越南上昆嵩水電站不良地質段施工方法探討

藏 旭

（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局，沈陽 110166）

越南上昆嵩水電站不良地質段施工方法探討

藏 旭

（遼寧省大伙房水庫輸水工程建設局，沈陽 110166）

上昆嵩水電站引水隧洞存在洞室埋深大、地應力高、高壓涌突水、斷層破碎帶等多種不良地質條件洞段，有發生塌方、巖爆、突涌水等地質災害的可能，對保證施工安全和工期不利。施工單位根據地質超前預報的成果，應用不良地質輔助工法和應急處理措施來防止地質災害的發生，保證了施工安全，節省了成本和工期，為類似工程的施工積累了經驗。

地質災害；應急處理措施；施工安全；工期

1 工程概況

上昆嵩（ThuongKonKum）水電站位于越南崑嵩省（KonTum）公伯隴縣（KonPlong），裝機容量 2×110MW，最大發電水頭944m，平均年發電量約1.094×109kW·h。

上昆嵩水電站引水隧洞長17483.00m，其中TBM法（Tunnelboringmachine全斷面巖石隧道掘進機）開挖12403m（5＋000～17＋403），其余洞段采用鉆爆法開挖，開挖洞徑4.5m。

2 不良地質災害處理的必要性

上昆嵩水電站引水隧洞沿線山峰連綿起伏、地表植被茂密、覆蓋層厚、沖溝發育，沿引水隧洞共有18條Ⅳ級斷層，24條Ⅴ級斷層，斷層多為陡傾角，與隧洞軸線近直交。

上昆嵩水電站引水隧洞表層巖石風化強烈，受巖石成分、地形形態、地貌、褶皺、構造等因素的影響，風化帶分布復雜，地下水豐富，地下水位埋深只有6～28.1m。

上昆嵩水電站引水隧洞存在洞室埋深大、地應力高、高壓涌突水、斷層破碎帶多等多種不良地質條件洞段。

埋深大、地應力高易發生巖爆災害，高壓涌水易導致不良地質體失穩坍塌，掩埋TBM刀盤和主機，機體受水淹后會導致電氣系統故障，而多達42條的斷層破碎帶也是嚴重的地質災害隱患，這些地質災害一但發生將花費很長的時間和大量的資金處理，還有可能帶來人身傷害，所以在做好隧洞不良地質體和施工地質災害超前預報的基礎上，正確應用不良地質輔助工法和應急處理措施對地質災害進行治理，加強安全監測，才能保證施工安全，減少經濟損失，保證按期完工。

3 不良地質災害的處理方法

根據上昆嵩水電站洞室埋深大、地應力高、存在高壓涌突水、斷層破碎帶多等實際地質情況制定治理各種不良地質災害的方法：

1）對斷層破碎帶、嚴重影響帶和密集節理帶等破碎、軟弱圍巖洞段，嚴格貫徹“管超前、嚴注漿、短開挖、快封閉、勤量測、快襯砌”的十八字施工方針，以防止和控制塌方的發生。

2）對于高壓涌突水等富水帶，采取“高壓超前灌堵、動壓先排后封、靜壓排堵結合、小水先引后止”的施工方針，以防止和控制突泥突水。

3）對于可能發生巖爆的洞段，則采取“預防在先、降低等級、及早支護、做好防護”的方針，積極防止巖爆的發生，控制和治理巖爆［1］。

3.1 斷層破碎帶、軟弱圍巖洞段施工措施

根據超前地質預報或結合超前鉆孔，確定掌子面前方存在斷層或節理破碎帶、軟弱圍巖段時，在進入不良地質段前，組織編制不良地質段施工預案并做好施工技術交底和指導。

3.1.1 規模較小的破碎帶和軟巖段施工措施

通過超前地質預報和超前探測，查明軟弱圍巖或破碎帶規模較小，只占隧洞開挖斷面少部分（1／4左右），沿洞線縱向距離較短，滲水量不大的情況下，施工指導思想是：先超前支護，再短步進開挖，開挖后立即進行錨、網、架鋼拱架和噴混凝土支護［2］。

3.1.1.1 超前支護

一般在頂拱120°范圍內布置中空自鉆式注漿錨桿或超前小導管注漿，直徑32～40mm，單根長度4.5m，沿隧洞軸線方向仰角約10°～20°左右，縱向水平搭接距離≥1m，環向間距0.25～0.3m。

