：

鋼拱架安裝部位、錨桿鉆機(jī)操作部位、鋼筋網(wǎng)安裝部位均設(shè)有安全防護(hù)棚，另在臺(tái)車(chē)上層設(shè)置緊急安全避險(xiǎn)間。TBM施工人員一律佩帶鋼背心和鋼頭盔。

4 結(jié) 論

對(duì)于上昆嵩水電站引水隧洞這種存在洞室埋深大、地應(yīng)力高、高壓涌突水、斷層破碎帶等多種不良地質(zhì)條件的工程，在做好隧洞不良地質(zhì)體和施工地質(zhì)災(zāi)害超前預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不良地質(zhì)體的特性，有針對(duì)性地采取相應(yīng)的輔助工法和應(yīng)急處理措施進(jìn)行治理，能有效防止地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生或降低地質(zhì)災(zāi)害的等級(jí)，對(duì)于相似工程的施工有一定的參考意義。

［1］寸金鵬.油房溝水電站不良地質(zhì)段的斜井開(kāi)挖［J］.云南水力發(fā)電，2010（04）：58－59.

［2］周衛(wèi)霞.TBM在富水帶的施工技術(shù)措施［J］.石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（09）：27－31.

［3］王平，劉凱.TBM在不良地質(zhì)條件下的施工技術(shù)［J］.廣西水利水電，2008（10）：13－14，34.

［4］毛文莉.TBM在大伙房水庫(kù)輸水工程隧洞施工中的應(yīng)用［J］.水利建設(shè)與管理，2010（09）：8－9，16.

［5］余勝冬，鄧元亮.洪一水電站工程不良地質(zhì)情況下超深小斷面豎井施工［J］.水利水電施工，2008（S1）：79－80，83.

Discussion on Construction Method for Bad Geological Section in ThuongKonKum Hydropower Station，Vietnam

ZANG Xu
（Dahuofang Reservoir Water Diversion Project construction Bureau，Shenyang 110166，China）

The diversion tunnel chamber of ThuongKonKum Hydropower Station has a bad geological conditions，such as deep buried depth，high crustal stress，high pressure water gushing，fault fracture zone. There are landslides，rock burst，water inrush geological disasters，and they are unfavorable for construction safety. According to the geological prediction results construction unit can prevent geological disasters by using bad geological section construction method and emergency measures，ensuring the safety of the construction and saving cost and time，cumulating precious experience of the similar project.

geological disaster；emergency measures；construction safety；construction period

TV554

B

1007－7596（2014）08－0066－04

2014－04－25

藏旭（1986－），男，遼寧沈陽(yáng)人，助理工程師。