磽磧水電站引水隧洞不同圍巖的處理技術

陳偉

（四川華能寶興河水電有限責任公司，四川 雅安 625000）

一、工程概況

磽磧水電站是四川華能寶興河流域流動開發的龍頭水庫電站，地處四川省寶興縣境內東河上游河段，電站壩址位于寶興縣磽磧藏族鄉咎落村，距寶興縣城57公里。電站裝機容量24萬千瓦，年發電量9.11億千瓦/時，水庫正常畜水位2140米，死水位2060米，水庫面積4.01平方公里，總庫容2.12億立方米，調節庫容1.87億立方米。

磽磧水電站由攔河大壩、泄洪洞、放空洞、引水隧洞、調壓井、壓力管道和地下廠房等建筑物組成。

引水隧洞沿東河右岸布置，全長約18.676km，引水流量56.2m3/s。進水口底高程為2050m，調壓井中心線處底高程為1995m。

二、工程地質

引水隧洞沿線山體雄厚，地形陡峻，山頂海拔高度一般3000～3500m。東河自磽磧鎮向南流出后，蜿蜒深切，平面上略呈“S”形展布，沖溝發育，有幺堂子溝、擋巴溝、得勝溝三條大溝深切，它們對引水線路的布置和選擇起著明顯的控制作用。

引水洞線跨越金湯弧形構造帶和龍門山斷裂帶(東翼)兩大構造的交接部位。在長期地質歷史時期經多次構造運動作用，巖層擠壓緊密，褶皺、斷裂發育。洞線穿越的主要斷裂有幺堂子、青草塘、夾拉溝、擋巴溝、金棚山和趕羊溝(黃店子)等斷裂，這些斷裂多以高傾角與洞線呈大角度相交，具強烈擠壓兼右旋錯動特征，其新活動性不明顯。

水電工程中的長引水隧洞一般為10000m長度以上（開挖斷面約30m2以內），磽磧電站引水隧洞全長約18.676km屬于長的引水隧洞，穿越的地質條件復雜多變，施工技術和難度都比較大。因此嚴格按照地下工程"新奧法"施工技術原理及相關的施工技術規范規程要求進行施工，以確保隧洞開挖施工質量和安全，進而實現整個工程的工期和投資控制目標。

三、磽磧不同圍巖的支護形式的具體分析

磽磧隧洞沿線地層繁多，巖性復雜，根據巖體強度、完整性、巖體結構類型、結構面發育程度與洞軸線的空間關系，對圍巖進行了劃分，對不同圍巖類別處理技術及注意要點分下面幾點說明：

1對于Ⅱ、Ⅲ類圍巖隧洞段的開挖采用全斷面鉆爆掘進光面爆破技術。嚴格控制鉆爆施工各環節：測量放線尤其是洞軸線測量定位和斷面周邊炮孔孔位控制、爆破設計、掏槽方式、炮眼布置及起爆方式和順序、鉆孔裝藥的規范和準確度尤其是斷面周邊孔的鉆孔精度控制，使爆破后的“半孔率”達到90%以上，確保隧洞斷面成型質量，大大降低對圍巖的擾動和破壞，能最大限度的控制超、欠挖并有效防止出現洞頂掉塊傷人以及局部垮塌事件的發生。正確地采用光面爆破施工技術開挖可使隧洞斷面形狀盡可能圓順平滑，從而避免尖拐角處的應力集中。并且隨圍巖變化情況，適時調整控制鉆爆參數以提高隧洞斷面鉆爆開挖成型質量。開挖后根據圍巖具體情況局部進行噴混凝土厚5～8cm作為安全支護，根據需要進行錨桿支護。

在這類圍巖中幾個要點要引起重視

①對于高地應力區域圍巖較完整的硬巖洞段，防止巖爆發生導致安全事故。（要求做到控制好開挖質量，減少對圍巖的擾動和破壞，改善圍巖周邊應力集中狀況，開挖掌子面一帶噴霧灑水，并適時進行掛網噴混凝土支護。）

②對于圍巖較好的地段一定要注意裂隙、結構面不利組合的影響，存在大失穩體、掉塊等地質問題，對失穩體能清撬就及時清撬，不能清撬的用錨桿鎖住，有必要的地方可以立工字鋼拱架進行支護。

