高地應(yīng)力條件下地下交叉洞室開挖施工技術(shù)應(yīng)用

李國棟 朱海亞 李小利

摘要：隨著能源和水資源的不斷開發(fā)，水電工程的發(fā)電引水系統(tǒng)大多采用埋藏式地下洞群結(jié)構(gòu)且處于高山峽谷的環(huán)境中。施工過程中時常受到高地應(yīng)力的影響，安全風(fēng)險較大。文章通過高低應(yīng)力條件下地下交叉洞室開挖施工技術(shù)的應(yīng)用，減小安全隱患，為類似在高地應(yīng)力條件下地下交叉洞室開挖的設(shè)計(jì)、施工提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：高地應(yīng)力;地下交叉洞室;開挖施工技術(shù);水電工程;發(fā)電引水系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TU452 文章編號：1009-2374（2016）04-0041-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.04.021

1 工程概況

雅礱江兩河口水電站為雅礱江中、下游的“龍頭”水庫，位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上。進(jìn)廠交通洞為雅礱江兩河口水電站重要組成部分，與4#隧道公路平交（樁號：K6+400.00），喇叭口形式布置形式。本標(biāo)段工程進(jìn)廠交通洞全長130.0m，斷面結(jié)構(gòu)尺寸為29.37×8.60～12.94×8.60（漸變段），馬蹄形結(jié)構(gòu)。布置具體詳見圖1所示：

2 地質(zhì)條件

進(jìn)廠交通洞上覆巖體厚度大，最大厚度約578m。出露地層巖性為T3lh2（3）、T3lh2（4）、T3lh2（5）層粉砂質(zhì)板巖與絹云母板巖。巖體微風(fēng)化～新鮮，無卸荷，薄層狀～互層狀結(jié)構(gòu)，隧洞圍巖以Ⅲ2類為主，洞室圍巖局部穩(wěn)定性差。交通洞主要Ⅲ級結(jié)構(gòu)面為f13、f14、f27、f28、f29、f17等順層展布的斷層，斷層走向與洞向大角度相交，有利于圍巖整體穩(wěn)定;圍巖局部穩(wěn)定主要受Ⅳ、Ⅴ級結(jié)構(gòu)面不利組合影響。另外，交通洞埋深大，巖體地應(yīng)力高，基巖裂隙水局部具承壓性，施工中應(yīng)重視對高地應(yīng)力、地下水及有害氣體的預(yù)防和處理。

3 總體施工方案確定

對于面臨高地應(yīng)力條下地下洞室開挖存在安全風(fēng)險，針對本工程特點(diǎn)，采取“先預(yù)防后開挖，及時加強(qiáng)支護(hù)”的技術(shù)措施：先施工應(yīng)力釋放孔，避免應(yīng)力集中而出現(xiàn)巖爆現(xiàn)象，然后結(jié)合進(jìn)廠交通洞的特點(diǎn)分別采用“先中導(dǎo)洞，然后分區(qū)開挖成型”。

4 施工技術(shù)應(yīng)用及處理流程

高地應(yīng)力條件下洞室開挖施工技術(shù)應(yīng)用及處理流程詳見表1：

5 施工方法

5.1 預(yù)防措施

提前安排專業(yè)地質(zhì)工程師地質(zhì)預(yù)報(bào)。在極易發(fā)生巖爆洞及拱腰部位，爆破開挖鉆孔前采用YT-28手風(fēng)鉆施工10～20個應(yīng)力釋放孔，深度6m、直徑42mm。應(yīng)力釋放孔為空孔，施工完成后對孔內(nèi)注水，避免應(yīng)力集中而出現(xiàn)巖爆現(xiàn)象。

5.2 爆破施工

結(jié)合進(jìn)廠交通特點(diǎn)，該隧洞屬于漸變洞段，采取“先中導(dǎo)洞，然后分區(qū)爆破開挖成型”的方式施工，以減小爆破對高地應(yīng)力巖體的影響。其分區(qū)及施工順序詳見圖2所示：

