安全技術(shù)措施在甲米河電站引水隧洞施工中的運(yùn)用

劉 武

(四川鹽源甲米河水電開發(fā)有限公司，四川鹽源，615700)

甲米河位于四川省涼山州鹽源縣境內(nèi)，甲米河流域電站由兩級(jí)引水式電站組成，總裝機(jī)60MW。其中，甲米河一級(jí)水電站裝機(jī)36MW，引水隧洞全長11.078km，利用落差90m，引用流量45.45m3，年發(fā)電量1.5億kW·h;甲米河二級(jí)水電站裝機(jī)24MW，引水隧洞全長5.140km，利用落差60m，引用流量45.45m3，年發(fā)電量1億 kW·h，其庫區(qū)水位接一級(jí)電站尾水位。本文主要介紹此兩級(jí)電站引水隧洞施工中的安全技術(shù)措施。

1 引水隧洞工程難點(diǎn)

甲米河流域位于橫斷山脈北西側(cè)，屬川西南山地褶皺高山峽谷地貌，歷史上地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)劇烈，巖體破碎，地下水較豐富，有大型麥加坪斷層穿越，工程區(qū)域?qū)俚卣鸶甙l(fā)區(qū)，1976年曾發(fā)生過兩次中強(qiáng)地震(6.2～6.7級(jí))，兩級(jí)電站引水隧洞穿越的巖層，絕大部分屬灰?guī)r、砂巖、泥巖等軟性沉積巖，少部分屬玄武巖等巖漿巖。

考慮甲米河流域電站地形地貌特點(diǎn)及施工支洞長短的經(jīng)濟(jì)性，支洞多布置在沖溝旁邊或陡峻高邊坡下，支洞口泥石流倒灌及飛石防護(hù)是一大技術(shù)難點(diǎn)。

兩級(jí)電站共16km多長引水隧洞，其中約14km需穿越灰?guī)r、砂巖、泥巖等軟性沉積巖。鹽塘組及白山組灰?guī)r受地殼構(gòu)造擠壓破碎嚴(yán)重，尤其是工程區(qū)域處在1976年兩次中強(qiáng)地震震中區(qū)，在地下水發(fā)育洞內(nèi)易引起大規(guī)模涌水涌渣大塌方安全隱患;砂巖、泥巖遇水及施工過程外力擠壓易泥化，有掉塊及洞段垮塌安全隱患;煤系地層有瓦斯CH4、CO、H2S等有害氣體，伴有地下水發(fā)育洞段需同時(shí)防大塌方。

2 安全技術(shù)措施在引水隧洞施工中的運(yùn)用

2.1 支洞施工中的安全技術(shù)措施

在沖溝邊支洞口布置防護(hù)，主要是解決汛期沖溝泥石流倒灌對(duì)施工人員和設(shè)備產(chǎn)生的重大安全隱患。甲米河一級(jí)1#、2#、3#及4#支洞，甲米河二級(jí)4#、5#支洞布置在沖溝旁邊，甲米工程區(qū)域水土流失較嚴(yán)重，氣候特點(diǎn)是“冬春一場風(fēng)、夏秋一場雨”，在當(dāng)?shù)叵隆佰幺缬辍奔淳植慷虝r(shí)段強(qiáng)降雨時(shí)，往往形成較大泥石流，尤其是一級(jí)2#、3#支洞附近沖溝屬典型泥石流沖溝。結(jié)合工程水保環(huán)保方案，對(duì)各沖溝進(jìn)行了漿砌石或混凝土渠化，對(duì)沖溝過洞口段進(jìn)行了加高防護(hù)，確保支洞口汛期防洪安全。一級(jí)3#施工支洞地形復(fù)雜，順河上下游側(cè)均有泥石流沖溝，另采取專項(xiàng)安全技術(shù)措施進(jìn)行治理;施工初期將順河下游側(cè)主溝漿砌石渠化后，在第一年汛期發(fā)現(xiàn)順河上游側(cè)沖溝是泥石流溝且汛期泥石流量較大，對(duì)3#施工支洞開洞口施工造成了一定安全隱患，因3#施工支洞是倒坡設(shè)計(jì)，若處理不好，后續(xù)兩年主洞開挖襯砌汛期施工可能出現(xiàn)泥石流經(jīng)3#支洞倒灌引水隧洞的重大人員設(shè)備安全隱患。經(jīng)參建各方現(xiàn)場踏勘及會(huì)商，采取明拱延長支洞形成局部順坡，在支洞明拱上布置大縱坡泥石流渡槽明渠，確保汛期及時(shí)將順河上游側(cè)泥石流排入順河下游側(cè)主沖溝(見圖1)。

