淺談不良地質洞段洞室開挖及支護施工方法與現場監理質量控制要點

黃志 李琳

摘要:根據洞室巖性及洞型實際情況,淺談不良地質洞段洞室開挖及支護現場監理質量控制要點,討論在保證安全與質量的前提下如何加快施工進度,為確保工程按期完工打下堅實基礎。

關鍵詞:不良地質洞段 開挖及支護 現場監理 質量控制 方法 要點

四川黑河塘水電站位于四川省九寨溝縣境內,白水江流域一級支流黑河下游河段,屬黑水河-白水江水電規劃一庫七級方案中的第四級梯級電站,電站由首部樞紐、引水系統、廠區樞紐三部分組成,閘高21.5m。引水隧洞布置于黑水河左岸,從進水口至調壓井,全長約6400m,均為城門洞型,洞徑大小為5.2m(寬)×6.1m(高),該引水隧洞分為四個施工支洞進行施工,其中一號支洞施工范圍磨房溝洞段(樁號:0+855～1+110)巖性最為復雜,且常年均有大量涌水,最大涌水量達到800L/min,給現場施工帶來極大的困難,對洞室穩定性與施工安全也是一個極大的挑戰。

一、洞段開挖及支護施工方法與現場質量控制要點

(一)磨房溝洞段的開挖及支護施工措施

磨房溝洞段位于兩座山體之間,洞軸線經過該部位最薄蓋重僅為19m,且均為全風化巖體覆蓋層,在洞室開挖施工過程中,要保證其洞室處于安全狀態,必須保證其巖體的完整性、洞身掌子面的巖性強度及巖性卸荷強度等均在受控范圍之內,施工總體遵循“短進尺、弱爆破、勤觀察、強支護”的原則,具體實施方案為:

短進尺:根據參建各方現場查看及討論結果,每排炮爆破進尺為50cm～80cm,保證振幅控制在圍巖承受范圍之內,并注意在臨時支護完成后方可進行洞渣裝運施工。

弱爆破:根據現場多次進行爆破試驗,其弱爆破爆破參數為:孔排距40cm～50cm,單孔藥量為0.45kg～0.62kg。

勤觀察:對不良洞段開挖部位進行全程監測,并對已臨時支護洞段涌水部位進行定期觀測,防止洞體產生變形。

強支護:臨時支護采用以下施工程序進行:人工開挖周邊弧形槽→安裝鋼筋格構架→超前錨桿鉆孔及安裝并與鋼筋格構架進行焊接→預埋排水管→噴錨支護密實→鎖腳錨桿鉆孔及安裝并與鋼筋格構架進行焊接→鋼筋格構架連接筋焊接施工→洞渣裝運→進入下一次鉆爆施工。

(二)現場監理質量控制要點

根據磨房溝洞段開挖及支護施工程序,現場監理需對每道工序進行驗收,其質量控制要點如下:

1.檢查人工開挖周邊槽順序與尺寸是否滿足要求:一般先開挖頂拱,再先后開挖兩邊邊墻,尺寸大小能套進鋼筋格構架即可,并注意必須保證鋼筋格構架緊貼基巖面;

2.檢查鋼筋格構架制作尺寸及焊接質量是否滿足設計要求;

3.檢查超前錨桿鉆孔及安裝質量,對鉆孔孔深、錨桿長度、傾斜角度等參數進行檢查驗收,經四方現場確定的錨桿長度為4.5m,外露長度以能與鋼筋格構架焊接完全為準,頂拱900范圍均需進行超前錨桿支護,間距30cm,雙排呈梅花型布置,因地質條件相當復雜,鉆孔完成后經常出現卡鉆及塌孔的情況,故對錨桿注漿沒有硬性要求,錨桿沿掌子面頂部上傾100～150,并按照相關規范要求檢查超前錨桿與鋼筋格構架之間焊接長度與焊接質量,焊接方式為單面焊(10d)或雙面焊(5d);

4.對預埋排水管進行認真檢查驗收,檢查所埋設鋼管是否堵塞,鋼管長度時候滿足要求,埋設深度是否能承受涌水壓力等;

5.待錨噴施工全部結束后(包括頂拱與邊墻),檢查鎖腳錨鉆孔及安裝質量,對鉆孔孔深、錨桿長度、孔排距、鋼筋格構架之間的焊接質量均進行檢查驗收,鎖腳錨桿長度為3m,外露長度25cm(與鋼筋格構架截面積相同),雙排平行布置;

6.洞渣裝運施工過程中應進行巡視檢查,因洞渣對掌子面有向內的壓力,對掌子面安全有著一定影響,故根據掌子面巖性情況,確定洞渣是否裝運或全部裝運完成。

磨房溝洞段開挖及臨時支護現場監理對質量控制需注意的事項:

1.由于該部位涌水相當嚴重,導致洞內最大水深達1m左右,開挖洞段洞室頂拱部位漏水很大,對施工造成很大困難,現場必須密切注意施工安全及現場人員設備安全;

2.由于洞室水流量相當大,開挖前必須砌筑滿足足夠流量的排水溝通至洞口,并形成完整的排水系統;

