復(fù)雜地質(zhì)條件下隧洞開(kāi)挖支護(hù)施工技術(shù)

潘福營(yíng)，李璟延

（國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司基建部，北京市 100761）

復(fù)雜地質(zhì)條件下隧洞開(kāi)挖支護(hù)施工技術(shù)

潘福營(yíng)，李璟延

（國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司基建部，北京市 100761）

某抽水蓄能電站通風(fēng)洞地質(zhì)條件復(fù)雜，圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水位較高，存在大量的滲水，主要以Ⅳ類(lèi)、Ⅴ類(lèi)圍巖為主，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在施工過(guò)程中采取了一些開(kāi)挖支護(hù)施工技術(shù)，保證了隧洞安全順利地完成。

抽水蓄能電站；通風(fēng)兼安全洞；地質(zhì)條件復(fù)雜；施工技術(shù)

0 引言

某抽水蓄能電站的通風(fēng)兼安全洞采用城門(mén)洞型，開(kāi)挖斷面尺寸為9.2m×8.1m（寬×高），洞長(zhǎng)1084.18m，平均縱坡6.5%。根據(jù)洞室的圍巖分類(lèi)，對(duì)Ⅲ類(lèi)圍巖采取系統(tǒng)錨桿+掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)型式；對(duì)Ⅳ、Ⅴ類(lèi)圍巖采取系統(tǒng)錨桿+掛網(wǎng)噴混凝土支護(hù)+鋼支撐拱架+混凝土襯砌的復(fù)合支護(hù)型式。鋼支撐采用I20工字鋼，Ⅳ類(lèi)圍巖工字鋼間距1.2m，Ⅴ類(lèi)圍巖工字鋼間距0.8m。

該電站通風(fēng)兼安全洞地質(zhì)條件復(fù)雜，節(jié)理裂隙發(fā)育，很多部位圍巖傾角很緩，加之地下水豐富，巖石的自穩(wěn)能力相對(duì)較差，經(jīng)實(shí)際統(tǒng)計(jì)，Ⅲ類(lèi)圍巖占6.76%，Ⅳ類(lèi)圍巖占73.11%，Ⅴ類(lèi)圍巖占20.13%，而且地下水豐富，最大的涌水量達(dá)到6000m3/d。中間還夾有斷層和巖脈等地質(zhì)缺陷，存在很大的安全隱患，施工難度非常大，為了保證隧洞施工安全順利地進(jìn)行，隧洞開(kāi)挖支護(hù)施工嚴(yán)格遵循“超前勘探、超前排水、超前支護(hù)、短進(jìn)尺、弱爆破、勤量測(cè)、少擾動(dòng)、早封閉、強(qiáng)支護(hù)”的原則。同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采取了各種施工技術(shù)措施，整個(gè)施工過(guò)程中發(fā)生了6次大的塌方，若干小的塌方，為水電工程少見(jiàn)，但未發(fā)生一起安全事故，順利完成了整個(gè)項(xiàng)目的施工。通過(guò)該項(xiàng)目取得了很多有效的經(jīng)驗(yàn)和方法。

1 隧洞開(kāi)挖支護(hù)施工技術(shù)

1.1 洞軸線(xiàn)首先返測(cè)到地面上

根據(jù)前期地質(zhì)水文勘探資料和探洞的實(shí)際情況，本項(xiàng)目地質(zhì)條件非常復(fù)雜，有道是逢溝必?cái)?，測(cè)量人員首先將洞軸線(xiàn)返到地面上，做好明顯的標(biāo)志，同時(shí)計(jì)算出地面與隧洞頂?shù)母卟?。工程技術(shù)和地質(zhì)人員沿線(xiàn)進(jìn)行查勘，根據(jù)地面的情況進(jìn)一步了解和初步判斷該項(xiàng)目的地質(zhì)情況，將地面沖溝的部位、有水塘的部位測(cè)量洞線(xiàn)樁號(hào)，標(biāo)注在圖上，在快開(kāi)挖到這些部位時(shí)，提前采取一定的措施，對(duì)安全施工起到了一定的保障作用。

