福堂水電站監(jiān)理在引水隧洞施工綜合控制方面的經驗總結

曹 勇

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川 成都 610072)

1 福堂水電站引水隧洞工程特點

1.1 工程等級規(guī)模

福堂水電站引水隧洞全長約19.3km，其中有壓段18.8km，引用流量251m3/s，馬蹄形洞段襯后直徑10.4m，圓形洞段襯后直徑9.0m，襯砌厚度40～80cm，就其規(guī)模和長度在當時應居于全國之首。

1.2 地質環(huán)境特征

工程區(qū)處于龍門山斷褶帶，映秀、茂汶兩條區(qū)域性斷裂圈的斷塊內，局部位于斷塊邊緣。受茂汶主干及分支斷裂波及與影響，巖體經受強烈構造擠壓錯動及多期次生巖漿侵入活動，呈多級序斷裂構造切割，斷層及鄰近地質體經動力變質而不同程度地呈現(xiàn)糜棱化、片麻理化、碎裂化等，完整性受到嚴重破壞，并產生多種構造礦物蝕變現(xiàn)象，地質條件處于相對復雜區(qū)。

隧洞沿線地形變異大，物理地質作用強烈，有多條常年流水支溝切割，由斷裂網絡控制，形成局部地段的復雜水文地質結構及儲水體構造，有較豐富的地下水動、靜儲量，且局部范圍存在高地應力洞段，發(fā)生不同程度的巖爆，嚴重威脅施工安全。

2 在隧洞開挖和安全支護方面采取的主要措施和成效

2.1 推廣實施先進合理的開挖方法

地下洞室開挖施工中，應隨圍巖地質條件的變化而采取與之相適應的掘進方法(如導洞超前領進、臺階開挖、分部開挖、全斷面開挖等)和調整爆破參數(shù)，使其圍巖較好的洞段取得良好的光面爆破效果，圍巖較差的洞段有效地控制超挖和抑制塌方，從而達到提高工程質量、加快施工進度、有效控制投資的目的。本工程初期6號洞段在此方面取得了較為成功的經驗，Ⅱ、Ⅲ類圍巖光爆殘孔率達90%以上，Ⅳ、Ⅴ類圍巖運用臺階法和導洞領進法控制了較大的超挖和塌方，值得學習和借鑒。監(jiān)理工程師會同業(yè)主主持召開了經驗交流會，確定并實施了相應的“洞挖光爆質量評比獎懲措施”，最終取得了良好的效果。

2.2 針對不良地質洞段，強調做好“四個環(huán)節(jié)”，防止或減少大塌方

福堂水電站引水隧洞洞線長、洞徑大、地質條件復雜，如果不能有效防止和減少大塌方，勢必會造成工期延誤和投資失控。針對這一特點，監(jiān)理工程師于開挖初期即建議業(yè)主組織設計、施工等各方專家進行了專題研究，提出了針對不良地質洞段的旨在防止和減少大塌方 ，并合理控制投資的專門措施，要求各方在施工中根據(jù)各自所擔負的工作內容做好以下“四個環(huán)節(jié)”的工作，即：

(1)認識圍巖。要求設代地質人員與地質預測人員做好地質預測預報工作，著重抓好Ⅲ、Ⅳ類圍巖之間的類別劃分及穩(wěn)定性評價，把預防大塌方、涌水作為預報的重點。在本工程上，業(yè)主聘請了專業(yè)的地質勘察隊伍，利用地質雷達對開挖掌子面前方的圍巖情況進行超前勘察，并出具地質預測報告。設代地質人員參考地質雷達勘察預測報告，結合已開挖揭示的圍巖裂隙發(fā)育特征，預報掌子面前方一定范圍的圍巖地質情況，提交掌子面前方10～20m范圍內的圍巖地質預報。地質預測預報工作通常情況下每隔20m進行一次，但如果任何一方在開挖過程中認為實際揭示的地質情況發(fā)生了變化，需要調整圍巖類別、開挖方法、或支護參數(shù)時，可以要求立即對掌子面前方圍巖進行新一輪的地質預測預報。

