老撾南歐江六級(jí)水電站導(dǎo)流洞施工技術(shù)

龔明鵬，李宏祥

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明650051)

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老撾南歐江六級(jí)水電站導(dǎo)流洞施工技術(shù)

龔明鵬，李宏祥

(中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南昆明650051)

南歐江六級(jí)水電站導(dǎo)流洞洞徑大，隧洞處于板巖地區(qū)，圍巖呈薄層狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理、裂隙及構(gòu)造發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性差。通過采取調(diào)整進(jìn)出口施工方案、及時(shí)支護(hù)、引排地下水、控制固結(jié)灌漿質(zhì)量等一系列措施后，保證了施工的正常進(jìn)行。

導(dǎo)流洞；施工技術(shù)；南歐江六級(jí)水電站；老撾

0　引　言

南歐江六級(jí)水電站位于老撾豐沙里省境內(nèi)，為南歐江七梯級(jí)規(guī)劃的第6個(gè)梯級(jí)。本工程采用隧洞導(dǎo)流，在左岸布置1條過流斷面為11 m×14 m(寬×高)的城門洞形隧洞，全長(zhǎng)616.884 m。本地區(qū)巖石主要為板巖，屬泥巖淺變質(zhì)巖，遇水易軟化。導(dǎo)流洞通過地層的板巖局部夾少量變質(zhì)粉～細(xì)砂巖，呈薄層狀或塊裂狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理、裂隙、構(gòu)造及地下水發(fā)育，地下洞室圍巖穩(wěn)定條件總體較差。工程于2014年1月實(shí)現(xiàn)截流，導(dǎo)流洞經(jīng)歷了2014年和2015年汛期洪水的考驗(yàn)，隧洞安全，并于2015年12月完成堵頭封堵。

回顧導(dǎo)流洞的建設(shè)過程，結(jié)合本工程的實(shí)踐成果，同時(shí)借鑒和參考了老爺嶺隧洞進(jìn)口在復(fù)雜地質(zhì)條件下的進(jìn)洞方法[1- 2]、某工程引水隧洞在炭質(zhì)板巖地區(qū)開挖塌方處理的經(jīng)驗(yàn)[3]、部分學(xué)術(shù)研究成果及思路[4]、軟弱地質(zhì)條件下大斷面隧洞開挖施工方法[5]，對(duì)南歐江六級(jí)水電站導(dǎo)流洞軟巖地區(qū)大洞徑隧洞施工進(jìn)行了總結(jié)。

1　導(dǎo)流洞進(jìn)出洞開挖

1.1導(dǎo)流洞進(jìn)口

本工程導(dǎo)流洞進(jìn)口開挖邊坡高85 m，全強(qiáng)風(fēng)化區(qū)布置常規(guī)錨噴支護(hù)，邊坡腰部及洞臉各布置2排L=25 m、600 kN的錨索。進(jìn)口漸變段開挖斷面尺寸為14.4 m×18.7 m(寬×高)，開挖尺寸大，頂部拱圈為漸變部位，穩(wěn)定性較差。

導(dǎo)流洞進(jìn)口開挖過程中，邊坡支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)。錨索施工完成后，進(jìn)行進(jìn)口漸變段上半洞開挖。上半洞開挖完成后，將進(jìn)口作為隧洞上游段開挖通道使用，上游段隧洞開挖過程中，不進(jìn)行漸變段下半洞開挖。導(dǎo)流洞進(jìn)行襯砌混凝土澆筑前，最后對(duì)漸變段下半洞進(jìn)行開挖。先在隧洞中間開槽，再對(duì)兩側(cè)邊墻部位進(jìn)行開挖。漸變段下半洞開挖完成后，立即進(jìn)行漸變段混凝土澆筑。通過上述措施，在整個(gè)施工期，進(jìn)口邊坡和隧洞進(jìn)口段一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。

1.2導(dǎo)流洞出口

導(dǎo)流洞出口段地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜，邊坡支護(hù)在導(dǎo)流洞出口進(jìn)洞前尚未施工完成，且提前對(duì)隧洞出口段進(jìn)行了下挖。開挖過程中，板巖遇大雨軟化，出口段及出口邊坡發(fā)生塌方。塌方后，進(jìn)行了清坡及支護(hù)處理。在洞內(nèi)塌方涌渣處，先澆筑了24 m隧洞邊頂拱，以確保施工安全，然后再由內(nèi)向外進(jìn)行塌方段的開挖。塌方處理完成后，出口段隧洞和邊坡穩(wěn)定。

1.3施工總結(jié)