圖1 甲米一級(jí)3#支洞上游側(cè)泥石流渡槽布置

布置在高邊坡下的支洞防護(hù)，主要是防高邊坡飛石傷人傷設(shè)備。甲米河工程區(qū)域位于橫斷山脈北西側(cè)，屬川西南山地褶皺高山峽谷地貌，植被較差，汛期雨后常發(fā)生飛石滾落洞口，冬秋季當(dāng)?shù)乩习傩辗叛蛞矔r(shí)有羊子蹬落飛石。甲米河二級(jí)1#、2#、3#支洞，甲米一級(jí) 0#、5#支洞布置在高邊坡下，工程除對(duì)洞臉掛網(wǎng)噴護(hù)外，主要采取被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)防護(hù)高邊坡飛石。對(duì)陡峻高邊坡下進(jìn)洞，洞口場地狹窄的甲米河二級(jí)2#施工支洞，除采取被動(dòng)網(wǎng)防護(hù)外，主要采取延長施工明拱，在支洞內(nèi)圍巖好洞段開挖洞室，把原擬規(guī)劃布置在洞口的臨時(shí)設(shè)施空壓機(jī)等重新規(guī)劃布置在洞室內(nèi)，確保施工人員及施工設(shè)備安全。

布置在坡積體下進(jìn)洞的支洞，主要是監(jiān)控邊坡整體下滑剪斷、或大面積冒頂并掩埋施工支洞進(jìn)洞段。二級(jí)4#施工支洞在進(jìn)洞約15m左右，施工方發(fā)現(xiàn)已開挖襯砌的混凝土有明顯變形裂縫，且有明顯擴(kuò)大趨勢(shì)，參建業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理及施工方現(xiàn)場踏勘后果斷決策，廢棄原施工支洞(一周后原施工支洞被山體局部表層滑坡剪斷了襯砌混凝土并被完全掩埋)，在順河上游約50m以外基巖出露成洞條件較好位置重新開支洞，雖增加了一定投資，但及時(shí)避免了一起大的人員設(shè)備安全事故隱患。

2.2 引水隧洞進(jìn)水口施工中的安全技術(shù)措施

引水隧洞進(jìn)水口的現(xiàn)場布置即具體坐標(biāo)位置選擇，很大程度上決定了施工期安全及后期電站運(yùn)營安全，對(duì)現(xiàn)場地形、地貌、地質(zhì)有條件進(jìn)行樞紐布置整體或局部調(diào)整的盡量精準(zhǔn)定位后調(diào)整，對(duì)現(xiàn)場不具備樞紐位置重新布置條件或從技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比調(diào)整方案不可取的，則應(yīng)提前做好引水隧洞進(jìn)水口施工過程中出現(xiàn)大面積冒頂?shù)劝踩[患的安全技術(shù)措施儲(chǔ)備。

甲米河一級(jí)引水隧洞進(jìn)水口位置可研階段方案位于現(xiàn)庫區(qū)上游一小沖溝處，為確保引水隧洞進(jìn)水口施工安全及后續(xù)運(yùn)營安全，設(shè)計(jì)單位對(duì)閘壩樞紐建筑進(jìn)行了總體布置調(diào)整，調(diào)整后閘壩樞紐整體往下游平移了42m，往左岸平移了2.5m，從而使甲米河一級(jí)引水隧洞進(jìn)水口布置在沖溝下游陡峻完整基巖處，確保了引水隧洞進(jìn)水口施工安全及運(yùn)營期防汛安全，同時(shí)也減少了進(jìn)水口開挖襯砌工程量，進(jìn)而減少了工程造價(jià)。