3.1.1.2 開挖控制

TBM施工時，采取小的推進速度和推進壓力慢速掘進，步進進尺控制在0.6～0.9m以內。

3.1.1.3 初期支護

開挖后，及時按施工設計圖紙，布設系統中空注漿錨桿，并安裝鋼拱架等進行加固，將超前支護的錨桿或小鋼管尾端用鋼支撐架設，并焊接牢固，鋼支撐間距為0.9m左右。

鋼架加固完成后，在拱部270°范圍及時濕噴12～15cm厚C25混凝土。

3.1.1.4 破碎帶塌腔處理

若軟弱破碎帶處產生了小坍塌，在危石安全處理后，需在塌腔中先噴10cm厚混凝土，然后將塌腔內巖壁與鋼支撐通過型鋼相連接支頂，采用2～4mm厚鋼板封閉塌腔，向塌腔內灌注混凝土，并預留灌漿孔，進行混凝土等強，再固結灌漿加固［3］。

3.1.1.5 TBM安全通過破碎帶措施

TBM掘進時，當破碎帶和塌腔處于撐靴部位時，由于圍巖破碎，難以支撐，容易引起撐靴打滑或產生更大的坍塌，需采取措施對撐靴部位進行加固處理，可采用以下一種或幾種措施進行處理：

1）在撐靴部位附近打密集錨桿，應急噴射混凝土進行加固，并墊鋼板，增加圍巖強度和可支撐能力。

2）在撐靴出現塌腔的部位墊密集的砂袋和枕木，供撐靴支撐，當支撐通過破碎帶或塌腔部位后，再取出砂袋，用鋼板封閉塌腔，回填混凝土和固結灌漿。

3）TBM掘進時，降低掘進速度，調低撐靴油缸的支撐壓力，減小對圍巖的壓迫和破壞。

4）TBM撐靴支撐時，盡量將撐靴預留缺口騎跨鋼拱架，因鋼架間距小難以騎跨時，應采取墊枕木等措施，禁止將TBM撐靴直接壓在鋼拱架上，以防產生將鋼拱架壓斷或將撐靴破壞的事故發生［4］。

3.1.2 規模較大的破碎帶和軟巖段施工措施

通過超前地質預報和探測，查明軟弱圍巖或斷層節理破碎帶沿隧洞橫斷面和沿洞軸線延伸規模較大（如破碎帶寬度超過隧洞斷面1／4和沿縱向延伸距離在10m以上），或預計沿破碎帶將出現大涌水或高壓涌水時。

施工方法是：先進行超前灌漿加固巖體，再采用超前錨桿或小導管進行超前支護，短進尺，開挖后立即在新開挖段采取系統錨、網、鋼架和噴混凝土強支護措施，加強安全監測，及時進行二次襯砌作業。

3.1.2.1 超前灌漿

超前灌漿的目的是在隧洞圍巖周圍通過一定壓力將漿液壓入巖體，形成止水層或加固層，以避免因開挖引起洞周地下水大量動態泄放或洞周松散圍巖應力釋放產生過度松弛，最終達到切斷通道、封閉出水裂隙或固結圍巖、提高巖體強度的目的，確保施工人員和機械的安全。

1）灌漿材料：

用于灌漿的水泥為強度等級≥32.5級普通硅酸鹽水泥，可在水泥漿液中摻入質量合格的速凝劑、減水劑、穩定劑，最優摻加量通過室內試驗和現場灌漿試驗確定。

施工中可采用水泥～水玻璃雙漿液，水泥漿、水玻璃體積比為1∶0.5～1∶1，水玻璃濃度控制在20～40°Be＇，模數取 2.4～3.4。

2）超前灌漿施工：

超前灌漿的段長、灌漿孔布置、灌漿壓力、灌漿工藝、灌漿材料及配比、灌漿結束標準等均需要根據現場的隧洞水文地質條件，通過現場生產性試驗優化確定。

超前灌漿順序一般先上方后下方，或先內圈后外圈，先無水孔后有水孔的順序灌漿。

針對有壓地下水的超前灌漿在達到結束標準后采取閉漿措施，即利用止漿閥保持孔內壓力直至漿液完全凝固。

超前灌漿段完成灌漿后，視漿液的種類，間隔一定時間方可開挖，超前灌漿每次處理洞長為30m，待漿液凝固后開挖27m，同時留有3m洞長為止漿墻。

3.1.2.2 超前支護

1）超前錨桿或小導管支護：

一般在頂拱120°范圍內布置中空自鉆式注漿錨桿或超前小導管注漿，直徑32～40mm，單根長度10m，沿隧洞軸線方向仰角約10°～30°左右，縱向水平搭接距離≥1.5m，環向間距0.5m。

