龍洞水電站排風(fēng)洞深厚崩坡堆積體洞挖施工技術(shù)

王 黎， 任 軍 偉

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 工程概述

龍洞水電站位于四川省康定縣境內(nèi)的大渡河右岸一級(jí)支流——瓦斯河上，為低閘引水式電站。電站樞紐建筑物由首部樞紐、引水系統(tǒng)、地下廠房等組成。龍洞水電站水庫(kù)正常 蓄 水 位 高 程 為

2 440 m，總庫(kù)容11.1萬(wàn)m3，為徑流式電站。工程的開(kāi)發(fā)任務(wù)為發(fā)電，同時(shí)兼顧下游生態(tài)及景觀用水，無(wú)灌溉、防洪、通航等其它綜合利用要求。地下廠房位于金龍水電站廠房與小天都庫(kù)尾之間的瓦斯溝左岸，總裝機(jī)容量為165 MW。

地下廠房工程中排風(fēng)洞位于廠房右側(cè)，洞口為崩坡積塊碎石土和塊碎石，厚度較大，強(qiáng)卸荷圍巖洞段圍巖以Ⅳ、Ⅴ類為主，成洞條件差,覆蓋層水平深度約為26.5 m。

排風(fēng)洞為發(fā)電廠房的進(jìn)風(fēng)通道，隧洞總長(zhǎng)218.85 m，進(jìn)洞高程為2 160.7 m，終 點(diǎn) 高 程 為2 164.59 m，覆蓋層段開(kāi)挖斷面為4.8 m×5.1 m。

針對(duì)以上工程特點(diǎn)，且因覆蓋層比較厚并隨洞徑延伸較長(zhǎng)，在施工過(guò)程中先進(jìn)行一定范圍開(kāi)挖形成穩(wěn)定邊坡后，再進(jìn)行鎖口及明洞施工，從而形成了施工安全保護(hù)屏障，最后進(jìn)行覆蓋層洞挖施工，成功地解決了崩坡堆積體不良地質(zhì)段隧洞洞挖施工的難題。

筆者主要闡述了龍洞水電站排風(fēng)洞深厚崩坡堆積體不良地質(zhì)段隧洞的洞挖施工方法。在覆蓋層進(jìn)洞中的主要難點(diǎn)是堆積體松散、錨桿施工造孔難度大、開(kāi)挖成型難度大、開(kāi)挖后穩(wěn)定性差。施工中嚴(yán)格按照平洞臺(tái)階分區(qū)的思路施工并根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)方案進(jìn)行了優(yōu)化，依次解決了以上各種難題。

2 洞口邊坡的施工

2.1 洞臉邊坡的開(kāi)挖

排風(fēng)洞出口段頂部位于上山公路下方，埋深較淺，加之其均為覆蓋層，故先對(duì)邊坡進(jìn)行了一定程度的開(kāi)挖。洞臉邊坡坡頂開(kāi)挖在高程2 172 m后按坡度1∶0.75向下削坡，在洞頂上0.5 m的高度開(kāi)始變坡，垂直向下開(kāi)挖。

2.2 洞臉邊坡的支護(hù)

當(dāng)洞口邊坡開(kāi)挖成型后，考慮到坡面為崩坡積堆積塊碎石土堆積體并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得知，堆積體中、下部表面多被孤塊石覆蓋，普遍架空，故待洞臉邊坡開(kāi)挖完成后立即素噴5 cm封閉巖面，待素噴混凝土結(jié)束后再進(jìn)行錨桿、掛網(wǎng)噴混凝土系統(tǒng)支護(hù)。又因邊坡普通砂漿錨桿造孔施工難以成孔，遂采用自鉆式注漿錨桿，規(guī)格為φ27、L=4 m，間排距為1 m，梅花形布置。掛網(wǎng)采用φ8@15 cm，噴C25混凝土厚15 cm。排風(fēng)洞洞臉邊坡形式見(jiàn)圖1。

3 洞口鎖口及明洞施工

3.1 鎖口施工

在堆石體洞口處，由于圍巖無(wú)膠結(jié)、結(jié)構(gòu)松散、成洞條件極差，為保證洞口邊坡穩(wěn)定，洞室開(kāi)挖前對(duì)洞口以上及周邊的松散圍巖進(jìn)行了預(yù)固結(jié)灌漿處理。在此類地質(zhì)條件下，鉆機(jī)難以自鉆成孔，遂采用手風(fēng)鉆鉆孔將鋼花管打入圍巖，然后通過(guò)鋼花管對(duì)圍巖進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿，以固結(jié)松散的堆石體，從而有效地提高了成洞能力。

