淺談不良地質(zhì)洞段洞室開挖及支護(hù)施工方法與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理質(zhì)量控制要點(diǎn)

黃志 李琳

摘要:根據(jù)洞室?guī)r性及洞型實(shí)際情況,淺談不良地質(zhì)洞段洞室開挖及支護(hù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理質(zhì)量控制要點(diǎn),討論在保證安全與質(zhì)量的前提下如何加快施工進(jìn)度,為確保工程按期完工打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:不良地質(zhì)洞段 開挖及支護(hù) 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理 質(zhì)量控制 方法 要點(diǎn)

四川黑河塘水電站位于四川省九寨溝縣境內(nèi),白水江流域一級(jí)支流黑河下游河段,屬黑水河-白水江水電規(guī)劃一庫(kù)七級(jí)方案中的第四級(jí)梯級(jí)電站,電站由首部樞紐、引水系統(tǒng)、廠區(qū)樞紐三部分組成,閘高21.5m。引水隧洞布置于黑水河左岸,從進(jìn)水口至調(diào)壓井,全長(zhǎng)約6400m,均為城門洞型,洞徑大小為5.2m(寬)×6.1m(高),該引水隧洞分為四個(gè)施工支洞進(jìn)行施工,其中一號(hào)支洞施工范圍磨房溝洞段(樁號(hào):0+855～1+110)巖性最為復(fù)雜,且常年均有大量涌水,最大涌水量達(dá)到800L/min,給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)極大的困難,對(duì)洞室穩(wěn)定性與施工安全也是一個(gè)極大的挑戰(zhàn)。

一、洞段開挖及支護(hù)施工方法與現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制要點(diǎn)

(一)磨房溝洞段的開挖及支護(hù)施工措施

磨房溝洞段位于兩座山體之間,洞軸線經(jīng)過(guò)該部位最薄蓋重僅為19m,且均為全風(fēng)化巖體覆蓋層,在洞室開挖施工過(guò)程中,要保證其洞室處于安全狀態(tài),必須保證其巖體的完整性、洞身掌子面的巖性強(qiáng)度及巖性卸荷強(qiáng)度等均在受控范圍之內(nèi),施工總體遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、勤觀察、強(qiáng)支護(hù)”的原則,具體實(shí)施方案為:

短進(jìn)尺:根據(jù)參建各方現(xiàn)場(chǎng)查看及討論結(jié)果,每排炮爆破進(jìn)尺為50cm～80cm,保證振幅控制在圍巖承受范圍之內(nèi),并注意在臨時(shí)支護(hù)完成后方可進(jìn)行洞渣裝運(yùn)施工。

弱爆破:根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)多次進(jìn)行爆破試驗(yàn),其弱爆破爆破參數(shù)為:孔排距40cm～50cm,單孔藥量為0.45kg～0.62kg。

勤觀察:對(duì)不良洞段開挖部位進(jìn)行全程監(jiān)測(cè),并對(duì)已臨時(shí)支護(hù)洞段涌水部位進(jìn)行定期觀測(cè),防止洞體產(chǎn)生變形。

強(qiáng)支護(hù):臨時(shí)支護(hù)采用以下施工程序進(jìn)行:人工開挖周邊弧形槽→安裝鋼筋格構(gòu)架→超前錨桿鉆孔及安裝并與鋼筋格構(gòu)架進(jìn)行焊接→預(yù)埋排水管→噴錨支護(hù)密實(shí)→鎖腳錨桿鉆孔及安裝并與鋼筋格構(gòu)架進(jìn)行焊接→鋼筋格構(gòu)架連接筋焊接施工→洞渣裝運(yùn)→進(jìn)入下一次鉆爆施工。

(二)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理質(zhì)量控制要點(diǎn)

根據(jù)磨房溝洞段開挖及支護(hù)施工程序,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理需對(duì)每道工序進(jìn)行驗(yàn)收,其質(zhì)量控制要點(diǎn)如下:

1.檢查人工開挖周邊槽順序與尺寸是否滿足要求:一般先開挖頂拱,再先后開挖兩邊邊墻,尺寸大小能套進(jìn)鋼筋格構(gòu)架即可,并注意必須保證鋼筋格構(gòu)架緊貼基巖面;

2.檢查鋼筋格構(gòu)架制作尺寸及焊接質(zhì)量是否滿足設(shè)計(jì)要求;