甲米河二級(jí)引水隧洞進(jìn)水口因現(xiàn)場地形限制，布置在順河右側(cè)邊坡，邊坡下部壩軸線順河上下游有基巖出露，邊坡上部為坡積層，主要由塊碎石土、砂土顆粒、砂質(zhì)土組成。隧洞開口位置澆筑鋼筋混凝土明拱，在明拱的保護(hù)下開挖進(jìn)洞，2012年3月25日開挖至K0+006m時(shí)出現(xiàn)了坡積層塌方冒頂。塌方發(fā)生后，參建幾方共同商定后及時(shí)啟動(dòng)了冒頂塌方安全技術(shù)儲(chǔ)備方案(參見圖2):①采用C20(二)泵送混凝土對(duì)冒頂空腔處進(jìn)行間歇性分層澆筑回填;②啟動(dòng)并加快進(jìn)水閘工程施工，盡快將進(jìn)水閘閘墩上升至2056m高程，同步采用C20(二)泵送混凝土將進(jìn)水閘與邊坡之間空間回填密實(shí)，以限制邊坡中下部坡積層出現(xiàn)整體性滑動(dòng)趨勢(shì);③為保證汛期1#施工支洞控制段上游主洞能正常施工，防止洪水涌入洞內(nèi)，采取在引K0+000樁號(hào)砌筑M10漿砌石擋水墻。擋水墻厚1.5m，迎水面5cm厚M10砂漿抹面(擋水墻后期人工拆除);④后期進(jìn)水口漸變段引K0+000～K0+012m從1#施工支洞控制段上游進(jìn)行開挖支護(hù)，開挖前先對(duì)該洞段超前固結(jié)灌漿，固結(jié)塌方堆積體，同時(shí)采用注漿小導(dǎo)管超前支護(hù)，以確保該洞段施工安全。

圖2 甲米河二級(jí)引水隧洞進(jìn)水口冒頂處理方案示意

2.3 穿越地震滑塌區(qū)洞段的安全技術(shù)措施

甲米河一級(jí)引水隧洞1#支洞至2#支洞間有1976年兩次中強(qiáng)地震形成的長約1.5km、寬約0.7km的地震滑坡堆積體，為確保引水隧洞施工期成洞及后期運(yùn)行安全，在前期規(guī)劃引水隧洞線路走向基礎(chǔ)上，可研階段業(yè)主和設(shè)計(jì)對(duì)引水隧洞線路走向進(jìn)行了精準(zhǔn)調(diào)整，安排測量技術(shù)人員現(xiàn)場復(fù)測了震滑堆積體及滑動(dòng)面靠山側(cè)具體坐標(biāo)，并點(diǎn)繪在工程總平面布置圖上;在滑動(dòng)面走向靠山內(nèi)側(cè)開口線約50m外，確定了引水隧洞拐點(diǎn)P4(參見圖3)，從而確保1#施工支洞至2#施工支洞間(K1+322.335m～K3+359.69m)2km引水隧洞布置在未滑塌母巖內(nèi)。

