地下洞室開(kāi)挖工程圍巖穩(wěn)定性探析

□朱莎琴

（江西贛禹工程建設(shè)有限公司）

地下洞室開(kāi)挖工程圍巖穩(wěn)定性探析

□朱莎琴

（江西贛禹工程建設(shè)有限公司）

地下洞室開(kāi)挖施工的重點(diǎn)就是控制周圍巖體的穩(wěn)定性，嚴(yán)防變形或塌落等破壞的可能性。某水電站地下洞室開(kāi)挖工程具有大跨度、高邊墻的情況，存在開(kāi)挖穩(wěn)定性問(wèn)題，最主要還有相鄰洞室之間巖層、巖柱引起的穩(wěn)定性問(wèn)題，文章提出可通過(guò)洞室開(kāi)挖施工技術(shù)、支護(hù)處理等措施來(lái)保證圍巖穩(wěn)定性。從工程實(shí)施效果可以看出，洞室開(kāi)挖技術(shù)是可行安全的，并為同類工程提供參考。

穩(wěn)定性；地下洞室；洞室開(kāi)挖

0 引言

某水電站屬大（1）型一等工程，永久性主要水工建筑物為一級(jí)建筑物。工程以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、攔沙及航運(yùn)等綜合利用效益。該工程由混凝土雙曲拱壩（壩高292 m）、壩后水墊塘及二道壩、左岸泄洪洞及右岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)組成。引水發(fā)電系統(tǒng)由3大洞室和6條引水壓力管道、6條母線洞、2條尾水洞以及交通洞、運(yùn)輸洞、出線洞和通風(fēng)洞組成的龐大的地下洞室群。其主副廠房高82.00 m、寬30.60 m、長(zhǎng)298.10 m；主變室高22.00 m、寬19.00 m、長(zhǎng)230.60 m；雙圓筒阻抗式調(diào)壓室高90.00 m、直徑32.00 m，最大開(kāi)挖直徑38 m，兩調(diào)壓井軸線間距99.50 m；兩條尾水隧洞長(zhǎng)度分別為945.40 m和717.40 m，洞徑均為18.00 m。

1 開(kāi)挖穩(wěn)定問(wèn)題

本工程交叉洞室、相鄰洞室多，相鄰洞室之間巖柱、巖層距離小，尤其是大跨度、高邊墻的主廠房、尾調(diào)室與6條壓力管道、6條母線洞、6條尾水支洞的交叉口，圍巖穩(wěn)定問(wèn)題十分突出。地質(zhì)較復(fù)雜，Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面發(fā)育，地應(yīng)力較高，對(duì)圍巖穩(wěn)定不利。同時(shí)，地下洞室體型復(fù)雜，開(kāi)挖質(zhì)量要求高。尾水調(diào)壓室頂拱為球形頂拱，底部與6條尾水支洞相交，開(kāi)挖輪廓較為復(fù)雜；主廠房、尾閘室高邊墻上設(shè)有開(kāi)挖精度很高的巖錨梁；壓力鋼管、主排水洞、尾水支洞、尾水洞均分別設(shè)1個(gè)或多個(gè)漸變段。洞室埋藏深，開(kāi)挖通風(fēng)較困難。豎井、斜井多，深度大，開(kāi)挖及混凝土施工難度較大。尾水洞出口段屬大跨度淺埋洞段，邊坡及圍巖穩(wěn)定問(wèn)題突出，且受水流控制的影響，圍堰布置及施工難度較大。

2 圍巖穩(wěn)定措施

針對(duì)上述所分析的洞室開(kāi)挖時(shí)存在的圍巖穩(wěn)定問(wèn)題，在洞室開(kāi)挖時(shí)應(yīng)采取以下措施來(lái)保證圍巖穩(wěn)定性。

2.1 避免各洞室之間干擾

本工程洞室開(kāi)挖施工時(shí)緊緊抓住主、副廠房開(kāi)挖和尾水洞、尾水支洞、主廠房下部一線開(kāi)挖的關(guān)鍵項(xiàng)目施工，結(jié)合地下洞室布置特點(diǎn)，充分利用永久洞室，合理布置各地下洞室的施工支洞，以保證關(guān)鍵項(xiàng)目通道暢通，快速施工，減少各洞室施工干擾，保證總工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2.2 各洞室開(kāi)挖