3.檢查超前錨桿鉆孔及安裝質(zhì)量,對(duì)鉆孔孔深、錨桿長(zhǎng)度、傾斜角度等參數(shù)進(jìn)行檢查驗(yàn)收,經(jīng)四方現(xiàn)場(chǎng)確定的錨桿長(zhǎng)度為4.5m,外露長(zhǎng)度以能與鋼筋格構(gòu)架焊接完全為準(zhǔn),頂拱900范圍均需進(jìn)行超前錨桿支護(hù),間距30cm,雙排呈梅花型布置,因地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜,鉆孔完成后經(jīng)常出現(xiàn)卡鉆及塌孔的情況,故對(duì)錨桿注漿沒(méi)有硬性要求,錨桿沿掌子面頂部上傾100～150,并按照相關(guān)規(guī)范要求檢查超前錨桿與鋼筋格構(gòu)架之間焊接長(zhǎng)度與焊接質(zhì)量,焊接方式為單面焊(10d)或雙面焊(5d);

4.對(duì)預(yù)埋排水管進(jìn)行認(rèn)真檢查驗(yàn)收,檢查所埋設(shè)鋼管是否堵塞,鋼管長(zhǎng)度時(shí)候滿足要求,埋設(shè)深度是否能承受涌水壓力等;

5.待錨噴施工全部結(jié)束后(包括頂拱與邊墻),檢查鎖腳錨鉆孔及安裝質(zhì)量,對(duì)鉆孔孔深、錨桿長(zhǎng)度、孔排距、鋼筋格構(gòu)架之間的焊接質(zhì)量均進(jìn)行檢查驗(yàn)收,鎖腳錨桿長(zhǎng)度為3m,外露長(zhǎng)度25cm(與鋼筋格構(gòu)架截面積相同),雙排平行布置;

6.洞渣裝運(yùn)施工過(guò)程中應(yīng)進(jìn)行巡視檢查,因洞渣對(duì)掌子面有向內(nèi)的壓力,對(duì)掌子面安全有著一定影響,故根據(jù)掌子面巖性情況,確定洞渣是否裝運(yùn)或全部裝運(yùn)完成。

磨房溝洞段開挖及臨時(shí)支護(hù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理對(duì)質(zhì)量控制需注意的事項(xiàng):

1.由于該部位涌水相當(dāng)嚴(yán)重,導(dǎo)致洞內(nèi)最大水深達(dá)1m左右,開挖洞段洞室頂拱部位漏水很大,對(duì)施工造成很大困難,現(xiàn)場(chǎng)必須密切注意施工安全及現(xiàn)場(chǎng)人員設(shè)備安全;

2.由于洞室水流量相當(dāng)大,開挖前必須砌筑滿足足夠流量的排水溝通至洞口,并形成完整的排水系統(tǒng);

3.必須準(zhǔn)備足夠鋼筋格構(gòu)架等材料并滿足開工條件后方可進(jìn)行開挖施工,以免開挖后因設(shè)備人員原因造成無(wú)法支護(hù)而產(chǎn)生安全隱患;

4.因整個(gè)磨房溝洞段圍巖相當(dāng)復(fù)雜,為保證洞室施工安全,鋼筋格構(gòu)架必須緊貼邊頂拱部位,故邊頂拱超挖問(wèn)題很難控制,造成超挖部分應(yīng)在永久支護(hù)時(shí)用混凝土進(jìn)行襯砌回填(磨房溝臨時(shí)支護(hù)完成后,最大超挖達(dá)2.5m)。

(三)右岸EL.650m灌漿洞F14斷層塌方部位臨時(shí)支護(hù)方案

右岸EL.650m灌漿洞全長(zhǎng)165m,大部分洞段地質(zhì)條件較好,但中間穿過(guò)F14斷層與F17斷層,其中F14斷層寬約20m,其中包含EL.650m灌漿廊道與5#交通洞交接的“丁字口”部位,由于該斷層基巖狀況很不理想,為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,且部分基巖為全風(fēng)化花崗巖,導(dǎo)致其中K0+070～K0+075部位造成塌方,最大塌方部位超挖達(dá)3m,塌方后頂拱部位大體為弧形,且基巖面仍為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,隨時(shí)都有再次發(fā)生塌方的可能,以下重點(diǎn)介紹塌方部位臨時(shí)支護(hù)質(zhì)量控制:

主架采用工字鋼、子架采用鋼筋格構(gòu)架并輔以隨機(jī)錨桿與鎖腳錨桿相結(jié)合的支護(hù)方式進(jìn)行處理。即:洞室原設(shè)計(jì)開挖線部位先采用工字鋼進(jìn)行支護(hù),再對(duì)塌方部位緊貼基巖面采用鋼筋格構(gòu)架進(jìn)行支護(hù),輔以隨機(jī)錨桿與鎖腳錨桿進(jìn)行加固,并用連接筋將主架與子架之間進(jìn)行充分焊接固定,最后對(duì)基巖面進(jìn)行錨噴密實(shí)。在進(jìn)行以上支護(hù)施工前,為保證施工人員設(shè)備安全,需對(duì)基巖面進(jìn)行錨噴一層5cm左右的混凝土,防止頂拱部位石塊掉落。

