尕曲水電站調壓井大斷面不良地質條件下開挖施工

王 彬

（廈門安能建設有限公司，福建 廈門 361000）

尕曲水電站調壓井區內圍巖主要為碳質板巖和千枚巖，地質條件較差，巖體內層間結構面較為發育，屬于Ⅳ類不穩定圍巖。設計為調壓井頂標高為3215.09，斷面為圓形，開挖斷面直徑9.1m，井壁高82.4m。為了加快工程進度和減少投資，提出的預固結灌漿結合永久灌漿施工，將原設計永久的垂直井壁的灌漿改為豎直方向環繞井壁的灌漿，提前對豎井周圍巖石進行Ⅰ序固結灌漿，確保了開挖進度和質量；后期再進行Ⅱ序固結灌漿，滿足設計整體調壓井周圍巖石的固結灌漿的要求。

1 調壓井施工前準備

1.1 施工程序

施工支洞→壓力管道上平段→引水隧洞與調壓井交叉段→頂部邊坡明挖→上部蓋重板及鎖口混凝土→調壓井一期固結灌漿、導井固結灌漿→導井開挖→調壓井二次擴挖→底部交叉混凝土澆筑、調壓井鋼管安裝及混凝土回填→調壓井二期固結灌漿。

在先進行調壓井導井施工及一期預固結灌漿施工同時，必須安排交叉口段支護加固施工；在兩者完成后開始調壓井擴挖施工。

在調壓井擴挖施工完畢后，進行底部混凝土襯砌，保證底部立體交叉洞室安全；襯砌完后搭設安全平臺，保證底部道路暢通，開始安裝鋼管及回填混凝土。

1.2 施工支洞布置

調壓井底部施工支洞將作為調壓井豎井、底部交叉口、引水隧洞及壓力管道上平段的開挖出碴、調壓井底部交叉口、引水隧洞及壓力管道上平段混凝土襯砌施工、壓力管道上平段及斜井段鋼管安裝等的通道，非常重要。在調壓井開挖后，與調壓井交叉的3個洞口的安全穩定，直接影響壓力管道安裝及運輸。目前引水隧洞已開挖完畢，已開始進行底板混凝土澆筑及消缺處理；壓力管道上平段及斜井段目前還未開挖，在目前已開挖的支洞中選擇合適的位置將該支洞與壓力管道上平段相接。支洞斷面尺寸應充分考慮出碴車和運輸的要求。該支洞應采取鋼筋混凝土襯砌，作為永久檢修洞與排水洞予以保留，與引水隧洞相接位置設置鋼結構進人門（城門洞形）。

1.3 調壓井擴挖前要完成工作

調壓井底部與壓力管道上平段、引水隧洞、施工支洞等交叉段，如何保證交叉洞段［1］開挖過程中巖石的穩定問題，是本工程的施工關鍵。如果壓力管道上平段待調壓井擴挖完后開挖，工期很難保證，因支洞斷面較小，影響調壓井底部襯砌，因此在調壓井擴挖前，此段支護至關重要。3個交叉口段10m左右盡量澆筑混凝土，并進行灌漿。如交叉口段斷面滿足不過流條件，必須進行固結及回填灌漿施工。

2 調壓井施工

2.1 調壓井固結灌漿

原設計井壁圍巖固結灌漿為徑向灌漿，灌漿深度3m，孔排距3.0m。鑒于調壓井井壁周邊設置了內襯鋼板，該灌漿只有在豎井開挖完后進行裸巖灌漿。施工時需搭設滿堂腳手架，安全風險大，灌漿質量也難以保證，且將影響井壁混凝土的澆筑工期。采用超前預固結灌漿［2］結合永久灌漿施工，其中固結灌漿孔布置及相關要求如下：

（1）豎向固結灌漿孔沿井壁周邊布置兩排，排距2.0m。第一排距襯砌混凝土1.0m，孔軸線半徑5.55m；第二排距襯砌混凝土3.0m，孔軸線半徑7.55m。第一排的孔距2.682m，孔間圓心角27.692°，第一排的孔從引水洞軸線位置開始布置，共計13個孔；第二排的孔距2.635m，孔間圓心角20°，第一個孔從引水洞軸線向左偏移10°布置。具體布置如圖1。