導(dǎo)流洞進(jìn)出洞是隧洞工程的關(guān)鍵項(xiàng)目。在軟巖地區(qū)進(jìn)行隧洞進(jìn)出口開挖應(yīng)高度重視以下幾點(diǎn)：①邊坡支護(hù)的及時(shí)性。在進(jìn)洞或出洞前應(yīng)確保邊坡支護(hù)完成，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。②進(jìn)出口不應(yīng)在澆筑混凝土前全斷面開挖到位。為確保交通通道暢通，可先進(jìn)行上半洞開挖或中導(dǎo)洞開挖，在邊坡經(jīng)歷了汛期考驗(yàn)及隧洞其他段開挖完成后，最后對(duì)進(jìn)出口段進(jìn)行下挖或擴(kuò)挖。開挖完成后，立即進(jìn)行混凝土澆筑，從而確保進(jìn)出口的安全。③在地質(zhì)條件復(fù)雜、邊坡和洞室穩(wěn)定性較差的情況下，可在施工支洞部位由內(nèi)向外進(jìn)行洞室的開挖支護(hù)工作。

表1計(jì)算成果

等效隧洞半徑/m塑性區(qū)深度/m徑向變形/mm不及時(shí)支護(hù)及時(shí)支護(hù)不及時(shí)支護(hù)及時(shí)支護(hù)臨界支護(hù)力Pcr/MPa支護(hù)后安全系數(shù)Fs支護(hù)方式7.56.23.0105.556.00.701.23?25、L=4.5m的錨桿,噴20cm厚混凝土及間距1.0m鋼拱架

2　隧洞支護(hù)

本工程導(dǎo)流隧洞典型斷面開挖尺寸為13 m×15 m(寬×高)。隧洞通過地層巖性多為板巖，局部夾少量變質(zhì)粉～細(xì)砂巖，呈薄層狀或塊裂狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理、裂隙、構(gòu)造及地下水發(fā)育，地下洞室圍巖穩(wěn)定條件總體較差。針對(duì)導(dǎo)流洞IV類圍巖開挖后遇水易軟化的特點(diǎn)，采用“收斂變形-約束方法”對(duì)洞室開挖后的支護(hù)方式和支護(hù)時(shí)機(jī)進(jìn)行變形及穩(wěn)定性分析。假定隧洞為圓形，其他不同形式斷面均可采用面積等效法將其假定為圓形斷面進(jìn)行計(jì)算，洞身受均布?jí)毫ψ饔?。?dǎo)流洞城門洞形斷面等效為圓形斷面后，斷面半徑為7.5 m。假定支護(hù)措施離掌子面2.0 m進(jìn)行施加，即爆破進(jìn)尺為2.0 m，爆破清渣后立即支護(hù)。洞周塑性區(qū)見圖1。隧洞變形收斂率與隧洞支護(hù)壓力的關(guān)系見圖2。計(jì)算成果見表1。

圖1　洞周塑性區(qū)

圖2　隧洞變形收斂率與隧洞支護(hù)壓力的關(guān)系

從表1可知，洞室如不及時(shí)支護(hù)，則洞周塑性區(qū)開展深度為6.2 m，塑性區(qū)開展范圍大，圍巖穩(wěn)定性差；假定支護(hù)措施離掌子面2 m施加，采用φ25、L=4.5 m錨桿，噴20 cm厚混凝土及間距1.0 m鋼拱架進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，支護(hù)后洞周塑性區(qū)深度為3.0 m，洞室安全系數(shù)為1.23，洞室穩(wěn)定性較好。

實(shí)際施工過程中，對(duì)Ⅲ類圍巖洞段采用了φ25、L=4.5 m錨桿，噴20 cm厚混凝土及間距1.0 m鋼拱架進(jìn)行及時(shí)支護(hù)；對(duì)IV類圍巖洞段采用了φ25、L=6 m錨桿，噴20 cm厚混凝土及間距0.7 m鋼拱架進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，洞室開挖支護(hù)后穩(wěn)定。實(shí)際施工效果表明，軟巖地區(qū)隧洞在開挖過程中，支護(hù)措施及時(shí)跟進(jìn)，能有效減小開挖后塑性區(qū)深度的開展。同時(shí)，還能及時(shí)封閉巖石表面，避免巖石軟化加劇，從而有效地保障隧洞的整體穩(wěn)定。

3　地下水引排

在地下水豐富的軟巖地區(qū)，地下水對(duì)邊坡及洞室穩(wěn)定均會(huì)造成較大影響，應(yīng)采取措施對(duì)地下水進(jìn)行有效引排，從而確保在施工過程中邊坡和洞室的穩(wěn)定。