2）鋼拱架：

超前小導管尾端采用鋼拱架支頂并牢固焊接，每次開挖進尺在0.6～1.2m即進行系統支護，安裝鋼拱架支撐，鋼支撐間距根據實際圍巖狀況控制在0.9m左右。

鋼拱架加固完成后，及時安裝系統錨桿，在拱部270°范圍掛鋼筋網，立即在邊頂拱270°范圍噴10cm厚C25混凝土進行支護。

3）支護補強、襯砌的施工：

在大的斷層破碎帶施工時，對圍巖和初期支護的受力和變形情況加強監測作業和預報，當受力和變形較大時，及時分析原因，研究選擇采用支護補強措施或進行混凝土襯砌施工。

3.1.2.3 開挖控制

TBM施工時，嚴格控制掘進速度，降低刀盤轉速、推進壓力和撐靴支撐壓力等參數，減少對圍巖的破壞和擾動。

每循環進尺控制在0.5～1.0m左右。

3.2 富水帶的施工

3.2.1 地下水的主要情況

按地下水賦存的條件和水力學性質，工程區內地下水分為松散巖類孔隙水、碎屑巖孔隙水、基巖裂隙水和斷裂構造水4種類型。

上昆嵩水電站隧洞施工過程中，地下水分布不均，多為滲水—滴水狀態，在個別構造發育部位，由于斷裂帶物質組成和風化程度不均，特別是存在斷層泥及斷層角礫等軟弱夾層，外水壓力較大，需采取措施解決突發涌水問題。

高壓涌水洞段對TBM施工的影響有：

1）水壓力的作用會引起掌子面會坍塌，掩埋刀盤及主機，增加刀盤的扭矩。

2）涌水量過大會淹沒TBM主機和后配套。

3）洞壁發生坍塌時，TBM的撐靴無法支撐，導致TBM不能正常向前推進。

3.2.2 TBM施工中對涌水的處理措施

3.2.2.1 確定技術措施的原則

確定技術措施的原則有：預測先行，預防為主，防微杜漸，確保安全。

3.2.2.2 掘進前采取的措施

打超前孔泄水，測量鉆孔出水量、水壓。排水疏干圍巖過程中，觀察記錄水量和水壓的變化。排水孔水壓及水量不減，必須采用注漿堵水，如果涌水基本排干時，則TBM可繼續掘進［5］。

3.2.2.3 掘進后采取的措施

為保證噴混凝土質量應采用遮擋、插管引排措施把工作面的涌水或注漿后的剩余水量及時排離工作面，使巖面保持相對干燥。

3.2.2.4 根據水量不同分別采取的措施

主要采取以下3種措施：

1）圍巖內只有微量滲水或局部滴水時，打排水孔，用塑料管把水排到工作面后方，同時采用錨桿鋼筋網加鋼拱架的加強支護措施。

2）圍巖內有滲水或線狀涌水時，加密鉆孔，增加排水管，安裝鋼拱架。

3）圍巖中有股狀涌水時，根據水文地質情況，采用超前鉆孔泄壓，再注漿堵水。

3.3 巖爆段TBM施工

由于上昆嵩水電站引水隧洞具備埋深大、巖石單軸抗壓強度高等巖爆發育條件，因此在隧洞開挖過程中，將面臨各級巖爆的威脅。

在施工中，將根據巖爆的強度等級采取不同的處理措施，以有效防治各級巖爆。如果在施工中沒有及時、有效的巖爆防治措施，將在很大程度上影響施工設備和人員的安全，從而導致工程進展緩慢甚至停工。

可采用如下措施防止各級巖爆的發生：

1）加強預測預報：

在高地應力、干燥、脆性圍巖段，觀察巖爆發生的可能性；采用巖石聲發射儀對巖石內部情況進行檢測，能在一定程度上反映出巖體內部破裂程度和應力增長速度。查看地形地貌，谷地是應力高度集中區。

