苗尾水電站引水道豎井開挖支護施工方案研究

龔元江

(中國水利水電第十四工程局有限公司 昆明 650041)

田亞芳

(昆明理工大學理學院物理系 650050)

陳加杰

(云南省水利水電工程有限公司 大理 671000)

1 概述

苗尾水電站引水系統布置在壩址左岸山體內，引水道上下平段采用豎井連接，上、下彎段轉豎井曲線半徑均為35m。引水道開挖洞徑12.0m，采用鋼板襯砌，外部回填混凝土厚度0.9m，襯后洞徑10.2m。

引水道豎井段上覆巖體厚95～165m，豎井段位于弱風化下段—微風化巖體內，斷層、層內錯動帶不發育，未發現較大不利結構面的組合，僅發育斷層F122，但斷層及巖層走向與洞軸線夾角約20°，圍巖存在內鼓破壞的條件。洞室圍巖以Ⅳ類巖體為主。

綜上分析，引水道與層理斜交，總體圍巖類別較低。受層面、節理和緩傾角切理的影響，局部圍巖穩定性差。

2 豎井開挖施工程序及方法

2.1 豎井開挖支護施工程序

豎井工程施工程序如下:

上平段開挖支護(下平段開挖支護)→豎井導井開挖→豎井擴挖支護。

2.2 豎井開挖方法及措施

在引水道上平段及上彎段擴挖段、下平段及下彎段出渣導洞施工完成后，進行豎井段開挖。

2.2.1 導井開挖

導井采用LM200型反井鉆機施工，首先由上至下打導孔，導孔貫通后安裝φ140cm擴孔鉆頭，由下至上進行導井的施工。導井施工程序按“施工準備→反井鉆機就位→導孔鉆進→導井鉆進”幾個步驟進行。

2.2.2 全斷面擴挖

上彎段擴挖后上平段末端與豎井中心線的距離較大，為保證材料運輸及施工人員的通行，在上彎段設置一棧橋。同時設置一吊籠作為材料的運輸通道，并沿豎井井壁設置一附著式電梯作為施工人員上下豎井的通道。全斷面擴挖采用手風鉆自上而下分層開挖，每層高度按2.0m進行控制。導井口設置井蓋，造孔時將導井封閉。爆破后石渣由小反鏟或人工扒渣進導井落入井底，在井底出渣。豎井段不良地質段，開挖前做超前支護;開挖后，視圍巖情況和監測結果增加環向鋼筋拱肋支撐，確保圍巖穩定。豎井開挖方法見圖1。

3 豎井開挖安全措施及方法

3.1 豎井頂部加固處理

圖1 引水道豎井開挖方法示意圖

上平洞開挖至上彎段起點時，采用超前管棚預加固，“核心土”方法開挖;短進尺、小藥量、控爆破，以Ⅴ類圍巖開挖支護參數開挖通過上彎段，開挖至豎井頂部上方下游邊墻。開挖過程中增加鋼支撐加強支護，在底部設置縱向工字鋼，將豎向鋼支撐支托穩定。同時開挖斷面擴大成城門洞形，底部擴挖成平底，水平開挖通過上彎段。每一開挖循環將一層鋼支撐接腿至底部，并在保護層開挖完成后，在底部澆筑一圈40cm×40cm的鋼筋混凝土地梁，將鋼支撐包裹其中形成支撐整體。鋼筋混凝土地梁澆筑完成后，即用滿堂腳手架支撐組合鋼模板，將整個城門洞形的洞段澆筑一層40cm厚的臨時襯砌混凝土(結構混凝土以外)，以保證豎井向下擴挖時圍巖的穩定和施工安全。

豎井上彎段擴挖加固示意如圖2所示。

圖2 引水道開挖上彎段擴挖加固示意圖

3.2 豎井底部加固處理

當下平洞開挖至下彎段終點逆水流5m樁號時，對下彎段頂部設計開挖線以上巖體進行超前固結灌漿，并在下彎段終點樁號前后5m范圍內結構混凝土外襯砌一圈40cm厚鋼筋混凝土，對該段進行臨時加固處理。然后在隧洞底部開挖一條4m×4.5m的出渣導洞直抵豎井底部上游邊墻。出渣導洞上方洞臉以及洞身設計開挖邊線以內將來要挖除的部分采用玻璃纖維錨桿支護，玻璃纖維錨桿是臨時性的，開挖爆破時即可炸斷，不影響成洞擴挖。玻璃纖維錨桿作為出渣導洞的臨時支護手段，保證出渣導洞圍巖安全穩定，并且能在整個豎井及下彎段擴挖時爆破震碎，不至于形成普通錨桿串巖塊現象，有利于擴挖成洞質量。出渣導洞采用鋼支撐加強支護(擴挖前拆除)，噴鋼纖維混凝土封閉，保證豎井擴挖出渣安全。