壓力管道下平段設(shè)2#施工支洞，并將下彎段底部擴(kuò)挖，與主廠房運(yùn)輸洞相接，以解決壓力管道豎井段、下變段、主廠房Ⅵ、Ⅶ層的開(kāi)挖通道問(wèn)題。不設(shè)豎井至第二層排水廊道的施工支洞，這樣，壓力管道下彎段可以和豎井段一起開(kāi)挖完成。同時(shí)，取消豎井支洞的封堵施工，避免了豎井支洞對(duì)帷幕施工的影響。

從主廠房運(yùn)輸洞分岔設(shè)8#施工支洞至尾調(diào)室連通上室底板高程1 012.90 m，其上岔洞至2#調(diào)壓室Ⅱ?qū)? 022.50 m高程，以分別解決兩個(gè)尾調(diào)室Ⅱ、Ⅲ層的開(kāi)挖通道問(wèn)題。為了減少尾調(diào)室開(kāi)挖施工對(duì)上游尾水支洞和主廠房施工的影響，將尾調(diào)室底部的溜井出碴通道與通過(guò)尾調(diào)室底部進(jìn)入尾水支洞的通道在尾調(diào)室內(nèi)（寬24 m以上）分開(kāi)設(shè)置，中間有巖墻隔開(kāi)，這樣既有利于一側(cè)通道溜碴（溜井位于尾調(diào)室中心一側(cè)），另一側(cè)通道保持暢通，又有利于尾調(diào)室圍巖的穩(wěn)定及開(kāi)挖設(shè)備從中間巖墻上撤退。同時(shí)，在尾調(diào)室最后一層開(kāi)挖時(shí)，分兩部分開(kāi)挖，盡量減少其開(kāi)挖對(duì)通道的影響。

尾水調(diào)壓室球形頂拱體型復(fù)雜，只有一次支護(hù)，開(kāi)挖質(zhì)量要求高，采取在尾調(diào)室頂拱增設(shè)施工支洞，以改善施工環(huán)境，利于機(jī)械作業(yè)，加快施工進(jìn)度。從頂拱施工支洞進(jìn)入尾調(diào)室后，先挖尾水調(diào)壓室頂拱周邊環(huán)形導(dǎo)洞，再挖中間巖柱，所有周邊孔采用手風(fēng)鉆短進(jìn)尺，沿切線方向鉆孔，逐孔精確放樣，標(biāo)出鉆孔方向，以保證鉆孔精度，開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)進(jìn)行頂拱錨噴支護(hù)。尾水出口施工包含尾水洞出口段30 m洞挖，采取分三層施工，一枯完成第一層施工，第一層先鎖口，然后兩側(cè)導(dǎo)洞先行開(kāi)挖，中間巖柱開(kāi)挖滯后跟進(jìn)。開(kāi)挖時(shí)采用超前錨桿等超前支護(hù)措施，短進(jìn)尺、弱爆破，開(kāi)挖后及時(shí)施作鋼支撐，加深頂拱的錨桿深度，確保圍巖穩(wěn)定。

2.3 支護(hù)措施

對(duì)上、下平洞段開(kāi)挖與支護(hù)，當(dāng)開(kāi)挖至地質(zhì)不利結(jié)構(gòu)面出露位置處，除控制藥量及減小循環(huán)進(jìn)尺以減少對(duì)圍巖穩(wěn)定影響外，還應(yīng)及時(shí)采取超前支護(hù)以及架設(shè)鋼支撐等加強(qiáng)支護(hù)措施。

本工程施工時(shí)采取合理安排交叉洞室的施工程序，6條引水洞、6條母線洞、6條尾水支洞與主廠房、尾調(diào)室的高邊墻的交叉洞口，均采用先將引水洞、母線洞、尾水支洞等較小洞室在大洞室開(kāi)挖其上一層前挖至大洞室邊墻以內(nèi)2 m，并及時(shí)做好鎖口噴錨支護(hù)。在大洞室開(kāi)挖至交叉口附近時(shí)，采取嚴(yán)格的控制爆破。在開(kāi)挖后的高邊墻開(kāi)洞口時(shí)，采取鎖口錨桿、超前錨桿對(duì)邊墻進(jìn)行超前錨固，必要時(shí)進(jìn)行超前預(yù)注漿加固、小導(dǎo)洞淺孔短進(jìn)尺爆破、短進(jìn)尺密孔小藥量擴(kuò)大開(kāi)挖跟進(jìn)等措施。

