越南上昆嵩水電站引水隧洞超前支護(hù)施工

李海軍

（遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司，沈陽(yáng) 110166）

越南上昆嵩水電站引水隧洞超前支護(hù)施工

李海軍

（遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司，沈陽(yáng) 110166）

上昆嵩水電站引水隧洞工期緊，地質(zhì)情況復(fù)雜，因埋深大、地應(yīng)力高、存在高壓涌水區(qū)段和多條斷層破碎帶等不良地質(zhì)條件，易發(fā)生塌方、涌水、巖爆等地質(zhì)災(zāi)害，所以必須采取相應(yīng)的施工輔助工法以防止上述事故的發(fā)生，減少對(duì)設(shè)備、人身安全和工期的影響。施工過程中根據(jù)上昆嵩水電站的地質(zhì)條件和現(xiàn)場(chǎng)施工條件，采用了超前錨桿、超前小鋼管支護(hù)、超前小導(dǎo)管注漿加固、管棚支護(hù)等超前支護(hù)方法，為不良地質(zhì)段施工積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。

水電站；引水隧洞；不良地質(zhì)；施工輔助工法；超前支護(hù)

1 工程概況

上昆嵩（ThuongKonKum）水電站位于越南崑嵩?。↘onTum）公伯隴縣（KonPlong），最大發(fā)電水頭944m，裝機(jī)總?cè)萘?20MW，年發(fā)電量為 1.094×109kWh。

上昆嵩水電站引水隧洞長(zhǎng)17483.00m，其中TBM法（Tunnelboringmachine全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)）開挖12403m（5＋000～17＋403），其余洞段采用鉆爆法開挖，開挖洞徑4.5m。

2 工程地質(zhì)

上昆嵩水電站引水隧洞沿線地表植被茂密、山峰連綿起伏、覆蓋層厚、沖溝發(fā)育，共有18條Ⅳ級(jí)斷層，24條Ⅴ級(jí)斷層，斷層多為陡傾角，與隧洞軸線近直交。Ⅳ－13斷層與洞軸線夾角小，僅為23°，（產(chǎn)狀 N20～30°ENW∠80°，影響帶寬 8～10m），對(duì)施工安全影響較大。

上昆嵩水電站引水隧洞表層巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，受巖石成分、地形形態(tài)、地貌、褶皺、構(gòu)造等因素的影響，風(fēng)化帶分布復(fù)雜，地下水含量豐富，地下水埋深只有6～28.1m。

3 超前支護(hù)的必要性

上昆嵩水電站引水隧洞工期緊，存在洞室埋深大、高地應(yīng)力、高壓涌水、斷層破碎帶等多種不良地質(zhì)條件洞段，在Ⅳ類、Ⅴ類圍巖等自穩(wěn)時(shí)間較短的不良洞段，如軟弱破碎洞段、斷層影響帶施工時(shí)，易發(fā)生大規(guī)模塌方、涌水事故，圍巖完整性雖較好但存在高地應(yīng)力的洞段易發(fā)生巖爆事故。

施工中如果發(fā)生上述事故將對(duì)TBM主機(jī)造成嚴(yán)重破壞，掌子面坍塌可能會(huì)掩埋刀盤及主機(jī)，洞壁發(fā)生坍塌將導(dǎo)致TBM的撐靴無(wú)法支撐，使TBM無(wú)法向前推進(jìn)，涌水量過大會(huì)淹沒TBM主機(jī)和后配套，甚至發(fā)生傷人事故，而且事故的影響也很嚴(yán)重，一旦發(fā)生將占用數(shù)月工期才能處理完畢。

比如，遼寧省某大型輸水工程I期工程TBM1施工段因地質(zhì)不良發(fā)生塌方事故，掩埋TBM刀盤，影響工期數(shù)月；錦屏水電站因?yàn)楦呗裆睿嬖谔貏e高的地應(yīng)力，在排水洞施工時(shí)發(fā)生嚴(yán)重巖爆事故導(dǎo)致一臺(tái)TBM主機(jī)報(bào)廢。

綜合以上原因，上昆嵩水電站輸水洞施工時(shí)，在做好地質(zhì)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，根據(jù)預(yù)報(bào)的結(jié)果和掌子面曝露的圍巖情況，采取有效的超前支護(hù)措施，防止或減少巖爆、涌水、圍巖坍塌等不良地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)于保證施工安全和工期是十分必要的。

