水電站地下工程開(kāi)挖安全控制綜述

付 文 彬

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司,四川 成都 610091)

0 引 言

我國(guó)水電站大多建在西南及西北地區(qū)窮山惡水之間，許多電站引水發(fā)電系統(tǒng)為地下埋藏式，而地下工程的重點(diǎn)和難點(diǎn)又突出在開(kāi)挖安全問(wèn)題上，因此，如何保證地下洞室群開(kāi)挖的安全，將是水電建設(shè)的一大課題。

本人根據(jù)多年地下洞室開(kāi)挖現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本單位及其它單位一些工程實(shí)例，對(duì)如何控制地下洞室群開(kāi)挖過(guò)程中的安全進(jìn)行探討。

1 地下洞室群開(kāi)挖施工特點(diǎn)

地下洞室群開(kāi)挖施工特點(diǎn)主要如下：

(1)洞室繁多，結(jié)構(gòu)緊湊，相互平行或交錯(cuò)，施工時(shí)相互干擾大，存在安全隱患；

(2)地下廠房、主變室、尾調(diào)室等洞室開(kāi)挖跨度大，開(kāi)挖高差大，圍巖穩(wěn)定問(wèn)題突出；

(3)平行洞室之間如引水洞、母線洞、尾水洞相鄰洞室間巖壁較薄，容易失穩(wěn)；

(4)地下洞室群分部空間大，引水系統(tǒng)、廠房系統(tǒng)以及尾水系統(tǒng)無(wú)論是平面還是立面上分布的范圍均較廣，因此，不可避免地會(huì)遇到各種地質(zhì)情況，如節(jié)理、斷層、涌水等；

(5)地下廠房洞室群一般埋深較大，廠房下部及尾水系統(tǒng)緊鄰水道，因此，存在地應(yīng)力高和地下水豐富的問(wèn)題；

(6)地下廠房洞室群一般通道出口較少，通風(fēng)散煙困難，直接威脅施工人員的健康；

(7)地下廠房洞室群一般含有豎(斜)井，且高差較大，存在安全隱患。

2 安全技術(shù)控制措施

由于地下洞室群開(kāi)挖具有其特殊性，洞室群圍巖結(jié)構(gòu)及應(yīng)力分部極其復(fù)雜，很容易產(chǎn)生安全事故，因此，完善的安全措施是地下廠房洞室群開(kāi)挖過(guò)程中的重中之重。地下洞室群開(kāi)挖安全技術(shù)從以下幾方面進(jìn)行闡述。

2.1 圍巖穩(wěn)定控制

2.1.1 影響地下洞室圍巖穩(wěn)定的主要因素

一般來(lái)講，圍巖不穩(wěn)定是指妨礙生產(chǎn)使用或安全的圍巖破壞或過(guò)大變形現(xiàn)象，比如不應(yīng)有的頂板塌落、兩幫擠入、底板隆起、圍巖開(kāi)裂、突發(fā)巖爆、圍巖變形造成襯砌裂開(kāi)或支護(hù)折斷等。影響地下洞室圍巖穩(wěn)定的因素主要有以下幾種：

(1)巖性的影響；(2)巖體結(jié)構(gòu)及裂隙的分布；(3)特殊地質(zhì)條件的影響；(4)地應(yīng)力；(5)巖體力學(xué)性質(zhì)；(6)工程因素；(7)地下水因素。

2.1.2 主要措施

針對(duì)影響圍巖穩(wěn)定的各種因素，根據(jù)本人工作經(jīng)驗(yàn)以及其它工程實(shí)例，結(jié)合有關(guān)理論知識(shí)，本人認(rèn)為要確保圍巖穩(wěn)定要做好以下幾方面工作：

2.1.2.1 安排合理的開(kāi)挖支護(hù)程序

開(kāi)挖支護(hù)程序是否合理，直接影響圍巖的穩(wěn)定安全。因此，要確保圍巖的穩(wěn)定，首先必須選擇正確的開(kāi)挖支護(hù)程序。

(1)廠房與相交洞室之間開(kāi)挖支護(hù)程序

開(kāi)挖支護(hù)程序：母線洞及進(jìn)廠交通洞、引水洞、尾水洞在廠房開(kāi)挖至該洞洞口前提前開(kāi)挖，進(jìn)入廠房?jī)?nèi)2m以上。如果必須從廠房?jī)?nèi)開(kāi)洞，必須先做好洞口鎖口超前支護(hù)，采取分部開(kāi)挖，短進(jìn)尺、弱爆破掘進(jìn)，并及時(shí)做好系統(tǒng)支護(hù)。