在洞口明挖施工過(guò)程中，及時(shí)進(jìn)行了鎖口施工。鎖口施工采用超前小導(dǎo)管注漿的方法進(jìn)行，在距邊頂拱開(kāi)挖結(jié)構(gòu)線 20 cm處打第一層超前管棚，距邊頂拱開(kāi)挖結(jié)構(gòu)線40 cm打第二層超前管棚。管棚采用φ42鋼管制作，長(zhǎng)3 m，環(huán)向間距20 cm，外仰角10°～15°。洞口段開(kāi)挖完成后采用鋼支撐對(duì)洞口進(jìn)行進(jìn)一步的鎖口處理，鋼支撐采用I16，間距為50 cm，拱間采用φ25，L=1 m@25 cm鋼筋作連接筋，以確保各拱架形成整體，共同受力。拱架鎖腳錨桿采用自進(jìn)式錨桿，φ27，L=4 m，交錯(cuò)布置在拱架兩側(cè)。鎖口施工支護(hù)形式見(jiàn)圖1。

圖1 排風(fēng)洞洞臉剖面圖

3.2 明洞施工

為保證施工安全并為進(jìn)洞提供一個(gè)安全屏障，為防護(hù)洞頂邊坡坡面上松動(dòng)的危石滾落，于洞外連續(xù)設(shè)置了3榀鋼支撐，拱架施工同鎖口段，以形成明洞段。之后進(jìn)行洞口及明洞段混凝土襯砌施工，明洞段襯砌按照設(shè)計(jì)要求的門洞結(jié)構(gòu)形式，厚度為80 cm，設(shè)雙層鋼筋，混凝土標(biāo)號(hào)為C20，底板混凝土厚度為50 cm，洞段長(zhǎng)6 m。明洞洞頂端頭設(shè)混凝土擋墻，擋墻高度為200 cm，厚度為50 cm。

4 覆蓋層洞挖及支護(hù)施工

根據(jù)排風(fēng)洞覆蓋層斷面特性及覆蓋層洞段地質(zhì)特性進(jìn)行了分析研究，對(duì)排風(fēng)洞覆蓋層洞挖分上下兩個(gè)臺(tái)階開(kāi)挖，先開(kāi)挖上臺(tái)階，再進(jìn)行下臺(tái)階的開(kāi)挖，上臺(tái)階采用“環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土”的開(kāi)挖方法，在施工中特別注意做好開(kāi)挖前的超前支護(hù)，開(kāi)挖后及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)和永久襯砌，確保已成型的隧洞的安全。

4.1 超前支護(hù)

由于覆蓋層洞段巖層松散，無(wú)膠結(jié)且孔隙率極大，施工難度極大，在開(kāi)挖過(guò)程中極易產(chǎn)生洞室坍塌甚至冒頂?shù)惹闆r，因此，需對(duì)覆蓋層段洞挖進(jìn)行超前支護(hù)。支護(hù)措施為采用打φ42花管并進(jìn)行灌漿處理，其灌漿工藝要求同鎖口灌漿。超前小導(dǎo)管設(shè)計(jì)參數(shù)為：φ42，L=3 m，環(huán)向間距為20 cm，外仰角為10°～15°，搭接長(zhǎng)度不小于1 m。小導(dǎo)管施工過(guò)程中，嚴(yán)格造孔質(zhì)量，確保所有小導(dǎo)管在同一拱圈線上并與鋼拱架點(diǎn)焊連接。

4.2 人工開(kāi)挖上臺(tái)階

采用人工鑿?fù)诜ㄩ_(kāi)挖，ZLC50C裝載機(jī)出渣。上、下臺(tái)階高差為3 m，上臺(tái)階預(yù)留土心以便施工，上臺(tái)階工作面距下臺(tái)階不超過(guò)5 m，將循環(huán)進(jìn)尺控制在0.5～ 0.8 m。為保證開(kāi)挖掌子面的穩(wěn)定，在人工開(kāi)挖達(dá)到進(jìn)尺要求后，及時(shí)對(duì)開(kāi)挖的裸露圍巖噴一層6 cm厚的C20混凝土進(jìn)行封閉，然后再進(jìn)行鋼拱架的架設(shè)施工。

為保證第一次支護(hù)施工時(shí)不侵占混凝土襯砌斷面，覆蓋層洞段在開(kāi)挖施工過(guò)程中在設(shè)計(jì)斷面的基礎(chǔ)上擴(kuò)挖了20 cm。