圖3 一級(jí)1#、2#支洞間地震滑塌體測量后，精準(zhǔn)定位調(diào)整引水隧洞線路走向

2.4 穿越煤系地層、有害氣體洞段的安全技術(shù)措施

根據(jù)可研報(bào)告地質(zhì)勘察分析，甲米河一級(jí)3#施工支洞上游有近1km引水隧洞需穿越二迭系上統(tǒng)樂平組(P2L)地層，樂平組(P2L)巖性為中薄層砂巖、泥巖與頁巖、碳質(zhì)頁巖互層，夾煤層及煤線，屬四川涼山州地區(qū)易出現(xiàn)煤層的典型地層。2009年10月19日，當(dāng)3#支洞控制段上游開挖至K5+794m掌子面時(shí)，出現(xiàn)煤層，厚度0.1m～1.5m，經(jīng)及時(shí)檢測在局部通風(fēng)不暢洞頂瓦斯易聚集部位初期 CH4濃度達(dá) 10%，CO2濃度達(dá)0.56%，后加強(qiáng)通風(fēng)測試，CH4濃度降為0.26%，CO2濃度降為0.10%。分析后認(rèn)為，甲米河一級(jí)3#支洞上游控制段屬高瓦斯隧洞，需立即采取由正常水工隧洞施工工況轉(zhuǎn)為高瓦斯?jié)舛让旱V掘進(jìn)開挖支護(hù)施工工況:①組織保障。承包商立即成立以項(xiàng)目經(jīng)理為組長的瓦斯特殊洞段施工領(lǐng)導(dǎo)小組，負(fù)責(zé)組織實(shí)施現(xiàn)場措施，監(jiān)督檢查項(xiàng)目部瓦斯控制的各環(huán)節(jié)，提高緊急情況下的決斷效率，必要時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案;②通風(fēng)保障。業(yè)主新購一臺(tái)300kW柴油發(fā)電機(jī)交承包商使用，另增加2臺(tái)2×55kW鼓風(fēng)機(jī)，確保上下游兩個(gè)掌子面供風(fēng)能力達(dá)2000m3/min，建立24h不間斷通風(fēng)制度;③加強(qiáng)瓦檢。礦山專業(yè)瓦檢人員瓦斯跟班檢測并及時(shí)公示，建立進(jìn)洞專人?？z查放行制度;④電路照明及設(shè)備改造。原普通電線改為 VV3×120mm2+1×70mm2防爆電纜，洞內(nèi)照明采用ExdI型防爆照明燈，工人采用KL205型礦燈，對(duì)洞內(nèi)設(shè)備排氣管等重點(diǎn)部位采取針對(duì)性防護(hù)措施;⑤加強(qiáng)進(jìn)洞作業(yè)人員專項(xiàng)安全教育及專項(xiàng)安全技能培訓(xùn);⑥洞內(nèi)鉆爆及支護(hù)施工技術(shù)措施保障，參照《煤礦安全規(guī)程》、《鐵路瓦斯隧道技術(shù)規(guī)程》、《爆破安全規(guī)程》，制定針對(duì)性鉆爆技術(shù)措施并嚴(yán)格操作執(zhí)行。支護(hù)盡量采取鋼筋搭接方式，必須動(dòng)電焊時(shí)采取局扇加強(qiáng)局部通風(fēng);⑦制定應(yīng)急救援安全預(yù)案。按照以上安全技術(shù)措施，甲米河一級(jí)3#施工支洞控制段上游與2#施工支洞控制段下游之間引水隧洞，基本按合同總進(jìn)度節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了隧洞安全貫通。

甲米河二級(jí)2#施工支洞控制段下游2012年2月14日開挖至K2+229m樁號(hào)，擊穿了遠(yuǎn)源點(diǎn)不明有害氣體通道，致使作業(yè)面工人有不同程度昏迷前兆。后確定不明有害氣體主要為CO。次日業(yè)主及承包商請(qǐng)地方安監(jiān)局會(huì)同礦山檢測大隊(duì)對(duì)隧洞進(jìn)行了全洞段檢測，未發(fā)現(xiàn)有害氣體超標(biāo)，經(jīng)增加通風(fēng)設(shè)備及柴油發(fā)電機(jī)到位，采取24h不間斷通風(fēng)制度及跟班進(jìn)行有害氣體檢測制度，并對(duì)K2+229m洞段重點(diǎn)檢測及采取局扇等措施后，恢復(fù)了施工。按以上安全技術(shù)措施，甲米河二級(jí)2#施工支洞控制段下游與3#施工支洞控制段上游引水隧洞，按合同總進(jìn)度節(jié)點(diǎn)略有提前實(shí)現(xiàn)了隧洞安全貫通。

2.5 塌方洞段的安全技術(shù)措施

甲米河流域兩級(jí)電站在施工過程中出現(xiàn)了加大塌方共15次，根據(jù)塌腔涌水嚴(yán)重與否，大致可分為兩種類型:(1)塌方伴隨大量涌水。屬于此類塌方洞段有一級(jí)1#支洞控制段2處及一級(jí)4#支洞平交段1處。處理技術(shù)措施也分兩種:一種是外側(cè)改線繞道通過(內(nèi)側(cè)原洞段作為截水排水洞使用)一級(jí)電站1#洞控制段2處塌方即采用此技術(shù)方案。第二種處理技術(shù)方案是先打涌水處理導(dǎo)洞引排降水位再處理塌腔，一級(jí)電站4#支洞與引水隧洞平交段即采用此技術(shù)方案;(2)塌方伴隨少量涌水或基本無地下水涌出。兩級(jí)電站其余12處塌方洞段，基本屬第二類。根據(jù)不同塌腔情況及技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，處理技術(shù)措施大致分為三種:一種是塌方段明顯露出塌腔，采取塌腔回填混凝土再二次開挖通過，這是用的最多的一種技術(shù)措施方案，兩級(jí)電站共10處均采用此方案成功穿越塌方洞段;第二種是塌方段未露出塌腔且塌方段較長不敢貿(mào)然出渣，對(duì)這類情況采取大管棚注漿加工字鋼拱架強(qiáng)行穿越，一級(jí)3#洞K5+012m～K5+038m即采取此方案成功穿越塌方洞段;第三種是塌方段位于施工支洞三岔口，經(jīng)圍巖對(duì)比及經(jīng)濟(jì)比較，采取退一步海闊天空，在支洞已開挖洞段離原引水隧洞中線12m圍巖更好位置，重新開引水隧洞上下游面，即外側(cè)12m改線繞過方案，二級(jí)電站4#支洞平交段塌方即采取此外側(cè)繞過技術(shù)措施。