3.必須準備足夠鋼筋格構架等材料并滿足開工條件后方可進行開挖施工,以免開挖后因設備人員原因造成無法支護而產生安全隱患;

4.因整個磨房溝洞段圍巖相當復雜,為保證洞室施工安全,鋼筋格構架必須緊貼邊頂拱部位,故邊頂拱超挖問題很難控制,造成超挖部分應在永久支護時用混凝土進行襯砌回填(磨房溝臨時支護完成后,最大超挖達2.5m)。

(三)右岸EL.650m灌漿洞F14斷層塌方部位臨時支護方案

右岸EL.650m灌漿洞全長165m,大部分洞段地質條件較好,但中間穿過F14斷層與F17斷層,其中F14斷層寬約20m,其中包含EL.650m灌漿廊道與5#交通洞交接的“丁字口”部位,由于該斷層基巖狀況很不理想,為強風化花崗巖,且部分基巖為全風化花崗巖,導致其中K0+070～K0+075部位造成塌方,最大塌方部位超挖達3m,塌方后頂拱部位大體為弧形,且基巖面仍為強風化花崗巖,隨時都有再次發生塌方的可能,以下重點介紹塌方部位臨時支護質量控制:

主架采用工字鋼、子架采用鋼筋格構架并輔以隨機錨桿與鎖腳錨桿相結合的支護方式進行處理。即:洞室原設計開挖線部位先采用工字鋼進行支護,再對塌方部位緊貼基巖面采用鋼筋格構架進行支護,輔以隨機錨桿與鎖腳錨桿進行加固,并用連接筋將主架與子架之間進行充分焊接固定,最后對基巖面進行錨噴密實。在進行以上支護施工前,為保證施工人員設備安全,需對基巖面進行錨噴一層5cm左右的混凝土,防止頂拱部位石塊掉落。

(四)現場監理質量控制要點

根據相關規范與合同文件及設計技術要求規定,現場監理需對每一道工序進行檢查驗收,其具體控制要點如下:

1.檢查塌方部位噴錨封閉厚度、一級配混凝土級配與外加劑型號及摻加量等是否滿足施工設計技術要求,并覆蓋頂拱部位體型不規則部位,盡可能使其形成弧形,以方便臨時支護施工,并保證施工期間人員設備安全;

2.檢查工字鋼是否與洞室邊腳部位充分接觸支撐,并用水泥砂漿進行封閉,鎖腳錨桿孔深及長度與密實度是否滿足設計要求;

3.檢查鋼筋格構架焊接施工是否滿足設計要求(鋼筋格構架制作剖面圖如圖2),鋼筋格構架是否緊貼基巖面,如鋼筋格構架與基巖面之間仍存在空隙,應在后續錨噴施工中進行錨噴密實;

4.檢查錨噴混凝土配合比、覆蓋厚度及質量是否滿足設計要求。

二、圓形洞不良地質洞段開挖及支護施工方法與現場質量控制要點

大花水水電站位于貴州省開陽縣與福泉市交界處、清水河中游峽谷河段內,為清水河干流水電梯級開發的第三級。電站總裝機容量200MW,攔河大壩為拋物線雙曲拱壩+重力墩,左岸為重力墩,右岸為雙曲拱壩,大壩軸線總長287.56米,最大壩高134.50米,厚高比0.171,大花水水電站在引水隧洞在開工階段,設計方為使在過水過程中受力分散,減小對洞室襯砌混凝土的沖刷磨損,將整條引水隧洞設計為圓形洞。在進水口洞段施工過程中,由于地質條件差,參建四方現場討論后確定暫對地質條件較差部位進行臨時支護,但由于圓形洞兩邊邊墻的邊腳部位支撐力作用很小,圍巖復雜的部位在臨時支護時帶來很大困難,特別是在需要架設工字鋼與鋼筋格構架時,很容易造成工字鋼與鋼筋格構架變形,且在底板開挖完成后工字鋼或鋼筋格構架底部懸空在所難免,導致該洞段造成很大變形,頂拱部分常有掉塊現場發生,甚至造成部分洞段發生兩次塌方事故,對洞室開挖質量及施工進度都產生了很大的不良影響,后對該洞段改成城門洞型進行臨時開挖支護才順利完成任務。

三、總結

在不良地質條件洞段進行洞室開挖過程中,現場監理必須時刻保持頭腦清醒,不能為加快施工進度而忽略工程質量與洞室安全,清楚臨時支護的每一道工序及各道工序的控制要點,按照規范及設計技術要求對每一道工序認真進行驗收,否則,將對洞室的質量和進度都為帶來非常大的不良影響。

對于引水隧洞,城門洞與圓形洞相比,城門洞便于進行臨時支護,保證洞室安全,但投付使用后由于應力集中于頂拱中軸線、邊墻與頂拱交接點及邊腳等五個點,水流對洞室襯砌混凝土更容易造成磨損,需定期進行檢查維修,適用用圍巖條件較差的工程;圓形洞過水后受力比較均勻,襯砌混凝土不易造成破壞,但在施工過程中的臨時支護不能保證洞室及施工設備人員安全,適用于圍巖較好的工程。對不過水洞段,一般都采用城門洞型。