1.2 做好超前地質(zhì)勘探

做好長(zhǎng)距離超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和短距離超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作。長(zhǎng)距離超前地質(zhì)預(yù)報(bào)可以預(yù)測(cè)工作面前方200m以上的距離，甚至更遠(yuǎn)。長(zhǎng)距離超前預(yù)報(bào)采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行，同時(shí)主要依靠設(shè)計(jì)地質(zhì)人員結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)資料，根據(jù)實(shí)際開(kāi)挖圍巖情況和其他部位圍巖揭露情況以及前期勘探資料綜合分析論證得出。短距離超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，主要預(yù)報(bào)掌子面前20m左右的距離。在實(shí)際施工過(guò)程中主要采用了潛孔鉆進(jìn)行超前勘探，潛孔鉆超前勘探具有快速、靈活、施工方便、費(fèi)用低等特點(diǎn)，施工速度快，潛孔鉆鉆孔深度能達(dá)到20m以上，通過(guò)實(shí)際鉆進(jìn)情況和巖粉情況對(duì)圍巖進(jìn)行判別，另外通過(guò)超前鉆孔可以將地下水提前引出，起到了雙重的效果。

1.3 做好技術(shù)和物資準(zhǔn)備工作

對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件下隧洞開(kāi)挖施工，工程技術(shù)人員要根據(jù)地質(zhì)資料提前做好相應(yīng)的施工技術(shù)方案，對(duì)于斷層、破碎帶和塌方處理的施工措施更要詳細(xì)論證，編制好應(yīng)急預(yù)案，施工排水措施和設(shè)備配置也要詳細(xì)編制，以上施工措施要得到參建各方的認(rèn)可和監(jiān)理工程師的審批。施工技術(shù)方案確定以后，項(xiàng)目經(jīng)理要高度重視，針對(duì)方案中所需要的材料提前做好準(zhǔn)備工作，特別是材料和專(zhuān)業(yè)設(shè)備的準(zhǔn)備到位，比如穿越斷層或者塌方處理的大管棚材料和偏心鉆機(jī)提前備好2～3個(gè)循環(huán)的用量，不能等遇到塌方后再準(zhǔn)備材料，這樣勢(shì)必造成更大的塌方，造成更大的損失。排水設(shè)施同樣如此，特別是對(duì)于富水地區(qū)，巖脈具有阻水的特點(diǎn)，一定時(shí)期可能沒(méi)有水，但可能突然之間來(lái)水，由于沒(méi)有充分的排水設(shè)施而造成更大的損失，這在工程上也是經(jīng)常遇到的。

1.4 嚴(yán)格做好各項(xiàng)施工措施的落實(shí)工作

復(fù)雜地質(zhì)條件下隧洞開(kāi)挖支護(hù)的原則嚴(yán)格遵循“短進(jìn)尺，弱爆破，強(qiáng)支護(hù)，少擾動(dòng)，勤量測(cè)，早封閉”的原則，這也是常規(guī)的施工原則。斷面較大的隧洞還要分層、分段開(kāi)挖和支護(hù)。但是在實(shí)際施工過(guò)程中，很多施工單位為了降低成本，很難將上述措施落實(shí)到位，有些塌方就是由于措施落實(shí)不到位引起的，比如開(kāi)挖后掌子面及時(shí)采取素噴混凝土進(jìn)行封閉，防止掉塊的發(fā)生，由于中間增加這道工序后，施工人員、設(shè)備要多調(diào)節(jié)一次，支護(hù)用材料也相對(duì)多浪費(fèi)一些，但有時(shí)由于未及時(shí)封閉，造成小范圍的掉塊，從而引起掉塊不斷擴(kuò)大而造成大范圍的掉塊或者塌方的產(chǎn)生。還有的由于工序銜接不及時(shí)，造成支護(hù)滯后，從而使圍巖產(chǎn)生較大的變形，進(jìn)而引起塌方的產(chǎn)生。因此，施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格做好施工技術(shù)的落實(shí)工作。另外，該電站地質(zhì)條件復(fù)雜多變，規(guī)律性相對(duì)來(lái)說(shuō)不是很好，因此工程技術(shù)人員每天到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行巡視、檢查、指導(dǎo)，根據(jù)實(shí)際圍巖的情況及時(shí)與監(jiān)理、設(shè)計(jì)進(jìn)行溝通，調(diào)整爆破參數(shù)和支護(hù)方式等。