磽磧電站6號洞段（K12+740～K16+830）、7號洞段（K16+830～K18+500）巖體主要以大理石、大理化灰巖為主，以互層狀～厚層狀結構為主，巖石強度中硬～堅硬，圍巖以Ⅱ、Ⅲ類為主。在開挖的時候我們就采用全斷面鉆爆掘進光面爆破技術，“半孔率”比較高，隧洞成型質量好。因此在后期的永久支護時就減少了噴混凝土的回填量，對圍巖的自穩也比較有利。節省了我們對工程的投資。對于6號洞在主洞與支洞的交匯段圍巖埋深較大，地應力較高并且巖石硬度高，有巖爆現象。巖爆發生的地點多在新開挖的工作面附近，個別的也有距新開挖工作面較遠，常見的以拱部和拱腰部位為多，在開挖后陸續出現，多在爆破后2～3小時，24小時內最為明顯，也有1～2個月，有的延長1年以上，事前一般無明顯預兆。我們在巖爆段施工時首先洞挖爆破時，采用“短進尺、多循環”，采用光面爆破技術，減少對圍巖的擾動，改善圍巖的應力狀態。對工作面附近的巖壁噴水或鉆孔注水促進圍巖軟化，從而消除或減緩巖爆程度，在爆破后立即向拱部及側壁噴混凝土或鋼纖維混凝土，再加設錨桿，比較嚴重的地方采用掛網噴錨。這樣處理后就保證了施工期的安全。

2對于Ⅳ類圍巖隧洞段的開挖施工遵循“短進尺、弱爆破、早封閉”的原則，根據圍巖具體情況采用全斷面鉆爆掘進光面爆破，做好鉆爆施工控制，力求保證開挖斷面成型質量。圍巖開挖后及時進行一次支護施工封閉，采用噴混凝土、打錨桿、掛鋼筋網再噴護的聯合支護方式。根據“新奧法”施工技術原理，一次支護即安全支護施工非常重要，必須嚴格按照施工技術要求及時施作并確保質量。采用噴錨掛網聯合支護方式的一次支護屬于柔性支護結構，其力學原理是與圍巖共同受力，發揮圍巖自身的承載能力。柔性支護結構既能適應圍巖的變形，又能主動加固圍巖，限制圍巖變形。一次支護施工控制要點為支護體施作的及時性、密貼性以及噴混凝土、打錨桿、掛鋼筋網都要符合相關的施工技術規范規程要求。

磽磧電站 4號洞施工段（K7+840～K10+170）巖體主要以片巖、炭質千枚巖、大理化灰巖為主，局部石英脈較發育。該洞段Ⅴ類圍巖約占2%，Ⅳ類圍巖約占89%，Ⅲ類圍巖約占9%。巖體以薄層狀結構軟質巖為主，巖石強度中硬～較軟弱。并且該洞段有一定的地下水活動，普遍洞段呈滲滴水，局部裂隙發育洞段出現線狀流水～股狀涌水現象。因此在開挖時按照“短進尺、弱爆破、早封閉”的原則，根據“新奧法”施工技術原理，一次支護即安全支護施工非常重要，必須嚴格按照施工技術要求及時施作并確保質量。采用噴錨掛網聯合支護方式的一次支護屬于柔性支護結構，對于局部洞段圍巖節理裂隙發育，巖石較破碎穩定性差又有地下水的情況，采用超前導洞或分臺階分部開挖方式，局部使用超前錨桿或超前注漿小管棚進行超前支護，打排水孔對地下水進行引、排處理。使用掛網噴砼與鋼支撐（型鋼拱架或鋼格柵）聯合加強支護。安設鋼支撐要求做到：

①不得侵占設計襯砌斷面

②拱座基礎要牢固扎實

③鋼支撐與圍巖頂拱、邊墻之間不得有空隙空腔，以達到良好的支護效果。并且采用鋼架鎖腳、固定錨桿（Φ25 L=3.5m）兩側各設5根，間距0.8～1.0m。保證了施工期的安全。

3對于Ⅴ類圍巖風化嚴重，節理裂隙極發育，穩定性極差的斷層破碎帶，呈散體結構的石質或土質圍巖隧洞段，除要采用一次支護施工方法進行一般支護以外，要使用超前大管棚進行超前支護，并利用大管棚和外加小導管預灌漿形成固結層，預防并盡量避免發生塌方。采用“短進尺、弱爆破（或人工直接開挖）、早封閉、強支護”的開挖支護方式，緊跟開挖掌子面及時安設鋼支撐（型鋼拱架或鋼格柵）加強支護。鋼支撐安裝要用鎖固錨桿錨固扎實，鋼支撐之間用鋼筋焊接連接。采用模噴混凝土或回填混凝土的方式將鋼支撐與圍巖頂拱、邊墻之間的空腔填充密實，使鋼支撐能夠有效地受力支撐。