5.2.1 爆破孔布置。

周邊孔：孔距以10～15d（d為孔徑，為42mm）控制，最小抵抗線與孔距之比控制在1.0～1.3之間。

掏槽孔：布置于中導(dǎo)洞（Ⅰ區(qū)）的斷面中部。

崩落孔：按等間距布置，最小抵抗線與孔距之比控制在1.0～1.2之間。

5.2.2 爆破參數(shù)。利用戈斯帕揚(yáng)公式計(jì)算得出Ⅲ類圍巖爆破單位巖體消耗0.965kg的2#乳化炸藥。（JC）0+000.00～（JC）0+030.00洞段分區(qū)開挖斷面面積均大于20m2，故采用譯波爾建議公式計(jì)算炮孔數(shù)量：

式中：、為由巖體可爆程度確定的系數(shù)，本工程隧洞圍巖屬中等可爆，取=30.9，=1.00，根據(jù)公路隧洞斷面面積計(jì)算得炮孔總數(shù)。

對于掏槽孔采用Φ32mm藥卷，裝藥系數(shù)取0.7～0.85;崩落孔采用Φ32mm藥卷，裝藥系數(shù)取0.5～0.8;為保證光爆效果，周邊孔采用Φ25mm藥卷，并采用間隔裝藥結(jié)構(gòu)。

5.2.3 爆破網(wǎng)絡(luò)連接。爆破網(wǎng)絡(luò)：采用塑料導(dǎo)爆管串聯(lián)和并聯(lián)形成爆破網(wǎng)絡(luò)，以毫秒延發(fā)雷管實(shí)現(xiàn)微差爆破。

炮孔堵塞長度一般在0.7～1.0抵抗線之間，堵塞材料選用黃泥和砂子的均勻混合料或巖屑混合物。

5.3 危險源處理

爆破施工完成后，立即將施工機(jī)械設(shè)備撤離至安全區(qū)域內(nèi)，采用高壓冷水噴灑以降低巖石的脆性從而減弱巖爆強(qiáng)度，同時對發(fā)生巖爆的區(qū)域加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備及人工配合鋼釬排險，待安全隱患清除后，進(jìn)入下一道支護(hù)作業(yè)。

5.4 支護(hù)施工

高地應(yīng)力條件下地下交叉洞室開挖成型盡可少巖層暴露的時間，減少巖爆的發(fā)生。開挖爆破完成后及時對出現(xiàn)巖爆的區(qū)域加強(qiáng)支護(hù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)形式見圖3所示：

開挖完成待巖爆處于穩(wěn)定期后開展系統(tǒng)錨桿和掛網(wǎng)支護(hù)作業(yè)，并根據(jù)具體實(shí)際情況進(jìn)行錨噴作業(yè)。支護(hù)結(jié)構(gòu)形式：系統(tǒng)錨桿+掛網(wǎng)+噴射混凝土，局部圍巖裂隙發(fā)育部位錨桿方向根據(jù)現(xiàn)場圍巖裂隙的產(chǎn)狀調(diào)整，使之與不利裂隙面大角度相交，一般系統(tǒng)錨桿方向與開挖作業(yè)面垂直，必要時增設(shè)型鋼拱架。系統(tǒng)支護(hù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)布置見圖4所示：

6 安全監(jiān)測

系統(tǒng)支護(hù)完成后加強(qiáng)巖爆洞段監(jiān)測工作，通過對圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場觀察和洞拱頂下沉、收斂變化，定量預(yù)測滯后發(fā)生的深部沖擊型巖爆，用于指導(dǎo)后續(xù)洞段開挖和支護(hù)的施工，以確保安全。安全監(jiān)測數(shù)據(jù)分析見表2所示：

7 結(jié)語

通過高地應(yīng)力條件下地下交叉洞室開挖施工技術(shù)在雅礱江兩河口水電站工程中的成功應(yīng)用，施工過程中降低了安全風(fēng)險，有效減少了安全隱患，保證工程順利開展，值得在類似高地應(yīng)力條件下地下交叉洞室開挖設(shè)計(jì)和施工中推廣應(yīng)用。

（責(zé)任編輯：陳 潔）