另外，對(duì)Ⅲ、Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面，蝕變巖體等不良地質(zhì)洞段的施工，嚴(yán)格按照“新奧法”原理進(jìn)行，根據(jù)不同地質(zhì)情況和部位，采取“超前預(yù)測(cè)，超前支護(hù)、短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動(dòng)、早封閉、強(qiáng)支護(hù)、勤測(cè)量”等措施，確保圍巖的穩(wěn)定，避免圍巖塌方。配備有豐富地下工程經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)工程師，及時(shí)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工程地質(zhì)情況，分析工程地質(zhì)問(wèn)題。

2.4 爆破處理措施

對(duì)各洞（井）交叉口1.50倍洞徑范圍在開(kāi)挖后及時(shí)實(shí)施加強(qiáng)支護(hù)，在必要情況下可實(shí)施超前錨桿或進(jìn)行超前預(yù)灌漿等措施。

合理應(yīng)用光爆、小藥量短進(jìn)尺等控制爆破技術(shù)進(jìn)行洞（井）開(kāi)挖規(guī)格控制，保證洞挖成型質(zhì)量，減少開(kāi)挖對(duì)圍巖的影響，開(kāi)挖后適時(shí)支護(hù)，避免塌方。

加強(qiáng)圍巖安全監(jiān)測(cè)，建立安全預(yù)報(bào)制度。開(kāi)挖過(guò)程中根據(jù)開(kāi)挖部位和地質(zhì)條件，及時(shí)根據(jù)要求設(shè)置安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)和圍巖收斂監(jiān)測(cè)斷面，及時(shí)溝通信息，以便調(diào)整開(kāi)挖鉆爆程序和鉆爆參數(shù)，減輕開(kāi)挖爆坡對(duì)圍巖穩(wěn)定的影響。

對(duì)于地質(zhì)條件較差的洞段，開(kāi)挖后用鋼格柵、鋼支撐等進(jìn)行支護(hù)，在2#壓力管道鄰近廠房段開(kāi)挖時(shí)，在錨桿超前施工的基礎(chǔ)上還應(yīng)限定單響起爆藥量，保證圍巖穩(wěn)定。

嚴(yán)格按規(guī)范要求開(kāi)挖、支護(hù)，在主變室開(kāi)挖交叉洞室的洞口時(shí)，應(yīng)采取控制爆破，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求完成交叉洞室鎖口錨桿支護(hù)。對(duì)較大規(guī)模斷層、軟弱夾層開(kāi)挖時(shí)采用工字鋼拱架或格柵鋼拱架支撐，以保證洞室的穩(wěn)定。對(duì)較大規(guī)模斷層、軟弱夾層，開(kāi)挖后按設(shè)計(jì)要求和監(jiān)理人指令，及時(shí)采取挖槽、錨固、回填混凝土及灌漿措施。對(duì)于主變室開(kāi)挖時(shí)段，巖壁吊車梁混凝土正在施工，為控制其開(kāi)挖對(duì)巖錨梁的震動(dòng)影響，主變洞開(kāi)挖進(jìn)行爆破試驗(yàn)；開(kāi)挖均采取合理的控制爆破手段，控制最大單響裝藥量，加強(qiáng)爆破震動(dòng)監(jiān)測(cè)，以防止爆破振動(dòng)損傷巖壁梁混凝土。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)水電站洞室開(kāi)挖工程實(shí)例，洞室存在開(kāi)挖跨度大、開(kāi)挖高差大等特點(diǎn)，為了防止圍巖的松弛變形和破壞，需要及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。結(jié)合開(kāi)挖順序、洞室之間交叉施工、爆破技術(shù)的處理，支護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等施工技術(shù)和措施，通過(guò)洞室開(kāi)挖時(shí)采取以上有效處理措施，保證開(kāi)挖后圍巖穩(wěn)定。從本工程實(shí)施效果可以看出，洞室開(kāi)挖技術(shù)是可行安全的，可為同類工程提供參考。

［1］張華.地下洞室開(kāi)挖過(guò)程中的高邊墻安全與穩(wěn)定控制［J］.四川水力發(fā)電，2016（8）：38-41.

［2］賴躍強(qiáng)，姜小蘭.彭水樞紐地下洞室開(kāi)挖應(yīng)力及穩(wěn)定試驗(yàn)研究［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2014（8）：80-82.

［3］張建，沈軍.大跨度洞室開(kāi)挖施工方案研究［J］.煤田地質(zhì)與勘探，2006（6）：115-118.

編輯：符蕾

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2017-04-10