(2)保護圍巖。即選擇合理的開挖方法。根據(jù)設計提交的圍巖地質預報，在對圍巖穩(wěn)定做出正確評價的基礎上，督促承包商及時采取與之相適應的掘進方法(如導洞超前領進、臺階開挖、分部開挖、全斷面開挖等)，并調整爆破參數(shù)，從而達到有效地控制超挖和抑制塌方的目的。

(3)支護圍巖。即科學及時的支護措施和精心施工。運用新奧法原理，支護措施應具有適時性、整體性、適應性等特點。洞室開挖后需及時有效地進行初期支護。無論何種圍巖，最及時的措施之一是錨噴混凝土，這是無數(shù)工程經驗和實踐證明最有成效和最經濟的措施。通常情況下，錨噴支護可以作為Ⅱ、Ⅲ類圍巖的一次性安全支護手段。當然，若存在巖爆危險，也不排除需要對Ⅱ、Ⅲ類圍巖進行鋼支撐或格柵拱加強支護。而對Ⅳ、Ⅳ類圍巖，必要時應視巖性特征，隨之跟進鋼支撐、格柵拱、現(xiàn)澆混凝土等補強支護措施。施工過程中，必須根據(jù)設計地質預報和開挖揭示的圍巖地質情況，首先對圍巖穩(wěn)定性作出客觀的評價，并據(jù)此確定合理的支護參數(shù)，不失時機地做好安全支護，確保圍巖不發(fā)生有害變形。

(4)監(jiān)測圍巖。即開展施工期的監(jiān)測和巡查，掌握圍巖變形的動態(tài)資料，這是預防隧洞塌方，特別是對已完成初期支護洞段防止再度發(fā)生大塌方的重要措施。監(jiān)測的重點應放在不良地質洞段和地質條件尚不很清楚以及臨時支護已存在隱患的地段，監(jiān)測的項目力求簡單適用，可主要集中在拱頂下沉、凈空收斂等方面的監(jiān)控量測。這些工作通常都包含在施工合同中，是承包商的責任范圍。但是，在很多時候，承包商都未給與足夠的重視，往往是肉眼觀察圍巖已發(fā)生明顯變形，支護結構已發(fā)生明顯破壞時，才開始布設觀測點，采集觀測數(shù)據(jù)，但已經為時晚矣！通過監(jiān)測圍巖，可以掌握“圍巖+支護結構”的變形程度和發(fā)展趨勢，及時采取必要的加固措施，防止洞室失穩(wěn)甚至發(fā)生坍塌。

福堂水電站隧洞開挖中堅持做好以上“四個環(huán)節(jié)”的工作，收到了明顯的效果，基本上杜絕了大塌方發(fā)生，順利地穿過了許多較大的斷層破碎帶及涌水段，保證了工期，節(jié)約了投資，為順利實現(xiàn)首臺機組提前發(fā)電目標奠定了堅實的基礎。

2.3 在“特殊洞段”支護中，既要達到必要的安全度，又要合理地控制投資

福堂水電站施工合同規(guī)定，對于Ⅳ、Ⅴ類圍巖，如經確認必須采用深錨桿、掛網、鋼支撐等支護形式方能保證施工安全，該洞段即界定為“特殊洞段”，所發(fā)生的上述支護措施界定為“特殊支護”措施，其費用可以計量支付。由于引水隧洞洞線長、洞徑大、地質條件差，因此特殊支護費用控制在整個投資控制中顯得尤為重要。眾多地下工程投資超概，大多與地質條件預測出現(xiàn)大的偏差，支護費用大大超出預算有關。監(jiān)理工程師在“特殊支護”方案的審批中，必須把握“合理安全度”的概念，即不能犧牲投資控制，而一味地采取強支護手段以提高臨時支護的安全度。為此，在工程中采取了以下措施，并取得了良好的效果：

(1)成立有業(yè)主、設計、監(jiān)理地質工程師和監(jiān)理項目工程師參加的專門小組，負責核查、確認“特殊洞段”并審批承包商申報的“特殊支護”措施。