圖1 調壓井固結灌漿及鎖口混凝土平面布置

（2）灌漿孔深度暫定深孔75m、淺孔70m（一序孔深75m、二序孔深70m），在灌漿前根據鉆孔取芯和壓水試驗情況進一步研究確定深度。

（3）在調壓井頂部平臺先澆筑混凝土壓重蓋板，厚度1.5m，按構造要求在底面、頂面和靠井壁側配置直徑20mm、間距20cm的鋼筋。蓋重板外形為有利于施工建議為方形，邊長16.1m，蓋重板不占井壁襯砌位置，中部為圓形，直徑5.55m。蓋重板下面沿豎井開挖直徑9.1m位置開挖澆筑厚度80cm高度2.0m的鎖口混凝土，并在表面配置直徑20mm、間距20cm的鋼筋，鎖口混凝土不占襯砌斷面。

（4）分二序施工，在鎖口混凝土澆筑完成達到強度后，先施工內圈第一排孔和第二排一序孔，待井壁混凝土澆筑完成后，再實施第二排孔二序孔灌漿。為進一步查明井壁的地質條件，可將第一排的一序孔中的2~4孔作先導孔，鉆孔取芯并作相應壓水試驗，根據查明的情況研究確定灌漿深度。在反井鉆機鉆孔前，需對導井部位進行固結灌漿，避免卡鉆、塌孔等現象出現。灌漿擬采用自上而下，孔內循環灌漿法，透水率不超過5Lu，灌漿壓力初步為0.4~1.0MPa（根據灌漿試驗參數確定）。

（5）因巖石破碎，節理裂隙發育，采用自上而下分段的深孔固結灌漿（孔內循環），灌漿段長度宜采用10m，特殊情況下可適當縮減或加長。灌漿段的長度應根據灌區地質體的裂隙發育程度、破碎情況、滲透性、鉆孔過程中巖性情況等因素綜合確定。地層的透水性和吸漿率愈大，則灌漿段的長度愈短；反之，則可長些。加固預固結灌漿孔施工采用配置扶正器及防塌卡裝置的潛孔錘沖擊回轉鉆進方法，先導孔及灌漿效果檢查孔采用回轉鉆進方法。

2.2 調壓井豎井開挖及支護

（1）開挖程序：導井開挖（直徑1.2m）→溜碴井開挖（直徑2.5m）→井壁擴挖（直徑9.1m）。

（2）導井和溜碴井［3］開挖：采用反井鉆機自上而下鉆φ216mm的先導孔，然后自下而上鉆φ1200m的小導井，再自下而上人工擴挖成φ2500mm的溜碴井。

（3）豎井開挖：在溜碴井開挖完成后，再自上而下，采用“短循環、快速作業、強支護、弱爆破”［4］開挖，調壓井底部出碴，直至挖到井底。

（4）豎井開挖臨時支護：采用常規噴錨支護。支護緊跟開挖工作面，每層開挖完成后，先初噴3~5cm混凝土，再進行錨桿施工、掛網，再進行二次噴混凝土施工。二次噴混凝土厚度5cm左右。系統錨桿直徑可采用φ25mm，長度為L=4.5m，間排距為3m×3m；長度為L=3.5m，間排距為3m×3m；兩種長度錨桿間隔布置。錨桿外露長度0.5m。在局部斷層破碎帶等地質條件較差位置可增加環向鋼支撐，鋼支撐可采用I18工字鋼。支護方案可根據地質條件變化進行調整。

2.3 調壓井施工監測

調壓井與引水隧洞頂部是立體交叉作業，雖然不影響引水隧洞施工，但整體巖石較差，開挖單響藥量要控制，尤其快要擴挖至調壓井底部，避免因開挖震動造成底部洞室的塌方，因此在開挖過程中現場必須有統一安全值班人員，隨時巖體施工監測［5］及掉塊，以保證施工人員的安全。

3 結語

調壓井通過采用超前預固結灌漿結合永久固結灌漿方法進行加固處理，在開挖過程中，嚴格按照以上施工程序執行施工，未出現調壓井塌方現象，確保了施工安全；通過灌漿質量檢查，可以滿足設計對灌漿的要求。此方法不僅加快不良地質段調壓井開挖進度及滿足質量要求，又能減少灌漿施工成本。