干河泵站工程富水巖溶環(huán)境復雜地下結構施工技術與經濟對比分析

【摘要】干河泵站地下洞室開挖過程中，多種溶洞，且數(shù)量繁多，據(jù)不完全統(tǒng)計，溶洞數(shù)量在1000個以上，這給干河泵站的地下洞室施工安全及施工工期構成了極大困擾。干河泵站洞室施工過程中采用的巖溶區(qū)跨越技術及巖溶系統(tǒng)施工加固技術，為在建或待建的類似工程提供參考。

【關鍵詞】干河泵站；地下洞室；施工技術；經濟對比分析

1、工程概況

牛欄江——滇池補水工程是治理滇池水環(huán)境污染以及遠期兼顧昆明、曲靖城市供水跨鄰近流域的一項引水工程。工程位于云南省曲靖市的沾益縣、會澤縣及昆明市的尋甸縣、嵩明縣和盤龍區(qū)境內，由水源工程、取水（提水泵站）工程和輸水工程組成。

2、巖溶區(qū)跨越施工技術

通過對強巖溶區(qū)水電站大型地下廠房洞室群施工經驗，巖溶跨越技術主要有以下8種：繞道通行；拱橋跨越；防護穿越；棧橋跨越；墊渣跨越；置換跨越；避讓跨越；強堵穿越。

2.1繞道通行

采用“繞道通行”跨越處理，一方面可保證主體工程的施工，另一方面可同步進行溶洞處理，由下游側開辟新的施工通道繞行，形成新的施工通道，后續(xù)開挖與溶洞處理同步多工作面同時施工的局面，減少了溶洞處理占據(jù)的直線工期，解決了隧洞開挖施工的工期問題 。

2.2拱橋跨越及防護穿越

對發(fā)育于洞室頂部的溶洞或上下層洞室之間貫穿的溶洞，溶洞內充填物較少，則可采取鋼支撐防護棚或對下層洞室進行鋼筋混凝土襯砌先行穿越溶洞的技術，待開挖施工完成后，適時進行清理回填，使溶洞處理不影響主體洞室施工工期。

2.3棧橋跨越、墊渣跨越及置換跨越

洞室在開挖過程中遇到規(guī)模大、充填物多、清理工程量大的溶洞時，溶洞清理范圍較大、處理跨時長，采取對洞室底板范圍的溶洞充填物清理后進行混凝土置換回填，先提供施工通道進行洞室施工，溶洞其他部位與洞室同步進行處理。

2.4避讓跨越

避讓跨越是以超前地質預報為基礎，提前探知巖溶區(qū)的分布情況，在征得設計同意的條件下，對隧洞軸線進行適當調整，以避開即將出現(xiàn)的影響工程施工的溶洞。

2.5強堵穿越

強堵穿越技術，一般適用于溶洞發(fā)育于洞頂且規(guī)模大，不斷有充填物墜落，人員在其下部施工極不安全的情況，一般封堵完成后短時間即可開挖穿過溶洞，進行洞室正常施工。以上施工技術，適用于滲水較小或無滲水的地下巖溶區(qū)，在干河泵站地下洞室群巖溶區(qū)施工中得到了廣泛應用，確保了施工期安全，極大的提高了生產效率。

3、巖溶系統(tǒng)施工加固技術

巖溶區(qū)地下洞室圍巖處于富水環(huán)境時，許多小型隱伏溶洞的存在，導致滲流場作用不但具有力學效應，同時在施工開挖和最初運行階段，由于滲流場從非穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)的調整，還會整體上造成圍巖宏觀物理力學指標降低，即滲流軟化效應。滲流軟化作用使得巖溶地下洞室施工期和運行期圍巖整體安全穩(wěn)定成為工程建設的關鍵問題之一。在巖溶區(qū)實際工程開挖過程中，地下洞室區(qū)域的大量的巖溶空洞，應進行灌漿回填，提高圍巖質量。在這樣一種不利于施工圍巖穩(wěn)定安全的條件下，對巖溶空洞區(qū)及圍巖軟弱處應及時采取灌漿回填措施，以避免圍巖較差部位對地下洞室施工開挖造成影響。巖溶系統(tǒng)管道的加固處理至關重要，其直接影響到洞室的穩(wěn)定和工程的運行安全。巖溶系統(tǒng)施工加固處理技術有以下4種：置換回填、灌漿加固、深層錨固、拱橋加固。

3.1置換回填。主要應用于引水發(fā)電系統(tǒng)大大小小的洞室與巖溶貫穿的部位，其中主廠房、調壓室頂拱及邊墻區(qū)域溶洞的回填處理使用居多。3.2灌漿加固。洞室群四周的深埋巖溶不宜進行追挖清理置換處理，采用灌漿加固處理。針對類似部位的處理首先采用鉆孔取芯分析、CT掃描補勘準確確定巖溶分布的位置范圍，然后制定相應的技術措施，最后實施加強灌漿處理。一般選用鉆孔壓水沖洗，高壓灌漿進行加強處理。3.3深層錨固。在洞室周邊15～20m范圍進行C25混凝土回填后，對于回填混凝土體與洞室周邊形成不利穩(wěn)定交角的或懸掛式回填混凝土體，則在徑向增設長錨桿、錨筋樁或預應力錨索等深層錨固措施進行加固。3.4拱橋加固。對一些與洞室貫穿范圍較大、而上方又有結構建筑物（如巖錨梁）的溶洞，采取巖溶跨越技術章節(jié)中所述的“拱橋”方式對溶洞進行加固，保證圍巖穩(wěn)定，滿足結構受力要求。