磽磧1號洞段（K0+000～K2+282）主要以Ⅳ類、Ⅴ類圍巖為主，風化弱卸荷，千枚狀，構造發育，巖層強烈擠壓，巖層走向與洞軸線小角度相交，對洞室的穩定性不利，成洞條件差。在0+840段臨時支護后出現了大型塌方，嚴重阻礙了施工進度，并且危險性較大。根據現場實際情況分析，認為發生大型塌方是圍巖質于灰質千枚巖，巖性軟弱、巖體疏松破碎、遇水成泥，自穩性極差，前期支護的鋼拱架受力趨于臨界狀態，整體失穩，發生塌方。以前采用了鋼拱架、錨桿、模噴砼聯合支護，發生了比較大的變形，侵占設計斷面多達40公分以上，部分出現嚴重掉塊現象，失去應有作用，隨時都有可能再次發生塌方。為了滿足永久支護不侵占設計斷面，在處理中必須拆除以前的鋼拱架。為確保洞室穩定和施工安全，采取加強支護措施，對塌方段派有經驗的人員隨時進行觀測及時對松動巖石進行排除，避免造成安全事故。具體處理如下:

（1）依據鎖口鋼拱架、沿開挖輪廓線向塌方區布設Φ48注漿小管棚作為超前支護，管棚長6m、間距30cm。循環搭接長度為3m，管棚施工以3m為一循環。

（2）為了固結松散體，提高承載能力，并回填部分孔隙，在管棚施工完成后進行固結灌漿，采用水灰比0.3:1，灌漿壓力應小于0.3Mpa，灌漿結束標準應在規定壓力下，進漿量不大于0.4升/分鐘，并繼續灌注15分鐘，灌漿同時加強收斂觀測，如變形較大，需及時停灌。

（3）第一組管棚結束后，進行前期的臨時支護拆除，和下步施工步驟如下：

①確保圍巖穩定情況下測量放樣，進行欠挖處理保證不侵占設計斷面情況下，工字鋼間距較大的部位進行工字鋼加密，滿足間距不大于50cm施作隨機砂漿錨桿（Φ=25、L=3.5m、外露20cm、間距50 cm），前后兩排交錯布置，加密工字鋼與原工字鋼之間鋼筋（Φ=25）連接、排距20cm，原工字鋼之間鋼筋（Φ=25）加強連接，排距50cm；錨桿與工字鋼焊接成整體；再進行噴砼（C20）至設計開挖面。

②在出現嚴重掉塊、洞身收斂處采用風鎬、鋼釬對洞身收斂處不穩定巖塊進行人工撬挖，禁止采用爆破，避免擾動周圍圍巖防止塌方，根據現場情況施作隨機錨桿和局部素噴（C20砼）安全處理后。保證設計斷面，進行掛網（?8鋼筋、15cm×15cm）、安裝I18工字鋼鋼拱架，排距（30cm-50cm）、施作鎖腳砂漿錨桿（Φ=25、L=3.5m、外露20cm、間距50 cm、兩排錯開布置）、錨桿與工字鋼焊接成整體；每榀鋼拱架之間采用鋼筋（Φ=25）連接牢固，排距（30cm-50cm）；空腔部位進行C20模噴回填，其他部位進行噴砼（C20）至設計開挖面。

③在工字鋼脫落、變形處施作砂漿錨桿（Φ=25、L=4m、外露 20cm、）、掛網（8鋼筋、15cm×15cm）、從新安裝鋼拱架。

④利用噴砼（C20）將全部鋼支撐、鋼筋噴平，形成一個整體受力體系。采取這些措施后，快速、安全、有效的完成塌方段的處理。

結語

不良地質條件下，影響長引水隧洞的開挖支護施工質量安全的因素是多方面的，在開挖支護施工工作中要嚴格按照“新奧法”原則施工，重視調查研究，優化施工組織。重視隧洞施工現場管理，抓住重點，加強質量安全監控，確保合理的開挖支護施工方案，有效地實施而且保證施工質量。設計單位、施工單位、監理單位要密切配合，因為影響隧洞施工的地質因素極大，開挖揭露出的地質情況可能千變萬化，在設計階段不可能全部預知，在施工中有一個再認識的過程。隧洞施工一旦進入正常生產，各工序銜接緊湊，要求各個環節緊密配合，出現問題及時處理。“新奧法”施工原則調“信息化設計”程序，設計部門按反饋的信息修正設計、調整支護參數。監理部門積極配合，做到設計、施工、監理一體化。并堅持安全第一，預防為主的方針，全力防止安全事故的發生。

[1]中華人民共和國電力行業標準.水工建筑物地下開挖工技術規范(DL／T5099-1999)[P].中國電力出版社，1999.

[2中華人民共和國國家標準.水工隧洞設計規范(SL279-2002)[P].中國電力出版社，2002.

[3]中華人民共和國電力行業標準.水電水利工程錨噴支護施工規范(DL-T5181-2003).中國電力出版社，2003.

[4]關寶樹.隧洞工程施工要點集，人民交通出版社，2003.