(2)平行洞室開(kāi)挖支護(hù)程序

相互平行的洞室必須分組間隔開(kāi)挖，或者可以一組先行，另一組滯后30～50 m跟進(jìn)，注意控制爆破振動(dòng)速度，且不能同時(shí)爆破，系統(tǒng)支護(hù)也必須及時(shí)跟進(jìn)。

(3)空間或平面相交洞室開(kāi)挖程序

支護(hù)范圍必須擴(kuò)大到相交段以外兩倍洞徑距離以上，上部洞室待下部洞室交叉處開(kāi)挖支護(hù)完成后進(jìn)行開(kāi)挖，且在在交叉口二倍洞徑的洞段范圍內(nèi)，采用淺孔多循環(huán)短進(jìn)尺的方式開(kāi)挖。對(duì)于直接相交的洞室，一般遵循先主洞后岔洞的順序。

(4)大跨度洞室頂拱開(kāi)挖支護(hù)程序

一般要采取分部開(kāi)挖，先開(kāi)挖中間導(dǎo)洞，并及時(shí)進(jìn)行導(dǎo)洞頂部系統(tǒng)的支護(hù)，兩側(cè)擴(kuò)挖滯后于導(dǎo)洞工作面一定的安全距離進(jìn)行，頂拱層支護(hù)完成后，方可進(jìn)行下層開(kāi)挖。對(duì)于大井筒頂部穹頂開(kāi)挖，一般應(yīng)先進(jìn)行周邊環(huán)形開(kāi)挖支護(hù)，中間預(yù)留巖柱，待周邊支護(hù)完成后再開(kāi)挖巖柱頂部，并及時(shí)進(jìn)行頂部支護(hù)，最后開(kāi)挖巖柱下部剩余部分。

2.1.2.2 做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

為了準(zhǔn)確了解地下洞室中尚未開(kāi)挖巖體的地質(zhì)情況，及時(shí)研究選定掌子面開(kāi)挖后的支護(hù)形式，對(duì)前方可能出現(xiàn)的涌水、有害氣體、崩塌等及時(shí)采取防范措施，在開(kāi)挖中設(shè)超前鉆探孔。完成超前勘探后，根據(jù)探明的前方圍巖情況制定相應(yīng)的支護(hù)措施，包括超前支護(hù)、超前固結(jié)灌漿以及臨時(shí)支護(hù)措施等。

2.1.2.3 做好支護(hù)工作

支護(hù)工作是確保洞室開(kāi)挖安全的重中之重。支護(hù)參數(shù)一般根據(jù)圍巖地質(zhì)情況和洞室特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，除施工圖中設(shè)計(jì)的系統(tǒng)支護(hù)外，還必須根據(jù)具體情況增設(shè)必要的臨時(shí)支護(hù)。

臨時(shí)支護(hù)包括超前支護(hù)(超前錨桿、超前小導(dǎo)管注漿、管棚、固結(jié)灌漿等)、隨機(jī)噴錨支護(hù)、鋼支撐等，根據(jù)需要進(jìn)行布置。

2.1.2.4 做好安全監(jiān)測(cè)工作

洞室開(kāi)挖安全監(jiān)測(cè)儀器主要有斷面收斂?jī)x、側(cè)縫針、錨桿應(yīng)力計(jì)等，收斂?jī)x主要監(jiān)測(cè)圍巖斷面變形情況，側(cè)縫針主要監(jiān)測(cè)局部巖塊相對(duì)位移情況，錨桿應(yīng)力計(jì)主要監(jiān)測(cè)圍巖內(nèi)巖體應(yīng)力變化情況。

2.1.2.5 選擇合理施工方法

在圍巖條件較差洞段和特殊洞段，采取分部開(kāi)挖、分部支護(hù)；采用淺鉆孔、弱爆破、多循環(huán)的施工方法，嚴(yán)格控制炮眼數(shù)量、深度及裝藥量，盡量減少爆破對(duì)圍巖的震動(dòng)。

2.2 地下水控制

由于地下洞室本身具有封閉的特點(diǎn)，當(dāng)大量地下水涌入隧洞時(shí)，則隧洞局部可能會(huì)在極短的時(shí)間內(nèi)被淹，造成設(shè)備和人員的傷害，因此，地下水的處理首在勘探。在長(zhǎng)期勘探的基礎(chǔ)上，進(jìn)行短期超前勘探，查明地下水的規(guī)模及性質(zhì)。