豎井底部下彎段擴挖加固示意如圖3所示。

圖3 下彎段擴挖加固示意圖

3.3 豎井開挖

在豎井頂部、底部加固處理完成后及下彎段出渣導洞施工完成后，進行豎井段開挖。施工采用LM200型反井鉆機施工，首先由上至下打導孔，導孔貫通后安裝φ140cm擴孔鉆頭，由下至上進行導井的施工。導井施工結束后，引水道豎井段一次自上而下全斷面擴挖至設計規格線。豎井段不良地質洞段，開挖前作超前錨桿支護;開挖后，視圍巖情況和監測結果增加環向鋼筋拱肋及長錨桿支撐，確保圍巖穩定。豎井支護按照由表及里，由淺入深逐次支護。

3.4 豎井底部開挖

在豎井開挖到井底時，為了保證施工安全，底部采用從下平段水平分層開挖的方法施工。開挖前先拆除出渣導洞的鋼支撐，具體施工方法見圖4。

圖4 豎井底部開挖方法示意圖

3.5 塌方處理應急預案

引水道豎井開挖過程塌方處理應急措施如下:

a.塌方后，塌方所處工作面立即停止施工，現場工作人員迅速報告，按規定程序在2h內報告監理人。

b.立即組織人員深入現場調查研究，分析塌方原因，弄清塌方規模、類型及發展規律，核對塌方段的地質構造和地下水活動狀況，盡快制定切實可行的塌方處理方案(包括安全措施)報審實施。

c.對一般性塌方，在塌頂暫時穩定后，立即加固塌體四周圍巖，及時施工支護結構，托住頂部，防止塌穴繼續擴大;對大面積塌方，在塌方處理方案未得到批準前，切忌盲目地搶先清除塌體，否則可能導致更大的塌方。

d.有地下水活動的塌方，宜先治水再治塌方。

e.認真組織塌方處理所需的物資、器材和設備供應，避免中途停工。

f.針對不同的塌方可采取以下處理辦法:?裂隙擴張造成的塌方:采用噴錨法、挑梁法、替換支撐法處理;?塌方體窄長的小塌方:塌方后可利用兩側巖壁比較完整的條件，采用對頂支撐法、挑梁法進行處理;?中等塌方:將采用噴錨法、插筋排架法、護頂法、鋼管棚架法、鋼筋格構梁法進行處理;?大塌方(塌方量在100m3以上，塌穴高在10m以上):若塌方堵塞整個隧洞，而且對塌方規模和發展規律不十分了解，則采用噴錨法，鋼排架法，鋼管棚架法等多種方法綜合處理。當塌方段埋藏深度較淺或地質條件十分復雜，塌方堵塞全洞，從洞內處理難保障安全時，可采用灌漿法，環形導洞法，混凝土縱梁法等配合其他方法綜合處理。

4 結語

不良地質條件下的豎井施工在目前并不是一項完全成熟的施工技術，本文通過分析引水道豎井工程地質特征、結構特征，提出綜合運用適當擴挖支護、鋼筋混凝土支護、玻璃纖維錨桿支護、鋼支撐鋼拱肋支護、分層分部開挖支護等形式，形成安全可靠的開挖支護方案，可實現步步為營、穩打穩扎、高效快捷的不良地質條件下的豎井開挖，為不良地質條件下施工提供了有效的借鑒方案。■

1 段汝建，等.錦屏一級水電站地下廠房開挖支護施工關鍵技術［J］.人民長江，2009，40(18):45～47.

2 段汝建，張德高.周寧水電站高壓引水豎井施工技術［J］.水力發電，2006，32(12).

3 毛志國.反井鉆機法豎井施工［J］.河北企業，2009(2).

4 馬洪琪，熊訓邦.廣蓄電站高壓長豎井快速施工技術［J］.水力發電，1993(7).

5 馬洪琪，周宇，和孫文，等.中國水利水電地下工程施工［M］.北京:中國水利水電出版社，2011:226～271，370～453.