4 超前支護(hù)施工方法

根據(jù)上昆嵩水電站的地質(zhì)條件和現(xiàn)場(chǎng)施工條件，采用的超前支護(hù)的方法有超前錨桿、超前小鋼管支護(hù)、超前小導(dǎo)管注漿加固、管棚支護(hù)。

這些超前支護(hù)施工方法有不同的施用范圍和特點(diǎn)，分別介紹如下：

4.1 超前錨桿的施工方法

超前錨桿用于圍巖穩(wěn)定性一般，有局部掉塊的地段，為把松動(dòng)圈內(nèi)圍巖拉結(jié)一起，改變圍巖的應(yīng)力分面，防止進(jìn)一步坍塌，超前錨桿一般布置在拱頂，如果邊墻圍巖穩(wěn)定性不好，有局部地質(zhì)不良體，易發(fā)生塌方時(shí)也可布置。

超前錨桿與鋼拱架或鋼格柵配合使用，其尾部焊接在鋼拱架或鋼格柵的腹部。

超前錨桿主要有砂漿錨桿、邁式錨桿、藥包錨桿等，上昆嵩水電站引水隧洞采用價(jià)格低、適用性強(qiáng)的注漿錨桿。

施工時(shí)先測(cè)量放點(diǎn)，TBM施工時(shí)用超前鉆機(jī)鉆孔，鉆爆法施工時(shí)用 YT28氣腿鉆鉆孔，孔徑為42mm，孔深3.5～4m，然后用早強(qiáng)水泥砂漿進(jìn)行滿孔注漿，隨即將錨桿插入孔底，在孔口安裝托板固定。

為便于焊接在鋼拱架或鋼格柵的尾部，錨桿尾部外露10～150mm。為保證形成可靠的空間組合受力體，超前錨桿的縱向水平投影搭接長(zhǎng)度≥1.0m。

4.2 超前小鋼管施工方法

超前小鋼管效果好于超前錨桿，用于節(jié)理裂隙較發(fā)育的洞段或圍巖含夾層的洞段中，布置方法同超前錨桿。

先在圍巖上測(cè)量放點(diǎn)，TBM施工時(shí)用超前鉆機(jī)鉆孔，鉆爆法施工時(shí)用 YT28氣腿鉆鉆孔，孔徑為42mm。

為容易打入鉆孔，超前小鋼管頂部需加工成尖錐，同時(shí)為防止打入鉆孔時(shí)管尾開裂，還需在管尾焊一道鋼筋箍。用錘擊或鉆機(jī)法把超前小鋼管頂入鉆孔內(nèi)。

超前小鋼管一般長(zhǎng)3.2m，為保證形成可靠的空間組合受力體，兩排超前小鋼管的縱向水平投影搭接長(zhǎng)度≥1.0m，外露部分處理方法同超前錨桿［1］。

4.3 超前小導(dǎo)管注漿的施工

超前小導(dǎo)管注漿的性能比超前錨桿和超前小鋼管更好，適用于軟弱圍巖，開挖后拱部不能自穩(wěn)的洞段。

超前小導(dǎo)管注漿由于增加了注漿過程，漿液能充填圍巖內(nèi)的各種縫隙，固化后不僅能提高圍巖的整體性和強(qiáng)度，還能使小導(dǎo)管和周圍巖體固結(jié)成一體，共同形成承載殼，可有效控制拱頂下沉，防止坍塌，保證施工安全。

超前小導(dǎo)管采用φ42無(wú)縫熱軋鋼管加工而成，長(zhǎng)3.5m，為方便插打，防止?jié){液向前沖，其前端加工成錐形。

超前小導(dǎo)管外壁梅花形鉆設(shè)溢漿孔，孔距15cm左右，鉆孔直徑為8mm左右，為防止漏漿尾部1.0m范圍內(nèi)不鉆孔，在超前小導(dǎo)管末端焊一道φ6環(huán)形箍筋以防止打入圍巖時(shí)開裂，影響注漿管的聯(lián)接。

