拉洛水利樞紐引水隧洞施工方案分析

徐成軍，王 贇

（江蘇科興項目管理有限公司,江蘇 南京 210000）

1 引言

引水隧洞是水利樞紐工程的重要組成部分。大型水利工程往往修建于山高坡陡的區域,地質條件復雜,引水隧洞作為深埋隧洞,地質情況不可預見性較強,因此,在施工前根據地勘成果、設計成果制定切實可行的施工方案是十分必要的[1-2]。施工質量是工程落實的最重要步驟,合理的施工方案對施工質量以及作業人員安全有較大的影響,需要充分結合實際情況確定。

2 工程概況

拉洛水利樞紐程位于高程4300 m地區,拉洛水庫總庫容2.965 億m3,正常蓄水位4298.0 m,配套灌區設計灌溉面積45.39 萬畝,為大（2）型水利工程。引水發電隧洞長7.520 km,最大埋深213 m,根據勘察成果及設計資料,拉洛樞紐引水隧洞圍巖類型主要為J2z、J1r鈣質頁巖,含泥質、炭質,夾薄層狀砂巖、極薄層狀板理化細晶灰巖。該類型巖體強度較軟弱,遇水極易軟化,導致工程施工難度較大。根據調查,引水隧洞區域地下水較豐富,在部分洞段有基巖裂隙水滲出,因此,在施工過程中需加強地下水排水措施。根據調查,引水隧洞為低地應力水平,頁巖和斷層破碎帶洞段在施工過程中可能出現大變形,需要加強監測及支護。隧洞穿過Ⅳ1類、Ⅳ2類、Ⅴ類圍巖。根據不同圍巖類別不同洞段布置不同間排距的砂漿錨桿,錨桿直徑Φ22、L=3.0 m,外露0.15 m,梅花形布置。掛網噴混凝土,厚15cm,強度指標：C25F200W6；掛鋼筋網（Φ6.5mm@20cm×20cm）；V類圍巖段、破碎帶及樁號Y2+503.33～Y3+274.07（埋深大于160 m）應采用工字鋼加超前錨桿進行支護。洞身標準段V類圍巖段全段應布設I14工字鋼,如遇破碎段應加密,隧洞進口消力池段及出口加強段采用I16 工字鋼,間距根據現場開挖地質情況確定。

圖1 引水隧洞的石方開挖工藝圖

3 引水隧洞開挖

3.1 開挖方法

采用全斷面開挖法,如在局部地質條件特別差（如節理裂隙十分發育,巖體穩定性差的洞段）處采用正臺階開挖,即先開挖出頂拱,立即進行錨噴支護,頂拱以下開挖跟進的方法。

由于工程洞室開挖斷面較小,而且工期要求緊,考慮開挖運輸需要,減小施工機械在洞內運行干擾,引水隧洞每隔150 m～200 m設置一處倒車洞,倒車洞范圍洞寬達到3.5 m、長度15.0 m,倒車洞寬度3.5 m,加上隧洞底寬5.0 m,共寬8.5 m。引水洞開挖爆破采用直線型掏槽方式、周邊光面爆破、非電毫秒微差起爆網絡爆破。

每次爆破后,清除殘留碎塊,保證人員、設備安全,及時采用鋼支撐、鋼拱拱架、錨桿及噴混凝土（包括鋼筋網噴）等支護型式。

V類圍巖強度較低,爆破開挖易造成隧洞坍塌,需要加強觀測,必要時采用超前支護。也可根據實際情況,采用上下臺階法分層開挖方式,根據工程經驗,開挖過程中上層比下層超前2 m～4 m,短進尺（1.0 m～2.0 m）,爆破時需要減少炸藥用量。

3.2 施工期排水

各開挖工作面洞內宜500 m設置一個集水坑,以便于洞內排水,集水坑隨著洞挖的深入根據施工現場實際積水情況確定具體位置和數量；正坡側采用自流式匯水,反坡側在集水坑內安裝污水泵排水。對地下涌水較嚴重地段,應根據實際情況,分別采取排、堵、截、引或綜合處理措施,必要時應采用較大功率抽水機進行抽排。積水應排泄到不會重新回流入工作面和其它作業區內,并應避免排出的水流引起地表沖刷、危害邊坡穩定和影響附近公路交通。

3.3 爆破施工工藝

3.3.1 施工工藝

1）測量放線

測量由專業測量人員實施,每個循環鉆孔需嚴格按照設計方案測量、放樣,同時需要檢查上一循環開挖情況,并技術反饋檢查成果。斷面測量間距為5.0 m,每周進行全面的檢查、復測,保證隧洞施工質量。在隧洞開挖過程中,間隔20.0 m設置樁號標識,控制點需牢固、穩定、隱蔽。

