杜伯華水電站項目沖砂系統施工技術研究

謝蘭清

摘 要：杜伯華水電站沖砂系統進洞40米為坡積體，連接段為洞室群縱橫上下交錯且圍巖較為破碎，無論是從進洞開挖還是連接段貫通，施工難度較大，筆者通過研究、咨詢、查閱資料，采用固結灌漿、管棚支護等措施順利完成坡積體斷開挖，采用控制高點質點速度爆破技術成功完成了沖砂系統貫通面附近的開挖，整個沖砂系統的施工技術安全可行。

關鍵詞：質點速度 固結灌漿 管棚施工 洞室群 沖砂系統

1.工程概述

巴基斯坦杜伯華水電站項目位于巴基斯坦西北邊界省Indus Kohistan 區， 是一座高水頭、長隧洞引水式水電站，該工程主要有堰壩、引水系統、壓力系統、發電廠房、沉沙系統、沖砂系統等建筑物組成。

沖砂系統是杜伯華水電站主要水工建筑物之一，沖砂系統由4條沖砂支洞和一條主洞組成，支洞分別與4條沉沙洞相連，沖砂主洞長243米，進口段40米深埋坡積體下，斷面設計為馬蹄形，開挖斷面高度3.55米，最大跨度2.6米。4條沖砂支洞分別與4個出水閘室相連，4個出水閘室由于跨度大，巖石為F類型圍巖，因此已完成混凝土襯砌。

2.洞口處理及進洞方案的確定

開挖洞口施工平臺時，根據沖砂洞出口現場地形特點，在垂直洞口面高于頂拱2米以下以1：0.7的邊坡形成開挖面，上部和側邊均以1：1的邊坡形成開挖面。在洞口段采用3米150KN錨桿、Φ6 0.15x0.15 掛網和100mm厚的噴混凝土的支護措施，形成良好的施工作業平臺。

工程初步擬定為固結灌漿施工方案。后經洞口部位開挖揭露地層條件看，表層崩積體下方為古河道沖積物，主要為泥沙層夾雜部分碎石、卵石等，且泥砂結合緊密，但無膠結情況。為進一步確定該部位地層情況，經在洞頂上方1m處探孔施工情況分析，主要為泥砂層。為取得較好的施工效果，調整該部位灌漿采用管棚灌漿方案，管棚為主，灌漿加固為輔。此種類型的管棚灌漿可采用花管灌漿工藝，在管棚管上間距0.5m打設一環出漿孔。同時由于為水平孔施工，孔斜不易保證，鉆孔灌漿可按開挖段循環進行。每循環灌漿孔孔深為20m。

在第一循環（孔深20m）灌漿結束后，根據開挖后揭示的實際的圍巖情況，如有必要，可確定是否進行第二循環的灌漿以及具體的第二循環的灌漿方案。每次循環灌漿結束后在灌注的漿液達到一定強度后即可進行灌漿處理范圍內的隧洞開挖工作。鉆灌孔的具體布置形式及參數附圖1。

3.坡積體段管棚施工方法

3.1 施工工序

本段施工擬采用管棚灌漿法施工，①首先在洞頂上方設計位置用YG-80型鉆機跟管鉆進，鉆孔孔徑不小于146mm；②鉆孔完成后下設直徑不小于75mm壁厚≥5mm無縫鋼管（管棚）；③拔出套管，孔口處采用水泥砂漿封閉管棚與孔壁間空隙；④射漿管下入孔底后采用孔口封閉純壓式灌漿法。

管棚灌漿鉆孔采用YG-80潛孔鉆機鉆進；孔向應符合洞軸線方向；鉆孔孔徑不小于146mm。鉆進過程中對鉆進的地層及異常情況連續觀察，及時記錄。因為是水平孔鉆孔，因此鉆孔不測斜，主要為過程控制。

3.2 管棚灌漿及過程控制

管棚灌漿施工前需進行孔口封閉，以免管棚灌漿時漿液從管棚外壁滲出，管棚灌漿采用純壓式孔口封閉灌漿法，為保證灌漿效果，可多次循環進行灌漿，直到孔口灌漿時孔內不吃漿為止；共設計有兩排管棚灌漿孔，根據施工平臺情況安排管棚施工順序，預計最大灌漿壓力為1.5MPa。注入率大的孔段應分段升壓，一般灌漿段灌漿壓力應盡快達到設計值。由于沒有進行灌漿試驗，現場實施過程中可根據漿液灌注情況調整最大灌漿壓力，以免漿液滲透到灌漿以外區域。管棚灌漿水灰比采用2：1、1：1、0.6：1三個比級。管棚灌漿漿液濃度遵循由稀到濃的原則逐級改變。變換標準為：