(四)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理質(zhì)量控制要點(diǎn)

根據(jù)相關(guān)規(guī)范與合同文件及設(shè)計(jì)技術(shù)要求規(guī)定,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理需對(duì)每一道工序進(jìn)行檢查驗(yàn)收,其具體控制要點(diǎn)如下:

1.檢查塌方部位噴錨封閉厚度、一級(jí)配混凝土級(jí)配與外加劑型號(hào)及摻加量等是否滿足施工設(shè)計(jì)技術(shù)要求,并覆蓋頂拱部位體型不規(guī)則部位,盡可能使其形成弧形,以方便臨時(shí)支護(hù)施工,并保證施工期間人員設(shè)備安全;

2.檢查工字鋼是否與洞室邊腳部位充分接觸支撐,并用水泥砂漿進(jìn)行封閉,鎖腳錨桿孔深及長(zhǎng)度與密實(shí)度是否滿足設(shè)計(jì)要求;

3.檢查鋼筋格構(gòu)架焊接施工是否滿足設(shè)計(jì)要求(鋼筋格構(gòu)架制作剖面圖如圖2),鋼筋格構(gòu)架是否緊貼基巖面,如鋼筋格構(gòu)架與基巖面之間仍存在空隙,應(yīng)在后續(xù)錨噴施工中進(jìn)行錨噴密實(shí);

4.檢查錨噴混凝土配合比、覆蓋厚度及質(zhì)量是否滿足設(shè)計(jì)要求。

二、圓形洞不良地質(zhì)洞段開挖及支護(hù)施工方法與現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制要點(diǎn)

大花水水電站位于貴州省開陽(yáng)縣與福泉市交界處、清水河中游峽谷河段內(nèi),為清水河干流水電梯級(jí)開發(fā)的第三級(jí)。電站總裝機(jī)容量200MW,攔河大壩為拋物線雙曲拱壩+重力墩,左岸為重力墩,右岸為雙曲拱壩,大壩軸線總長(zhǎng)287.56米,最大壩高134.50米,厚高比0.171,大花水水電站在引水隧洞在開工階段,設(shè)計(jì)方為使在過(guò)水過(guò)程中受力分散,減小對(duì)洞室襯砌混凝土的沖刷磨損,將整條引水隧洞設(shè)計(jì)為圓形洞。在進(jìn)水口洞段施工過(guò)程中,由于地質(zhì)條件差,參建四方現(xiàn)場(chǎng)討論后確定暫對(duì)地質(zhì)條件較差部位進(jìn)行臨時(shí)支護(hù),但由于圓形洞兩邊邊墻的邊腳部位支撐力作用很小,圍巖復(fù)雜的部位在臨時(shí)支護(hù)時(shí)帶來(lái)很大困難,特別是在需要架設(shè)工字鋼與鋼筋格構(gòu)架時(shí),很容易造成工字鋼與鋼筋格構(gòu)架變形,且在底板開挖完成后工字鋼或鋼筋格構(gòu)架底部懸空在所難免,導(dǎo)致該洞段造成很大變形,頂拱部分常有掉塊現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生,甚至造成部分洞段發(fā)生兩次塌方事故,對(duì)洞室開挖質(zhì)量及施工進(jìn)度都產(chǎn)生了很大的不良影響,后對(duì)該洞段改成城門洞型進(jìn)行臨時(shí)開挖支護(hù)才順利完成任務(wù)。

三、總結(jié)

在不良地質(zhì)條件洞段進(jìn)行洞室開挖過(guò)程中,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理必須時(shí)刻保持頭腦清醒,不能為加快施工進(jìn)度而忽略工程質(zhì)量與洞室安全,清楚臨時(shí)支護(hù)的每一道工序及各道工序的控制要點(diǎn),按照規(guī)范及設(shè)計(jì)技術(shù)要求對(duì)每一道工序認(rèn)真進(jìn)行驗(yàn)收,否則,將對(duì)洞室的質(zhì)量和進(jìn)度都為帶來(lái)非常大的不良影響。

對(duì)于引水隧洞,城門洞與圓形洞相比,城門洞便于進(jìn)行臨時(shí)支護(hù),保證洞室安全,但投付使用后由于應(yīng)力集中于頂拱中軸線、邊墻與頂拱交接點(diǎn)及邊腳等五個(gè)點(diǎn),水流對(duì)洞室襯砌混凝土更容易造成磨損,需定期進(jìn)行檢查維修,適用用圍巖條件較差的工程;圓形洞過(guò)水后受力比較均勻,襯砌混凝土不易造成破壞,但在施工過(guò)程中的臨時(shí)支護(hù)不能保證洞室及施工設(shè)備人員安全,適用于圍巖較好的工程。對(duì)不過(guò)水洞段,一般都采用城門洞型。