(2)在各類圍巖的臨時支護實施中必須優(yōu)先采用錨噴混凝土(包括鋼筋網)并精心做好施工。錨噴混凝土是各項支護方案中最基本的工藝，也是無數(shù)工程經驗和實踐證明最有成效和最經濟的防止圍巖失穩(wěn)的措施。

(3)在利用格柵鋼拱架部分取代鋼支撐的臨時支護實踐上，較為成功。格柵鋼拱架能與圍巖比較緊密地接觸，再利用噴混凝土將格柵鋼拱架包裹，從而使圍巖、掛網噴混凝土與格柵鋼拱架形成整體，起到共同加固圍巖，防止圍巖失穩(wěn)的良好作用。此外，從費用上比較，格柵鋼架較型鋼拱架節(jié)約鋼材，節(jié)省勞動強度，對本工程而言，每榀米的造價節(jié)約約2 000元。對于斷面稍小的隧洞，采用格柵拱取代鋼支撐在技術上和經濟上的優(yōu)越性將更加明顯。

3 在隧洞混凝土襯砌和回填灌漿質量控制方面采取的主要措施及成效

針對隧洞混凝土襯砌中常見的質量控制問題(諸如如何保證頂拱澆筑飽滿、密實，大塌方段頂拱混凝土回填方法，有水洞段混凝土澆筑，設置預埋灌漿管，回填灌漿質量等等)，本著集思廣益、取長補短的原則，監(jiān)理工程師組織有關各方召開了專題會議進行研究，提出了一系列原則性意見及具體施工措施。

為了提高全體施工人員的質量意識，尤其針對部分鐵道部門承包商在水工混凝土施工方面經驗不足的問題，監(jiān)理工程師及時組織承包商項目領導和技術負責人學習以往工程的經驗和教訓，要求各方在質量問題上必須要有強烈的憂患意識和責任心，至始至終把工程質量抓好。

建議業(yè)主引進地質雷達檢測，作為監(jiān)理工程師控制隧洞襯砌質量的輔助手段。使用地質雷達全面檢測已襯砌洞段的頂拱混凝土施工質量和回填灌漿后頂拱襯砌結構的脫空度。通過頂拱回填灌漿前的雷達檢測，可以直觀的反映檢測部位的混凝土強度是否均勻，澆筑厚度是否達到設計要求，是否飽滿密實等。根據(jù)檢測結果，對于脫空度較大的部位，采取重新灌注流態(tài)混凝土的方式加以處理；對于脫空度較小的部位，可以通過回填灌漿加以處理。回填灌漿和固結灌漿后，再對頂拱部位做一次雷達檢測復查，檢查頂拱部位空腔是否已處理合格，有無遺漏。通過以上兩次雷達檢測，可以確保引水隧洞通水后不會因為頂拱存在空腔而在內、外水壓作用下發(fā)生坍塌。同時，制訂這一制度，也可以從另一個角度強化了施工隊伍的質量意識，消除他們的麻痹大意和僥幸心理，對有效減少或消滅質量隱患起到了重要作用。

4 結 語

福堂水電站引水隧洞具有洞線長、洞徑大、沿線地質條件復雜、結構承受水頭高等特點。在參戰(zhàn)各方的全力配合和積極努力下，隧洞開挖、安全支護、永久噴錨支護和混凝土襯砌工作進行得較為順利，電站發(fā)電工期比合同工期提前了4個月，經濟效益非常顯著。工程質量控制方面取得了較好的效果，福堂水電站工程被授予中國電力優(yōu)質工程獎，調壓井工程和廠區(qū)工程分別被授予天府杯金獎。工程投資控制方面也較為成功，工程最終投資總額控制在概算指標以內。施工過程中，監(jiān)理工程師有針對性地進行了一系列卓有成效的工作，尤其在隧洞開挖、安全支護、費用控制以及永久襯砌、回填灌漿等方面，采取了諸多有效的管控手段，取得了一些成功經驗，為其他類似工程提供借鑒。