1.5 充分利用好小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)

通風(fēng)兼安全洞地質(zhì)條件復(fù)雜多變，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，普通錨桿安裝困難，不進(jìn)行超前支護(hù)又容易掉塊和塌方，根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況，主要采用了超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，起到了很好的效果，避免了很多塌方的產(chǎn)生，而且保證了開(kāi)挖的質(zhì)量，減少了超挖和超填的工程量，保證了施工進(jìn)度。

該項(xiàng)目超前小導(dǎo)管支護(hù)采用了φ42、長(zhǎng)度4m和φ50、長(zhǎng)度6m兩種規(guī)格的鋼管，超前小導(dǎo)管間距為30～50cm，鉆孔角度外插5～100，一般布置在頂拱120°范圍內(nèi)，根據(jù)圍巖情況有時(shí)在180°或者拱肩下60cm以上范圍內(nèi)。保證拱肩部位不超挖對(duì)保證頂拱的穩(wěn)定起著很重要的作用。超前小導(dǎo)管灌漿采用高壓注漿泵，水灰比1：1～0.5：1，先稀后濃，灌漿壓力大于0.3MPa，灌漿持續(xù)到孔內(nèi)不再吃漿為止，閉漿時(shí)間持續(xù)大于5min，閉漿壓力大于0.5MPa。對(duì)于滲水較大的部位采用雙漿液注漿。每循環(huán)小導(dǎo)管搭接長(zhǎng)度保證1m以上。

小導(dǎo)管相比大管棚具有施工速度快、施工靈活方便、成本低等特點(diǎn)，對(duì)于圍巖較差的部位優(yōu)先采用小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，對(duì)于抑制掉塊、塌方和保證開(kāi)挖質(zhì)量具有很好的作用。

1.6 塌方處理的方法

復(fù)雜地質(zhì)條件下隧洞開(kāi)挖施工，有些塌方很難避免，通風(fēng)兼安全洞在開(kāi)挖過(guò)程中遇到了6次大的塌方，遇到塌方后人員和設(shè)備及時(shí)撤離到安全的部位，做好安全警戒和現(xiàn)場(chǎng)記錄工作，待塌方穩(wěn)定后根據(jù)不同的塌方情況采取不同的處理措施。該項(xiàng)目對(duì)于較大的塌方采用的處理方法是“固結(jié)松渣體與坍腔體、大管棚超前支護(hù)，短進(jìn)尺、分層分區(qū)開(kāi)挖、破碎錘進(jìn)行欠挖處理、隨挖隨支護(hù)，自進(jìn)式錨桿支護(hù)、鋼拱架緊跟、掛網(wǎng)噴鋼纖維混凝土”的綜合施工方案。對(duì)于相對(duì)較小的塌方，塌方會(huì)隨著空腔的升高，自然形成一個(gè)穩(wěn)定的塌落拱，而不再塌后，再對(duì)塌方面進(jìn)行噴射鋼纖維混凝土，塌方部位安裝鋼支撐，鋼支撐固定好后，鋼支撐頂部鋪設(shè)鋼模板，再回填混凝土形成2m高以上的頂拱，在二襯混凝土施工時(shí)再用泵送混凝土將上部的空腔填滿(mǎn)。