①當灌漿壓力保持不變，注入率持續減少時，或當注入率不變而壓力持續升高時，不得改變水灰比；

②當某一比級漿液的注入量已達300L以上，或灌注時間已達30min，而灌漿壓力和注入率均無改變或改變不顯著時，應改濃一級水灰比漿液灌注；

③當注入率大于30L/min時，可根據具體情況越級變濃。

在該段最大設計壓力下，當注入率不大于1L/min，繼續灌注30min，可結束灌漿，并做好閉漿措施。

管棚灌漿孔封孔應采用“機械壓漿封孔法”或“壓力灌漿封孔法”，用濃漿（0.5：1）全孔一次性封孔。封孔壓力為該孔最大灌漿壓力。如該段灌漿結束為最濃一級水灰比（0.6：1）時，可不進行置換濃漿，直接封孔。

3.3 開挖進洞

由于進洞4 0米為坡積體，盡管已完成頂部管棚灌漿處理，取樣判斷不樂觀，因此采用非常規的開挖方法。沖砂隧洞開挖斷面面積6.14～10.36m2，屬于小斷面洞室，主要采用人工作業。運用分層開挖、局部爆破的方式，保證較小的掏槽開挖進尺，配用小型挖掘設備配合，逐步往前推進。開挖鉆孔采用YT-28手風鉆作業，出碴采用裝載機裝運，至洞口再集中倒運到指定棄碴場地。

支護是確保地下洞室開挖安全的有效途徑，一般有噴漿、掛網、錨桿、鋼拱架等組成。該施工段特殊，洞口段采用分層開挖方式，在上半部開挖完成后立即進行注漿錨桿和鋼拱架支護，錨桿和鋼拱架布設完成后，采用混凝土或鋼纖維混凝土進行噴護，噴護厚度為10cm，待上部穩定后再進行下部開挖，開挖完成后立即進行下部支護，和上半部形成統一整體，為了防止過度沉降，在鋼拱架底部焊接較大墊片。反復進行循環操作，甚至進行局部灌漿再處理。

4.沖砂支洞施工方法

4.1施工方法的確定

沖砂支洞緊鄰出水閘室，該區域洞室群相互縱橫交錯，立體交叉口多，加上洞室與洞室之間的巖柱較薄，靠近出水閘室開挖斷面大，邊墻高，工程地質條件就更顯復雜。現場經地質工程師鑒定巖石為D級，巖石較為破碎，為滿足出水閘室開挖安全要求，部分閘室已完成永久混凝土襯砌。爆破振動直接影響高邊墻的穩定和出水閘室建筑物結構的安全，根據技術規范要求，在已完工或部分完工的砼結構附近進行爆破，爆破導致振動的限度是根據在結構上測量的高峰質點速度確定的，建在巖石上的整體砼建筑物高峰質點速度應滿足要求，因此，4條沖砂支洞采用砼建筑物控制高峰質點速度方法進行開挖。

4.2 施工方法

沖砂支洞的開挖采用國內先進的M20爆破振動儀器來監測出水閘室的砼襯砌的振動質點速度，建在巖石上的整體砼建筑物，高峰質點速度vs≤100mm/s。因而在沖沙支洞開挖時須通過爆破振動試驗確定最初的爆破控制，并在施工過程中進行質點振動速度監測，經過監測數據對最初的爆破振動成果進行修正和數據分析，從而選擇合理的施工方法、裝藥量和爆破參數，指導隧洞在安全可控的情況下實現開挖，最終4條沖沙支洞全面成功貫通，標志著沖沙系統開挖完成。

經過每輪爆破監測，指導下一輪開挖裝藥量，直到4條沖砂支洞完全貫通，出水閘室的砼建筑物上高峰質點速度都控制在規范要求范圍之內，成功完成貫通。

5.結束語

沖砂系統的開挖與常規的地下隧洞開挖有區別的，坡積體段管棚灌漿處理形成了封閉裂隙，加強基巖的完整性，達到提高巖體強度和剛度的。在開挖過程中明顯出現砂礫石形成整體現象，加上臨時支護及時，未出現大量塌方現象，說明該隧洞的坡積體段施工方法可靠。

沖砂支洞的開挖也較特殊，使用高峰質點速度控制技術，從現場和檢測數據顯示，即保證了隧洞開挖質量和速度，又保證了永久砼襯砌不被干擾。說明在這種條件下爆破施工可以保證質量和安全。

主洞洞口坡積體段固結灌漿管棚施工方法和支洞質點速度控制技術，解決了該項目幾年來懸而未決的問題，大大加快工程的進度，降低工程成本，在保證質量和安全的前提下，通過對施工方法的研究，實現了沖砂系統的順利開挖。

參考文獻：

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