猴子巖水電站導流洞圍巖變形處理措施淺談

彭洪剛，蔣新東，丁俊

(中國水利水電建設(shè)工程咨詢中南公司，湖南長沙410014)

1 工程概況

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣孔玉鄉(xiāng)，是大渡河干流水電規(guī)劃“三庫22級”中的第9級電站。壩址控制流域面積約54 036 km2，多年平均流量774 m3/s。水庫正常蓄水位高程1 842 m，電站裝機容量1 700 MW，單獨運行年發(fā)電量69.964億kW·h。

該工程初期導流采用斷流圍堰擋水、隧洞導流的導流方式。2條導流洞斷面尺寸均為13 m×15 m(城門洞型，寬×高)，同高程布置在左岸，進口高程1 698 m，出口高程1 693 m。1#導流洞長1 547.771 m(其中與2#泄洪洞結(jié)合段長624.771 m)，平均縱坡3.230 5‰，2#導流洞長1 974.238 m，平均縱坡2.532 6‰。導流洞進水口采用岸塔式，塔頂高程1 745 m，塔體尺寸為25 m×25 m×51 m(長×寬×高)，閘室分為2孔，單孔尺寸為6.5 m×15 m(寬×高)。

2 工程地質(zhì)條件

兩條導流洞圍巖以Ⅲ類為主，部分Ⅳ、Ⅴ類圍巖主要分布在F0、F8－2、F8－1等斷層部位。

變形段為1#導流洞樁號0+330～0+380，2#導流洞樁號0+430～0+460、0+640～0+895等洞段由于洞室結(jié)構(gòu)面不利組合，加之地應力較高、巖層走向方向與洞向交角較小，開挖后順層擠壓破碎發(fā)育，巖體破碎，存在滲水等問題，成洞條件差，開挖支護完成后發(fā)生變形，出現(xiàn)了拱架變形、已噴混凝土開裂、脫落等明顯的變形現(xiàn)象。

3 開挖支護形式

導流洞分上、中、下三層開挖，上層開挖后按設(shè)計要求對頂拱及邊墻進行支護施工。支護形式為Ⅰ18工字鋼拱架，拱架間距1 m;錨桿φ28，L=6 m，間距1 m，沿拱架布置，鋼筋網(wǎng)φ6.5@15 cm×15 cm，巖面噴C25混凝土封閉;對頂拱脫空超出50 cm的部位增設(shè)縱向鋼支撐和副拱撐住巖面，對副拱與巖面間的空腔噴C25混凝土進行封閉。

4 變形原因分析

1#洞樁號0+330～380、2#洞0+430～0+460、0+640～0+895洞段斷面較大、埋深大、地應力高(局部已達30 MPa)，巖石為中厚至以薄層變質(zhì)灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主，巖層與洞頂部呈緩傾角相交，巖石層間結(jié)合不緊密，節(jié)理、裂隙發(fā)育，沿巖石層間大部分有滲水，局部頂拱存在結(jié)構(gòu)面不利組合，前期開挖曾出現(xiàn)掉塊和小的坍塌。特別是K0+750～780段頂部有F0斷層、PD8－2探洞通過，裂隙發(fā)育，圍巖洞室滲水較嚴重。開挖支護后受復雜地質(zhì)條件影響，圍巖內(nèi)部位移和應力變化明顯增大，外部顯現(xiàn)拱架變形，噴射混凝土表層開裂、局部有掉塊現(xiàn)象。

監(jiān)測資料數(shù)據(jù)反映出2#洞樁號0+715、0+755斷面實測位移應變從2010年6月17至7月1日分別增大了21.27 mm(讀數(shù)已達最大量程)，斷面變形增大;對1#導流洞樁號0+330～0+380段圍巖進行聲波檢測和鉆孔全景成像檢測后，從表面拱架局部變形、噴射混凝土開裂特征和噴混凝土局部掉塊等現(xiàn)象考慮，結(jié)合相關(guān)地質(zhì)資料和監(jiān)測數(shù)據(jù)成果判斷，圍巖內(nèi)部位移和應力變化有明顯繼續(xù)變大趨勢。

5 采取的加固處理技術(shù)措施

經(jīng)業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工方綜合觀測資料、變形洞段地質(zhì)和外觀實際變形情況進行詳細分析情況后，擬定采用預應力150 kN、9 m長、φ32的預應力錨桿加固技術(shù)進行處理。

(1)施工方法。

變形預應力錨桿均采用錨桿臺車造孔，注漿泵注漿，錨桿安裝采用自制的施工臺架作為登高設(shè)備，人工配合輔以挖機、裝載機等設(shè)備安插。

(2)施工工藝。

①按設(shè)計參數(shù)進行錨桿孔位放樣，用紅油漆做好標識，對孔位編號，錨桿按同樣的方法編號。

②錨桿鉆孔采用TOMROCK錨桿臺車，角度根據(jù)所放出的方向線嚴格控制，孔徑70 mm。施鉆時鉆頭要對準巖壁上的錨桿孔位標識下鉆，開孔偏差不大于50 mm，開孔時用小功率緩慢鉆進，鉆進50 cm，校正鉆孔方向后全功率鉆進。

③利用錨桿臺車，可一邊鉆孔一邊洗孔，待清水流出結(jié)束沖洗，對各孔的孔徑、孔深、孔位、孔向進行自檢，填寫好三檢記錄，報監(jiān)理工程師驗收合格后進行下道工序施工。