4.3 架設(shè)上臺(tái)階拱支撐

拱支撐采用I16工字鋼制作，洞口處連續(xù)安裝3榀拱支撐，其它拱支撐的間距為0.3～0.5 m(根據(jù)開(kāi)挖地質(zhì)條件合理進(jìn)行調(diào)整)，在架設(shè)過(guò)程中，關(guān)鍵是將兩榀拱支撐焊縫焊好。在進(jìn)行拱支撐安裝時(shí)，上臺(tái)階處設(shè)置了一個(gè)由φ48鋼管制作的3 m×3 m×2 m規(guī)格的安裝操作臺(tái)。拱支撐安裝到位及時(shí)焊接連接筋，連接筋采用φ25鋼筋制作，連接筋長(zhǎng)度為1 m，連接筋環(huán)向間距為50 cm。

4.4 下臺(tái)階開(kāi)挖

仍然采取人工鑿?fù)诜ㄩ_(kāi)挖，ZLC50裝載機(jī)出渣，將每循環(huán)進(jìn)尺控制在0.8～1.2 m。

4.5 架設(shè)豎支撐

豎支撐采用I16工字鋼制作，將拱支撐落腳在豎支撐上，拱支撐與豎支撐之間采用鋼板進(jìn)行焊接。在進(jìn)行豎支撐安裝時(shí)要保證豎支撐與拱支撐之間鋼筋的焊接質(zhì)量。豎支撐安裝到位及時(shí)焊接連接筋，連接筋采用φ25鋼筋制作，連接筋長(zhǎng)度為1 m，連接筋環(huán)向間距為50 cm。

4.6 小導(dǎo)管施工

由于覆蓋層巖層松散，無(wú)膠結(jié)，開(kāi)挖洞段形成后的側(cè)壓力較大，容易產(chǎn)生邊墻失穩(wěn)現(xiàn)象。為保證側(cè)墻第一次支護(hù)的安全，需對(duì)側(cè)墻進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，采用通過(guò)自鉆式φ42小導(dǎo)管進(jìn)行灌漿的方法，小導(dǎo)管長(zhǎng)度L=3 m，間排距為1 m×1 m，梅花形布置，灌漿施工工藝同洞口灌漿。

4.7 鎖腳錨桿

普通鎖腳錨桿在一定程度上起著固定拱腳的作用。由于覆蓋層無(wú)法成孔,采用普通錨桿無(wú)法施工,因此，鎖腳錨桿選用φ27自進(jìn)式錨桿，長(zhǎng)度為3 m，將露出部位的長(zhǎng)度控制在20～30 cm，將露出部位與鋼拱架的拱腳焊接牢固。

4.8 掛網(wǎng)噴混凝土

每循環(huán)及時(shí)進(jìn)行掛網(wǎng)噴護(hù)支護(hù)，以確保施工人員的安全。

4.8.1 鋼筋網(wǎng)的安裝

鋼筋網(wǎng)采用φ8鋼筋制作，間排距為15 cm×15 cm，鋼筋網(wǎng)和拱架及連接筋之間通過(guò)焊接連接，將鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)在縱向連接筋與開(kāi)挖線之間，并隨受噴面的起伏順開(kāi)挖面進(jìn)行鋪設(shè)，與實(shí)際開(kāi)挖面的間隙不大于3 cm，同時(shí)將鋼筋網(wǎng)通過(guò)焊接與鋼拱架連接為整體。

4.8.2 噴C25混凝土

混凝土噴護(hù)厚度為20 cm，噴射混凝土面必須保證其平整，將整個(gè)第一次支護(hù)的受力骨架覆蓋，使第一次支護(hù)形成一個(gè)受力的整體。必要時(shí)，應(yīng)在混凝土中加入適量的鋼纖維，以增強(qiáng)混凝土的柔性強(qiáng)度。

5 結(jié) 語(yǔ)

龍洞水電站廠房系統(tǒng)排風(fēng)洞洞挖施工通過(guò)邊坡開(kāi)挖支護(hù)、復(fù)雜地質(zhì)條件平洞臺(tái)階分區(qū)施工、超前小導(dǎo)管注漿、超前管棚等技術(shù)的綜合運(yùn)用，解決了崩坡堆積體不良地質(zhì)段隧洞的掘進(jìn)施工，該工程的施工工藝和工程措施，為同類不良地質(zhì)條件下的隧洞施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。