超前小導(dǎo)管一般布置在隧洞頂部120°范圍內(nèi)，沿隧洞縱向向外以10°～30°外插角鉆孔打入圍巖，一般環(huán)向間距200～500mm，為保證形成可靠的空間組合受力體，兩排超前小導(dǎo)管縱向水平搭接長(zhǎng)度≥1.0m，超前小導(dǎo)管的布設(shè)方法類同超前錨桿和超前小鋼管［2］。

超前小導(dǎo)管注漿法施工時(shí)為防止漏漿，先在掌子面附近洞壁上噴50～100mm厚混凝土進(jìn)行封閉，再測(cè)量放點(diǎn)，TBM法施工時(shí)用超前鉆機(jī)鉆孔，鉆爆法施工時(shí)用 YT28氣腿鉆鉆孔，鉆頭直徑不小于42mm，用氣動(dòng)錘將小導(dǎo)管振入孔內(nèi)，在圍巖松軟時(shí)，可采用風(fēng)鎬將小導(dǎo)管直接打入圍巖。

小導(dǎo)管插入圍巖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行注漿，先用高壓風(fēng)清掃小導(dǎo)管，再根據(jù)地質(zhì)情況按可灌比或滲透系數(shù)確定注漿類型，上昆嵩水電站引水隧洞施工過程中采用造價(jià)較低的水泥漿灌注，在工程實(shí)踐中如需要漿液快速凝固時(shí)，也可以使用成本高但凝固時(shí)間更短的水泥—水玻璃雙液漿灌注。

水泥單液注漿采用型號(hào)為UB8.0灌漿泵灌注水泥漿，用分漿器進(jìn)行多管并聯(lián)自下而上注漿，漿液水灰比按照1.5∶1，1∶1，0.8∶1共 3個(gè)等級(jí)由稀到濃逐級(jí)變換。注漿壓力控制在0.5～1.0MPa，為防止?jié){液外流，注漿完成后立即用止?jié){塞堵住孔口。

注漿中若發(fā)生與多孔串漿時(shí)，先將串漿的孔用止?jié){塞臨時(shí)封堵，本批次注漿完成后，立即對(duì)串漿孔進(jìn)行注漿，拔出臨時(shí)止?jié){塞，如果有漿液外流，就直接接管注漿，如果無(wú)漿液外流則用高壓風(fēng)或水清洗超前小導(dǎo)管后再接管注漿。

注漿過程中如果發(fā)現(xiàn)注漿壓力突升，應(yīng)立即停機(jī)檢查是否發(fā)生堵管并及時(shí)清理堵塞物；如果注漿壓力長(zhǎng)時(shí)間達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)檢查是否有漿液流到別處的現(xiàn)象或輸漿管窩漿現(xiàn)象，如果有流到別處的現(xiàn)象可以調(diào)整漿液配合比，縮短膠凝時(shí)間，進(jìn)行小量低壓或間歇性注漿，如果采用間歇注漿法則間歇時(shí)間不應(yīng)超過膠凝時(shí)間［3］。

為保證漿液的凝固時(shí)間，使圍巖形成足夠的強(qiáng)度，根據(jù)漿液種類在超前小導(dǎo)管注漿完成后4～8h后再進(jìn)行開挖施工。為防止下一次注漿時(shí)孔口跑漿，開挖時(shí)保留1.5～2.0m長(zhǎng)已注漿洞段用做止?jié){墻。

4.4 管棚的施工

管棚造價(jià)高、施工難度大，工期長(zhǎng)，能把很長(zhǎng)的不良地質(zhì)段的圍巖通過棚管、鋼拱架、注漿等方式組合成一個(gè)空間受力體，使隧洞開挖和二次襯砌在管棚的保護(hù)下安全施工，主要用于嚴(yán)重風(fēng)化巖或斷層破碎巖體，開挖后圍巖不能自穩(wěn)或只能在很短時(shí)間內(nèi)自穩(wěn)的情況下。

管棚分為長(zhǎng)管棚和短管棚，一般長(zhǎng)5～30m，沿隧洞斷面環(huán)向布設(shè)，棚管中心距為管徑的2～3倍。管棚的棚管有一定的外張角，棚管又較長(zhǎng)，其末端必然距隧洞開挖邊線較遠(yuǎn)，因此為保證拱頂圍巖的穩(wěn)定，兩組管棚的縱向搭接長(zhǎng)度應(yīng)≥3m。