④采用快速錨固施工的方法，內(nèi)錨固段選用速凝錨固劑，設(shè)計內(nèi)錨固段3 m正常用量為25 kg;外錨固段選用緩凝錨固劑，設(shè)計外錨固段6 m正常用量為50 kg。注裝錨固劑時，安裝人員先根據(jù)內(nèi)錨固段的長度在注漿管上做出標記。錨固劑以0.3～0.35的水灰比拌制后成膏狀，使用JRD300B灌漿泵均勻打入孔內(nèi)，操作人員緩慢拔管。

⑤錨桿制作，采用Ⅱ級、直徑為32 mm20MnSi螺紋鋼筋，錨桿、墊板、墊圈在加工廠按要求制作成型，加工好的桿體按規(guī)范要求進行檢查驗收，合格后用于本工程。

⑥錨桿安裝。錨固劑注裝結(jié)束后，開始安插桿體。錨桿由人工配合輔以機械安裝。采用自制臺架作為登高設(shè)備，將桿體緩慢推至設(shè)計位置。桿體送至設(shè)計位置后，停止推送，然后用木楔臨時固定桿體，孔口封閉保護。桿體必須在速凝水泥初凝前安裝到位(預應力錨固劑的理論初凝時間為55 min)。

⑦速凝錨固劑初凝后，開始安裝錨桿托板、墊圈和螺帽并調(diào)整托板位置，使之與錨桿軸線垂直。若巖面采用球形墊也難以調(diào)平螺母與球形墊板平行時，可采用適量速凝藥卷墊平。

⑧桿體的張拉鎖定應在緩凝錨固劑初凝前、速凝錨固劑強度(含墊板后找平水泥卷)達到20 MPa后進行。根據(jù)選用錨固劑的初、終凝時間以及張拉錨桿生產(chǎn)性試驗結(jié)果，當水灰比為0.3時，將張拉控制在桿體注裝結(jié)束6～9 h進行，即最早張拉時間為速凝錨固劑注裝后6 h、最遲張拉時間為速凝錨固劑注裝后9 h。當水灰比為0.35時，將張拉控制在錨桿注裝結(jié)束7～9 h內(nèi)進行。張拉時采用經(jīng)過率定的扭力扳手逐級一次加載到設(shè)計張拉力的115%，然后鎖定桿體。

(3)控制要點。

預應力錨桿施工工序簡單，技術(shù)要求嚴格，為確保施工質(zhì)量，施工過程中嚴格按照施工程序施工，每道工序完成并經(jīng)檢查驗收后方可進入下道工序施工。除了嚴把程序檢查驗收關(guān)，對以下幾個質(zhì)量重點亦做了嚴格的控制:

①對錨桿精軋螺紋鋼、錨固劑等重要材料，要求相關(guān)資料齊全并進行進場抽檢，以確保材質(zhì)合格。張拉前，首先對扭力扳手進行率定，率定合格后方可用于張拉施工。施工過程中，對扭力扳手要求每周率定一次，確保張拉精度。

②造孔是質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，孔位必須經(jīng)測量放樣并用紅油漆標識。液壓鑿巖臺車要選用經(jīng)驗豐富，責任心強的操作手，開鉆前要認真調(diào)整好鉆臂方向，確保孔向垂直巖面后再開鉆，鉆桿勻速鉆進，并不斷加水沖洗巖粉。

③內(nèi)錨段灌漿是否密實是確保張拉成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先要確保錨固劑浸泡充分，要求將浸泡時間控制在2.5 min左右;其次，每打入一卷錨固劑，輸送管向孔外拉出5 cm左右，要確保打入錨固劑填滿3 m錨固段。

④張拉是預應力錨桿施工最重要的環(huán)節(jié)，張拉要嚴格按技術(shù)要求進行逐級張拉，全過程嚴格監(jiān)控，并做好詳實、細致的原始記錄。

6 圍巖監(jiān)測結(jié)果

上述不良地質(zhì)部位經(jīng)實施預應力錨桿加強處理措施后，多點位移計、錨桿測力計測出的變化數(shù)據(jù)顯示，各測點變化較小，較為穩(wěn)定，現(xiàn)場檢查沒有發(fā)現(xiàn)外觀變形、噴混凝土開裂、脫落繼續(xù)發(fā)展的現(xiàn)象，監(jiān)測成果顯示，洞身處于穩(wěn)定。1#導流洞樁號0+345、0+360多點位移計監(jiān)測成果顯示，處理前多點位移計測值變化速率為1～3 mm，處理完成后多點位移計測值變化速率小于0.01 mm，該洞段處于穩(wěn)定;2#導流洞樁號0+715、0+755多點位移計監(jiān)測成果顯示，處理前多點位移計測值變化速率為0.1～0.6 mm，處理完成后多點位移計測值變化速率小于0.01 mm，該洞段處于穩(wěn)定。

7 結(jié)語

對于導流洞中出現(xiàn)的不良地質(zhì)變形部位，通過外部觀察和內(nèi)部觀測資料并結(jié)合變形洞段的地質(zhì)條件進行詳細分析，及時擬定采用了可行、快速、適宜的預應力錨桿加固技術(shù)處理措施，經(jīng)外部繼續(xù)觀察和儀器檢測成果顯示，取得了良好的加固效果，確保了洞室的穩(wěn)定和工程施工的安全，為類似工程施工中出現(xiàn)相似情況的處理積累了寶貴的經(jīng)驗。