1.7 其他

1.7.1 做好檢查與監(jiān)測(cè)工作

圍巖較差的部位開(kāi)挖后及時(shí)做好變形監(jiān)測(cè)工作，臨時(shí)監(jiān)測(cè)主要采取的方法是收斂觀測(cè)和測(cè)量?jī)x器進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)。同時(shí)，有條件的話(huà)，永久監(jiān)測(cè)的錨桿測(cè)力計(jì)和多點(diǎn)位移計(jì)及時(shí)安裝。利用永久和臨時(shí)監(jiān)測(cè)的成果進(jìn)行分析，判斷圍巖的穩(wěn)定情況，根據(jù)分析結(jié)果由設(shè)計(jì)單位確定下一步的處理措施。

1.7.2 關(guān)注底板的圍巖情況

通風(fēng)兼安全洞在開(kāi)挖過(guò)程中有的部位底板長(zhǎng)期滲水，加上巖石強(qiáng)度低，在運(yùn)輸車(chē)長(zhǎng)期來(lái)回碾壓的情況下，造成底板高度不斷地下降，因此對(duì)鋼支撐底腳的穩(wěn)定造成了很大的影響，在施工過(guò)程中，針對(duì)此部位采取了提前換填混凝土的方法，有效地減少了底板的進(jìn)一步超挖，同時(shí)對(duì)鋼支撐的穩(wěn)定和隧洞安全起到了很好的效果。

1.7.3 提前進(jìn)行二襯混凝土的施工

由于圍巖地質(zhì)條件較差，為了保證施工安全，采取了邊開(kāi)挖邊進(jìn)行永久混凝土襯砌施工，二襯混凝土施工離開(kāi)掌子面100m的距離。二襯混凝土采用定型的鋼模臺(tái)車(chē)進(jìn)行施工，鋼模臺(tái)車(chē)加工的尺寸要保證下部施工交通車(chē)輛的正常通行。

2 結(jié)束語(yǔ)

復(fù)雜地質(zhì)條件下隧洞開(kāi)挖支護(hù)施工具有很大的施工難度，再加上地下水豐富的隧洞難度更大，施工的方法和措施很多，但為了保證在安全和質(zhì)量的前提下加快開(kāi)挖進(jìn)度，關(guān)鍵是各種措施的落實(shí)工作，每次塌方的處理費(fèi)用和工期都很長(zhǎng)，因此在開(kāi)挖期間適當(dāng)增加投入，減少或避免塌方的產(chǎn)生，也是一種經(jīng)濟(jì)效益，也是對(duì)進(jìn)度的一種保證。

[1] 潘福營(yíng).溧陽(yáng)抽水蓄能電站通風(fēng)洞塌方的處理.四川水力發(fā)電，2011，30（2）：20-22.

[2] 李國(guó)權(quán)，邢磊，史永方.溧陽(yáng)抽水蓄能電站前期洞室施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié).水力發(fā)電，2013，39（3）：62-64.

[3] 田貴明，張淑芝，田樹(shù)申.溧陽(yáng)抽水蓄能電站尾水主洞施工方案.水力發(fā)電，2013，39（3）：73-75.

潘福營(yíng)（1971—），男，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事工程項(xiàng)目管理工作。E-mail：183983936@qq.com

李璟延（1977—），女，博士，高級(jí)工程師，主要從事抽水蓄能電站電氣技術(shù)研究及管理工作。E-mail：jingyanli@sgxy.sgcc.com.cn

Tunnel Excavation and Supporting Technology under the Complicated Geological Conditions

PAN Fuying，LI Jingyan
（State Grid Xinyuan Company Ltd.，Infrastructure Department，Beijing 100761，China）

The ventilation holes of pumped storage power plant always have the complex geological conditions，such as：the fractured of the joint surrounding rock，the high water level with a lot of seepage，mainly including Type Ⅳand Type V. According to the actual situation，some special excavation and support construction technology have been taken into the construction process to ensure the completion of tunnel safely and smoothly.

pumped storage power plan；ventilation and security holes；complex geological conditions；construction technology