管棚的鋼管內(nèi)徑為75mm，壁厚5mm，接頭采用絲扣長(zhǎng)150mm的厚壁管箍連接，為使棚管的接頭錯(cuò)開布置，棚管分4、5、6m3種長(zhǎng)度，第一節(jié)管交替使用4m、6m長(zhǎng)的鋼管，后續(xù)管使用5m長(zhǎng)的鋼管。管棚鋼管上鉆直徑8mm的小孔，孔間距25cm，梅花形布置。

管棚按以下步驟施工：

4.4.1 鉆孔

TBM法施工時(shí)用超前鉆機(jī)，鉆爆法施工時(shí)用100B鉆機(jī)。

先在隧洞拱部鉆設(shè)仰角為 5°～7°，孔徑為105mm的超前孔。因鉆孔較深，鉆進(jìn)過程中需接長(zhǎng)鉆管，采用與鉆桿同材質(zhì)的鉆桿連接套連接鉆桿，鉆桿連接套的兩端加工成內(nèi)螺紋與鉆桿首尾端的外螺紋配合連接。

超前孔直徑大于管棚外徑5～20mm，孔深大于管長(zhǎng)0.5m。

鉆孔完成后要用鉆機(jī)清除孔底浮渣，再用高壓風(fēng)吹掃鉆孔，用測(cè)桿測(cè)量孔深，以確保孔徑、孔深滿足要求。

4.4.2 頂管

超前孔鉆完后立即進(jìn)行頂管作業(yè)，把鉆機(jī)的沖擊壓控制在 1.8～2.2MPa，推進(jìn)壓控制在 4～6MPa，不使用回轉(zhuǎn)壓力將安有工作管頭的棚管沿鉆孔低速推進(jìn)，當(dāng)孔外剩余30～40cm長(zhǎng)棚管時(shí)，鉆機(jī)反轉(zhuǎn)分離頂進(jìn)連接套和棚管，裝上第二節(jié)棚管，鉆機(jī)再緩慢低速前進(jìn)對(duì)準(zhǔn)前一節(jié)棚管的尾部，連接棚管，然后再次低速頂進(jìn)棚管，重復(fù)上述步驟直到管棚達(dá)到設(shè)計(jì)長(zhǎng)度。

4.4.3 棚管補(bǔ)強(qiáng)

為提高管棚的剛度和強(qiáng)度，按設(shè)計(jì)點(diǎn)位將鋼管全部安裝完畢后，清理管內(nèi)殘?jiān)?，進(jìn)行棚管補(bǔ)強(qiáng)。管棚支護(hù)中一般采用造價(jià)較低的水泥漿，利用水泥漿把棚管周圍的巖石縫隙填充固結(jié)，形成一個(gè)整體，共同受力。

水泥漿水灰比控制在1∶1～3∶1，注漿初壓0.5～1.0MPa，終壓為1.0～2.0MPa，注漿結(jié)束后用 M10水泥砂漿填充棚管，形成鋼管混凝土。

TBM在管棚的支護(hù)洞段采用短進(jìn)尺開挖，每次進(jìn)尺0.6～0.9m，換步時(shí)立即支立鋼拱架，進(jìn)行錨噴支護(hù)。

5 總 結(jié)

對(duì)于上昆嵩水電站引水隧洞這種埋深大、地應(yīng)力高、高壓涌突水、斷層破碎帶多等復(fù)雜地質(zhì)條件下的工程，在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的基礎(chǔ)上，根據(jù)地質(zhì)條件和現(xiàn)場(chǎng)施工條件，采用超前錨桿、超前小鋼管支護(hù)、超前小導(dǎo)管注漿加固、管棚支護(hù)等超前支護(hù)方法，能有效減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，保證施工安全，為類似工程的施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

［1］宋濤.TBM不良地質(zhì)地段施工技術(shù)［J］.湖南水利水電，2010（04）：19－22.

［2］劉曉舟.小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)在引水隧洞工程中的應(yīng)用［J］.西部探礦工程，2010（07）：148－150.

［3］周衛(wèi)霞.TBM在富水帶的施工技術(shù)措施［J］.石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（03）：27－31.

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1007－7596（2014）08－0094－03

2014－04－25

李海軍（1983－），男，內(nèi)蒙古和林格爾人，工程師，從事水利工程施工管理和運(yùn)行管理工作。