2）鉆孔作業

鉆孔質量是爆破質量影響較大,需要嚴格控制成孔質量。鉆孔需要根據測量成果實施,每排炮需要做到“平、直、齊”,孔底位于同一個鉛直斷面上,周邊孔的外偏角控制在最小范圍以減少超挖量。光爆孔、預裂孔及掏槽孔偏差小于5.0 cm,其他孔不超過10.0 cm。

3）裝藥、聯線、起爆

裝藥需要在成孔并檢查合格后進行,裝藥、聯線需要嚴格按照設計方案進行。光爆孔、預裂孔可將藥卷綁于竹片上以保證間隔裝藥,起爆前需要再次由專業人員檢查裝藥質量。

3.3.2 開挖爆破參數設計

爆破參數對拉洛水利樞紐引水隧洞的開挖質量及安全性影響較大。爆破參數的確定需要根據施工區域地質情況、巖體性質、開挖方法以及相關規范要求確定。結合類似工程經驗,在拉洛水利樞紐引水隧洞施工過程中可以采用微差爆破方法進行施工,隧洞輪廓線采用光面爆破方式,爆破實施中應當盡量減少對圍巖的擾動。

根據實際情況,引水隧洞開挖爆破參數選取如下：采用直眼中空掏槽方式,主爆孔、周邊光爆孔間排距擬為50 cm、45 cm～55 cm；孔徑均為40 mm、藥卷直徑均為32 mm。若光爆藥卷,可利用普通藥卷間隔裝藥方式實現光面爆破。引水隧洞主要為J2z、J1r鈣質頁巖,局部有地下水,考慮采用乳化炸藥,使用非電毫秒雷管和非電秒雷管進行起爆。由于地質條件變化較大、不可預見性強,需要及時根據地質情況調整爆破參數。

3.3.3 引水隧洞貫通施工方法

由于工期緊,引水隧洞采用雙向開挖的施工方法,在引水隧洞雙向開挖相距30 m時,為確保開挖安全,變雙向開挖為單向開挖,單向開挖采用淺孔弱藥爆破；接近貫通（相距15 m）時,適時通過小導洞進行貫通,然后按分部臺階法引水隧洞擴挖成型。貫通開挖時,嚴格控制進尺長度及裝藥量。

4 超前支護施工

對穩定性差的洞段不良地質情況,采取超前支護以確保洞挖安全、穩定。根據類似工程經驗,可采用超前錨桿實現超前支護,當采用超前錨桿支護效果較差時,可采用超前小導管注漿+鋼拱架相結合的支護形式。

超前支護主要是在破碎巖體、斷層處使用,超前錨桿主要包括Φ22,L=4.0 m砂漿錨桿。錨桿間距為0.40 m,布置在起拱線以上,每環布置錨桿約25根。超前支護注漿小導管采用φ42鋼管,L=3 m,環向間距0.3 m,小導管仰角10°,超前段間搭接1m,小導管布置于鋼拱架外邊緣緊貼鋼拱架起拱以上范圍。

1）由于超前錨桿主要在破碎巖體及斷層處實施,在注漿過程中較易出現孔口跑漿現象。因此,在注漿前,需要對開挖面以及5.0 m范圍內噴射混凝土面層,從而封閉開挖輪廓、掌子面。

2）導管采用鋼管,鉆孔直徑需要超過鋼管直徑不小于20.0 mm,導管環向間距0.30 m,縱向需預留搭接長度。導管安裝后,需封堵鋼管與孔壁空隙并安裝封頭和孔口閥。

3）導管注漿按由下至上的順序錯孔施工,漿液采用0.5∶1水泥濃漿（根據實際施工情況可對漿液濃度進行調整）,注漿量先大后小,為防壓裂工作面,同時還需控制注入量,當每根導管的注漿達到設計量（暫按130 L～150 L,可根據實際施工情況調整）時即可停止,當孔口壓力達到規定但注入量不足時也應停止,注漿壓力按0.3 MPa～0.8 MPa控制,壓力應根據實際情況進行適當調整。達到要求壓力后持壓15 min后即可結束。當壓力達不到要求壓力時采用間歇注漿或者換下一個孔注漿。

圖2 小導管注漿工藝

5 結語

拉洛水利樞紐引水隧洞穿過Ⅳ1類、Ⅳ2類、Ⅴ類圍巖,地質條件復雜,為了保證施工質量及施工人員的安全,根據類似工程經驗和隧洞地質情況從洞內排水、爆破設計、超前支護等幾個方面確定了隧洞開挖施工方案。在施工過程中需要加強超前地質預報工作,嚴格控制爆破藥量,以保證隧洞的穩定。