2）加固圍巖：

弱巖爆區段要及時噴射混凝土封閉TBM刀盤護盾后方的巖面，形成柔性支護，必要時可局部掛鋼筋網，盡量減少圍巖暴露時間，盡快封閉應力釋放面。

中等強度巖爆區段，除及時噴射混凝土封閉巖面外，還要采用錨桿、掛鋼筋網及時支護，必要時可以局部安裝鋼拱架。

強至極強巖爆段，除及時進行噴射混凝土封閉巖面外，采用錨桿、鋼瓦鋼拱架（局部加密）等措施聯合起來加強支護。

3）根據預報，在可能發生巖爆的洞段，掘進過程中利用護盾油缸和下支撐油缸的聯合動作，稍稍擴大掘進洞徑，留出巖爆空間，避免TBM停留過程中圍巖收斂卡住刀盤。

在掘進期間，一般設備不作長時間停留，快速掘進通過危險洞段。

4）鉆孔卸壓法：

采取超前鉆孔，并向孔內注水，促進圍巖軟化，釋放地應力。

5）改善圍巖物理性能：

利用刀盤上的噴水嘴對圍巖噴高壓水可以降低表層圍巖的強度，使巖體中積累的高構造應力減小。

6）防止卡刀盤：

TBM設備日常維護停機保養期間，周邊圍巖會產生收斂變形，有可能卡住刀盤，雖然TBM設備的脫困扭矩設計很高，但為防止變形過大，造成刀盤被卡住，需要在維護保養時，應間歇性轉動刀盤。

同時，在巖爆段的TBM掘進過程中，將邊刀通過加墊片的方式進行徑向擴挖。

7）地溫法：

干燥無水的圍巖產生巖爆的可能性較大，如果用紅外線測溫儀測得地溫接近相應埋深下的正常地溫，說明地下水滲流弱，發生巖爆的可能性較大。

8）TBM設備和人員防護：

鋼拱架安裝部位、錨桿鉆機操作部位、鋼筋網安裝部位均設有安全防護棚，另在臺車上層設置緊急安全避險間。TBM施工人員一律佩帶鋼背心和鋼頭盔。

4 結 論

對于上昆嵩水電站引水隧洞這種存在洞室埋深大、地應力高、高壓涌突水、斷層破碎帶等多種不良地質條件的工程，在做好隧洞不良地質體和施工地質災害超前預報的基礎上，根據不良地質體的特性，有針對性地采取相應的輔助工法和應急處理措施進行治理，能有效防止地質災害的發生或降低地質災害的等級，對于相似工程的施工有一定的參考意義。

［1］寸金鵬.油房溝水電站不良地質段的斜井開挖［J］.云南水力發電，2010（04）：58－59.

［2］周衛霞.TBM在富水帶的施工技術措施［J］.石家莊鐵路職業技術學院學報，2013（09）：27－31.

［3］王平，劉凱.TBM在不良地質條件下的施工技術［J］.廣西水利水電，2008（10）：13－14，34.

［4］毛文莉.TBM在大伙房水庫輸水工程隧洞施工中的應用［J］.水利建設與管理，2010（09）：8－9，16.

［5］余勝冬，鄧元亮.洪一水電站工程不良地質情況下超深小斷面豎井施工［J］.水利水電施工，2008（S1）：79－80，83.

Discussion on Construction Method for Bad Geological Section in ThuongKonKum Hydropower Station，Vietnam

ZANG Xu
（Dahuofang Reservoir Water Diversion Project construction Bureau，Shenyang 110166，China）

The diversion tunnel chamber of ThuongKonKum Hydropower Station has a bad geological conditions，such as deep buried depth，high crustal stress，high pressure water gushing，fault fracture zone. There are landslides，rock burst，water inrush geological disasters，and they are unfavorable for construction safety. According to the geological prediction results construction unit can prevent geological disasters by using bad geological section construction method and emergency measures，ensuring the safety of the construction and saving cost and time，cumulating precious experience of the similar project.

geological disaster；emergency measures；construction safety；construction period

TV554

B

1007－7596（2014）08－0066－04

2014－04－25

藏旭（1986－），男，遼寧沈陽人，助理工程師。