金元水電站３＃支洞軟弱千枚巖施工質量控制

摘要：在金元水電站引水隧道3#支洞施工質量控制基礎上，文中總結了在軟弱圍巖千枚巖隧道施工中的一些行之有效的做法和在Ⅴ級圍巖中安全快速施工的有關經驗。

關鍵詞：金元水電站3#支洞軟弱千枚巖隧洞施工技術

1 工程概況

金元水電站位于康定縣捧塔鄉的下關門石，距金湯鎮24.5km。金元水電站為Ⅲ等中型工程，樞紐建筑物由混凝土閘壩、岸塔式進水口、左岸引水隧洞、左岸地面廠房、鐘鼓樓溝調水建筑物及公地溝調水建筑物等組成。3#支洞所承擔的主洞區段較長，是金元水電站控制工期的重點。支洞斷面為4.5m×5.5m，城門洞型，長度為938.00m。經查證，千枚巖屬副變質巖，主要由沉積巖中的頁巖經區域變質作用形成，主要礦物成分是絹云母、石英、綠泥石等，基本已全部重結晶，軟弱礦物成分較多，因而千枚巖硬度小，單軸抗壓強度小于1MPa，膨脹率13%，易風化。擠壓緊密的炭質千枚巖層具有弱透水性，是相對隔水層，見照片1。金元水電站3#支洞開挖后千枚巖呈碎石、角礫狀，為顯微鱗片變晶結構，含水量大時呈團塊狀，含水量少時為鱗片狀，片理極其發育，層厚0.01~2mm，片理面手感光滑，有絲絹光澤，遇水即軟化、泥化。掌子面無明顯滲水，但開挖后有少量滲漏水、滴狀及面狀浸濕，量小，拱部有掉塊、坍塌現象。圍巖整體穩定性較差，為V級圍巖。

2 施工中存在的問題及成因分析

2.1 施工中存在的問題 千枚巖與板巖互層區，軟硬巖相間，爆破藥量難以控制，一般來說，造成軟巖部分超挖、硬巖部分欠挖，導致開挖成型差。這使圍巖不同部位的應力釋放產生差異，不利于應力重分布，因而產生不同程度的掉塊或局部坍塌。在千枚巖區，巖體相當破碎，呈團塊狀、片狀、鱗片狀，開挖時易于鉆進，但易塌孔。千枚遇水后軟化似彈簧土，泥化呈淤泥狀。初期支護施作以后，圍巖變形大，且長期不收斂，局部地段4~5個月不趨于穩定；開挖時無地下水，后期地下水增大。這些病害都危及到隧道施工安全與結構質量。

2.2 成因分析 金元電站引水隧洞3#支洞隧道千枚巖Ⅴ級圍巖區施工難度大，主要受變質巖的特征、地質構造、千枚巖的特性和地下水所決定。本隧洞洞身開挖過程中，部分洞段開始時無地下水，但不久即出現滴水，甚至股水。究其原因，可能是因為洞身的千枚巖層上部為板巖層（由于受開挖斷面制約，開挖時未揭露出板巖層）。當含有層狀板巖時，在構造應力作用下，巖性較硬的板巖中會產生不同方位的貫通裂隙，這樣就為地下水的流動提供了通道。大部分洞段由于千枚巖厚度達到一定程度，洞身開挖后沒有出現地下水。 塑性區的加大與地下水的發育互相促進，互相作用，使圍巖穩定性不斷變差，變形不斷發展，產生崩塌、涌水等各種病害。這一點體現在千枚巖層中地下水的延遲性（即塑性區在地下水作用下逐漸加大的過程）。

3 金元水電站3#支洞施工質量控制

針對上述問題，金元水電站3#支洞施工中采取了如下質量控制措施：

3.1 超前支護 超前支護采用d42mm注漿小導管，根據圍巖地質條件，較差時全斷面布置，間距20cm，較好時拱部設置，間距25cm。超前注漿排管長度5.0m，排距控制在2~2.5ｍ間（每循環進行一次），超前小導管外插腳5°，注水泥水玻璃雙液漿。搭接長度較大，達到3.5～4m，有效的提高超前支護的安全可靠性。布設間距較小，有效的防止圍巖自導管間掉落形成塌方脫空現象。

3.2 開挖 為防止局部坍塌，提高洞挖成形質量，開挖采用微震光面爆破，輔以人工風鎬開挖。我們在開挖線上打設消能減震孔，孔間距20cm，與周邊眼同深度，消能減震孔不裝藥。周邊眼距消能減震孔20～30cm布孔，根據圍巖地質條件裝半卷或1卷藥。同一斷面圍巖相當較差的部位周邊孔間距小，裝藥少。爆破后局部未沿消能減震孔掉落部位輔以人工風鎬撬挖即可。

3.3 扒碴與裝碴運輸 裝碴采用ZL50C裝載機，自卸汽車運輸，洞內間隔80～120m開挖會車道。

3.4 初期支護 初期支護采用鋼拱架+超前注漿小導管聯合支護:①立拱掛網。鋼支撐采用I18型鋼，鋼拱架間距0.5m；縱向連接鋼筋設雙層，為Φ22mm螺紋鋼筋，環向間距為1.0ｍ；鋼筋網設雙層，采用φ6.5mm圓鋼焊制而成，網片網格間距15cm×15cm。鋼支撐架立后，立即打設鎖腳錨桿，鎖腳錨桿采用d42mm管式注漿管，長度3.0ｍ。每榀設置4處，每處2根，共8根，拱部4根設置在拱腳和兩節拱架連接板0.5ｍ范圍內，下斷面４根，設置在拱腳上0.8ｍ～1.2m范圍內。②噴射混凝土。噴射混凝土標號Ｃ20。臨時支護噴混凝土中可添加微纖維，封閉毛洞壁、增加抗滲性，改善施工作業環境，加快進度。噴混凝土厚20cm，局部超挖部位用噴混凝土回填，以增強初期支護整體強度。整個施工洞段設計單位定為Ⅴ類圍巖，安全支護斷面如圖1。

4 結論與建議

由于金元水電站3#支洞隧道采取了超前支護措施，靈活動態的施工方法，形成了快速的施工生產能力，使得工程能夠安全順利完成。對于Ⅴ級軟弱千枚巖圍巖區的隧洞施工，文中得出以下結論和建議：①千枚巖地段施工，必須值得引起足夠重視的是地下水的影響，地下水的作用加速了圍巖的變形，使圍巖穩定條件惡化，易形成大塌方。所以在開挖時如有地下水，就應該及時施作初期支護，而且變化超過正常水平時，應加強初期支護，抑制圍巖的進一步變形，防止發生坍塌。②千枚巖地段施工，圍巖變形觀測很重要，要按照選擇合理地段布置圍巖變形觀測點，不間斷分析變形觀測記錄，對收斂變形明顯部位要及時加強安全支護。③千枚巖地段開挖后，底板遇水浸泡后呈淤泥狀，出渣車輛運行困難。需要及時從洞挖拉運堅硬石渣換填洞內底板，保證出渣車輛運行暢通。④無軌運輸重車長距離運輸所產生的廢煙、廢氣對坑道的污染會相當嚴重，施工通風對坑道施工環境要求很重要。同時要有足夠的備用設備和零配件，以保證通風系統的正常運行。

參考文獻:

[1]高舉軍.金元水電站引水隧道3#支洞巖土工程勘察報告.

[2]黃成光.隧道施工技術.北京：人民交通出版社.2001.