4、干河泵站富水區(qū)暗河涌水施工技術

牛欄江-滇池補水工程泵站工程引水隧洞全長3249.5m，開挖斷面直徑4.8m，襯砌后斷面直徑4m，引水隧洞全斷面開挖至2+483.5樁號時遇地下暗河，暗河水量約2m3/s，造成引水2#施工支洞及已完成開挖施工的引水隧洞主洞2+483.5～2+018洞段淹沒，受地下暗河涌水的影響，上述洞段停工時間長達16個月，致使引水隧洞1+380～2+868洞段的開挖支護及混凝土襯砌施工工期滯后約4個月。引水隧洞2+483.5～2+464段穿地下暗河處理成為引水隧洞能否按期完工的關鍵。成功實現(xiàn)涌水分流后，干河泵站引水隧洞上游側的混凝土襯砌施工得到了迅速恢復，接下來面對的就是暗河涌水的封堵，其具體封堵處理流程如下：

第一步，將暗河與引水洞相交口擴挖為3.5m×2m，以便安裝閥門，閥門安裝后不侵占引水隧洞混凝土襯砌尺寸。同時，在暗河水面線以上洞壁環(huán)向布置插筋，插筋為25mm，插L=2m入巖1.7m，間排距1.5m，外露部份待導流鋼管安裝完成后與之焊接，做為導流鋼管錨固點。第二步，導流鋼管安裝，導流鋼管采用內徑600mm，壁厚4mm鋼管，單邊導流鋼管長7.5m，在鋼管出口安裝閥門。單節(jié)鋼管長1.5m，各管節(jié)采用法蘭連接。鋼管底部暗河水面線30cm，鋼管分節(jié)運至安裝工作面，就位后進行對接，加固。為監(jiān)測暗河水壓力，在閥門上游側加裝了一個壓力表，壓力表量程為0.6MPa，通過一根10mm鋼管接引至引水洞，便于觀測讀數(shù)。第三步，砌筑臨時擋水墻，導流鋼管安裝完成后，在鋼管內外兩側端頭分別砌筑臨時擋水墻。首先將內裝C30混凝土的編織袋拋投于暗河底部，使水位上升，直至導流鋼管1/3斷面過流，停止拋投，開始在編袋上砌筑擋水墻，首先砌筑內側擋水墻，擋水墻由兩道間隔30cm的24磚墻組成，兩道磚墻之間的空間采用M30砂漿充填，內側擋水墻將導流鋼管與暗河溶洞之間的空間填滿。內側擋水墻砌筑完成后，進行外側擋水墻，砌筑工藝與內側擋水墻相同。但在擋水墻上部預留回填混凝土輸送口及回填灌漿管口。

擋水墻砌筑完成24h后，開始對兩道擋水墻之間的空間進行混凝土回填，回填混凝土等級為C30/38，混凝土采用泵送入倉?；炷粱靥钔瓿?4h后，進行回填灌漿。第四步，進行關閥閉水，閥門按1/3行程、2/3行程、全關3個步驟實施。前個行程完成后間隔10min進行下個行程。同時觀測壓力表讀數(shù)，閥門全關后，壓力表讀數(shù)穩(wěn)定在0.35MPa，小于封堵混凝土失穩(wěn)水壓力。最后，迅速組織進行結構混凝土襯砌施工。

5.1直接經濟效益分析

采用富水巖溶區(qū)施工關鍵技術，巖溶發(fā)育富水區(qū)地下水處理的“報、避、排、堵”，進行超前地質預報，控制爆破，地下暗河出口封堵采用“鋼管引流、超前預固結灌漿、混凝土分期封堵、閘閥封水”提高圍巖力學參數(shù)，降低圍巖的軟化效應，提高了施工效率，保證施工過程中圍巖穩(wěn)定的施工方法對經濟效益主要體現(xiàn)在以下幾點：

1、管理費節(jié)余

采取地下水處理措施和未采取措施的對比分析

引水洞采用施工關鍵技術后對比分析

采用控制涌水技術處理方法后對比分析

2、灌漿費用結余

3、不良地質坍塌損失及恢復工作面費用節(jié)余

4、爆破成本節(jié)余

5、窩工費用，抽水費用節(jié)約

綜上所述，采用富水巖溶區(qū)施工關鍵技術后施工直接成本為11.61+18.27+105+225+131.41+50+525=1066.29萬元。

結語：采取富水巖溶區(qū)施工關鍵技術后，為施工安全及施工進度做出了重大貢獻，避免了重大安全事故的發(fā)生，降低了風險，加快了施工進度，不僅大大降低了直接成本，社會正面效益也大大增加，產生的間接經濟效益遠遠超過富水巖溶環(huán)境復雜地下結構施工所增加投入的有限資金。值得類似工程借鑒。

作者簡介

謝沛波{1986-}，男，助理工程師，本科，