2.2.1 滲漏水處理

(1)開(kāi)挖中洞內(nèi)滲水面積較大時(shí)，采用鉆孔將水集中引入集水井中，然后用水泵抽出洞外；

(2)當(dāng)?shù)叵滤^豐富或滲水量較大時(shí)，采取超前灌漿進(jìn)行止水，并且在開(kāi)挖掌子面前方保留不小于10 m的搭接長(zhǎng)度。

2.2.2 承壓水處理

(1)當(dāng)勘探顯示前方有承壓水，且排放不會(huì)影響圍巖穩(wěn)定，采用超前鉆孔排水；

(2)當(dāng)勘探顯示前方有承壓水，且排放會(huì)影響圍巖穩(wěn)定，采用超前固結(jié)灌漿進(jìn)行止水。

2.3 巖爆控制

巖爆多發(fā)生在埋藏很深、整體、干燥和質(zhì)地堅(jiān)硬的巖層中，一般在開(kāi)挖后幾小時(shí)，以頂部和腰部為多。

2.3.1 預(yù)防措施

(1)加強(qiáng)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)，預(yù)測(cè)巖爆可能發(fā)生洞段；

(2)使用光面爆破，嚴(yán)格控制藥量，盡可能減少爆破對(duì)危巖的影響；

(3)選用預(yù)先釋放能量的方法，如松動(dòng)爆破法、超前鉆孔預(yù)爆法、噴射高壓水沖洗法，先期將巖層的原始應(yīng)力釋放一些，以減少巖爆的發(fā)生。

(4)加強(qiáng)支護(hù)工作，開(kāi)挖后立即向拱部和腰部進(jìn)行噴混凝土施工，襯砌工作緊跟開(kāi)挖進(jìn)行。

2.3.2 補(bǔ)救措施

巖爆發(fā)生后立即向拱頂及側(cè)壁噴射混凝土，再加設(shè)錨桿和鋼筋網(wǎng)，防止巖爆繼續(xù)發(fā)生。

2.4 豎(斜)井開(kāi)挖安全措施

(1)鎖好井口，確保井口穩(wěn)定，井口預(yù)留3～5 m寬的井臺(tái)，設(shè)置圍欄和排水溝，防止井臺(tái)上雜物墜入井內(nèi)。

(2)設(shè)置專(zhuān)門(mén)的提升設(shè)備，作為人員上、下和材料運(yùn)輸交通工具，提升設(shè)備設(shè)置導(dǎo)向裝置和斷繩保險(xiǎn)裝置，并控制升降速度。

(3)上下聯(lián)系采用電話、信號(hào)燈、對(duì)講機(jī)等多種通訊手段結(jié)合使用，互為備用。

(4)提升設(shè)備設(shè)置防止過(guò)卷、過(guò)電流和失電壓等保險(xiǎn)裝置及可靠的制動(dòng)系統(tǒng)，使用過(guò)程中加強(qiáng)維護(hù)檢查工作。

(5)豎井?dāng)U挖時(shí)，Ⅱ、Ⅲ類(lèi)圍巖段采取二掘一支護(hù)；不良地質(zhì)洞段采取一掘一支護(hù)，上層未支護(hù)不的進(jìn)行下一層的開(kāi)挖。

(6)非出渣作業(yè)或井底作為交通通道時(shí)，在導(dǎo)井井口采用鋼篦子井蓋蓋住板；扒渣作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員佩戴安全繩，安全繩掛在井壁錨桿上，防止發(fā)生人員墜落事故。

(7)豎(斜)井和平洞連接處，先將連接段加固后再開(kāi)挖。

3 結(jié) 語(yǔ)

地下工程建設(shè)安全是一個(gè)系統(tǒng)工程，一整套的方案，需要多重防御，多層次、多途徑、多方面編制安全網(wǎng)；在這個(gè)系統(tǒng)中，環(huán)環(huán)相扣，互相依存，缺一不可，缺一個(gè)環(huán)節(jié)，增一份風(fēng)險(xiǎn)。樹(shù)立“不留遺憾，不當(dāng)罪人，建不朽工程”的理念，堅(jiān)持高標(biāo)準(zhǔn)、講科學(xué)、不懈怠的建設(shè)要求，做好地下工程施工。地下洞室群開(kāi)挖安全控制是許多施工單位面臨的問(wèn)題，安全事故頻頻發(fā)生，施工人員的生命受到嚴(yán)重威脅。本著以人為本的原則，施工單位必須大力加強(qiáng)安全投入，加強(qiáng)安全管理，盡量避免安全事故的發(fā)生。