現(xiàn)以甲米河二級(jí)電站1#支洞控制段上游K0+007m～K0+019m塌方洞段處理方案為例，詳細(xì)闡述塌腔回填混凝土再二次開挖通過方案。2012年9月19日，甲米河二級(jí)1#施工支洞往上游施工至K0+012m樁號(hào)時(shí)，因該洞段仍屬碎石土松散坡積層堆積體，遭遇較大地下線狀滲水，導(dǎo)致掌子面前后洞段出現(xiàn)較大范圍塌方，經(jīng)查勘塌腔最高處近7m。參建幾方共同商定后及時(shí)啟動(dòng)了塌方安全技術(shù)儲(chǔ)備方案:①對(duì)靠近塌方洞段進(jìn)行工字鋼拱架+錨桿支護(hù)加固，防止塌腔范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，并對(duì)塌方部位素噴5cm厚C20混凝土進(jìn)行封閉，保證后續(xù)施工安全;②利用ZL50C裝載機(jī)配合PC200挖掘機(jī)回填洞渣至設(shè)計(jì)線以上塌腔;③埋一根7m長φ120mm混凝土泵管及一根φ48mm通氣管，澆筑泵送混凝土回填塌腔;④K0+019m～K0+012m采取 I14@50cm工字鋼拱架，配Φ25mmL=3m鎖腳錨桿及Φ22mmL=0.8m聯(lián)系鋼筋及φ8mm@20cm×20cm鋼筋網(wǎng)，噴20cm厚C20混凝土進(jìn)行強(qiáng)支護(hù);⑤K0+012m～K0+007m剩余洞段鉆爆前先預(yù)固結(jié)灌漿，同時(shí)在設(shè)計(jì)線拱圈以上用注漿小導(dǎo)管超前支護(hù)，再按Ⅴ類圍巖加強(qiáng)支護(hù)。通過采取以上安全技術(shù)措施，甲米河二級(jí)引水隧洞進(jìn)水口段順利通過了近15m坡積層洞段。

表1甲米河流域電站15處較大塌方情況一覽

甲米河流域兩級(jí)電站各塌方洞段具體情況參見表1。

3 結(jié)語

甲米河一級(jí)電站2012年5月建成并同期投產(chǎn)發(fā)電，甲米河二級(jí)電站2013年7月建成，因地方電網(wǎng)因素至同年11月投入商業(yè)運(yùn)營。兩級(jí)電站引水隧洞(含施工支洞)開挖及襯砌施工自2008年7月至2013年7月歷時(shí)整5年，因安全管理四大體系完善，尤其是安全技術(shù)措施運(yùn)用得當(dāng)，5年來通過采取延長支洞明拱及渡槽引排，成功應(yīng)對(duì)了沖溝泥石流對(duì)施工支洞口的沖擊。采取現(xiàn)場地質(zhì)勘察及精準(zhǔn)測繪技術(shù)，避開1976年兩次6.2～6.7級(jí)中強(qiáng)地震殘留地震滑塌堆積體區(qū)域，從而成功穿越了近1km地震滑塌區(qū)。采取加強(qiáng)通風(fēng)及加強(qiáng)瓦檢監(jiān)測為主，調(diào)整正常隧洞施工方案為瓦斯工況下地下洞室施工方案，成功穿越了近1km煤系地層。采取改線繞過方案、塌腔回填混凝土二次開挖方案及大管棚方案，成功穿越了兩級(jí)電站共15處較大規(guī)模塌方洞段。5年來在兩級(jí)電站建設(shè)過程中，未發(fā)生一起生產(chǎn)性安全重傷及死亡事故，連續(xù)5年被水電四川公司評(píng)為安全生產(chǎn)單位，2010年被中國水電股份公司評(píng)為安全生產(chǎn)項(xiàng)目部。