3.1導(dǎo)流洞進(jìn)口

本工程導(dǎo)流洞進(jìn)口段上下游側(cè)各有1條沖溝發(fā)育，進(jìn)口段節(jié)理和裂隙發(fā)育，地下水豐富，地下水對(duì)進(jìn)口邊坡和進(jìn)口段洞室穩(wěn)定造成較大影響。施工過程中，在導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡設(shè)置2排10 m深排水孔；導(dǎo)流洞軸線正上方的洞臉一鎖口錨索造孔(深25 m)后，水直接從孔口流出，現(xiàn)場(chǎng)將此錨索孔調(diào)整為排水孔使用。在進(jìn)水塔澆筑前，此排水孔一直有效排水。在進(jìn)口段的洞頂位置設(shè)置系統(tǒng)排水孔，排水效果明顯。通過以上措施，有效排除了導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡內(nèi)的地下水，對(duì)進(jìn)口邊坡及進(jìn)口段洞室開挖期的穩(wěn)定起到了重要作用。

3.2導(dǎo)流洞出口

導(dǎo)流洞出口段的穩(wěn)定與邊坡穩(wěn)定緊密相連。出口邊坡巖層為順層薄層狀板巖，該邊坡主要破壞模式為沿板理面產(chǎn)生的順層滑動(dòng)，地下水對(duì)巖層層面間的摩擦系數(shù)影響較大，對(duì)邊坡的穩(wěn)定造成較大影響。施工過程中，在洞臉邊坡布置2排10 m深的排水孔，排水效果不甚明顯。在出口段洞內(nèi)，在集中滲水部位布置了35 m深的排水孔。排水孔由洞頂打入，深入到出口邊坡內(nèi)部，有效地排除了邊坡內(nèi)部地下水，對(duì)隧洞出口邊坡及隧洞出口段的穩(wěn)定起到了重要作用。

3.3隧洞洞身

導(dǎo)流洞洞內(nèi)局部洞段地下水豐富，巖石在地下水的作用下軟化明顯，洞室穩(wěn)定性較差。在地下水豐富洞段，布置系統(tǒng)排水孔結(jié)合隨機(jī)排水孔，系統(tǒng)排水孔主要針對(duì)整體排水，隨機(jī)排水孔主要針對(duì)局部滲水明顯部位。通過系統(tǒng)排水和重點(diǎn)排水，地下水豐富洞段開挖支護(hù)后隧洞穩(wěn)定。由于導(dǎo)流洞前期開挖有效排除了山體的地下水，布置于導(dǎo)流洞上方的引水隧洞在后期開挖過程中滲水不明顯，引水隧洞開挖未受地下水影響。

4　固結(jié)灌漿

4.1導(dǎo)流洞進(jìn)口段

導(dǎo)流洞進(jìn)口段41 m范圍原本布置了5 m深的固結(jié)灌漿，但實(shí)際施工時(shí)，此段固結(jié)灌漿未施工。導(dǎo)流洞下閘后，隨著庫區(qū)水位的上升，導(dǎo)流洞進(jìn)口段D0+025樁號(hào)監(jiān)測(cè)實(shí)測(cè)值顯示，導(dǎo)流洞進(jìn)口段各部位的水頭折減系數(shù)分別為：頂拱1.0、左側(cè)邊墻腰部0.55、右側(cè)邊墻腰部0.65、底板0.60。

進(jìn)口段水頭折減系數(shù)大，甚至出現(xiàn)頂拱部位承受全水頭。原因主要為：導(dǎo)流洞進(jìn)口上下游各有1條沖溝，沖溝對(duì)此段圍巖的切割嚴(yán)重，地下水豐富，巖石滲透性好；此段固結(jié)灌漿未施工，未對(duì)洞頂回填灌漿不密實(shí)處、混凝土噴層及一定深度范圍的巖石層形成有效固結(jié)。

4.2導(dǎo)流洞堵頭段

本工程在導(dǎo)流洞堵頭段及其前后10 m范圍內(nèi)原本布置了5 m深固結(jié)灌漿，但實(shí)際施工時(shí)，此段固結(jié)灌漿未施工。導(dǎo)流洞堵頭施工完成后，庫區(qū)水位繼續(xù)上升，堵頭前洞室充水，水壓與庫區(qū)水位一致。在導(dǎo)流洞堵頭廊道內(nèi)和堵頭后10 m范圍內(nèi)對(duì)堵頭段打孔進(jìn)行固結(jié)灌漿，但孔內(nèi)有水流出，給灌漿工作造成較大困難。堵頭段預(yù)埋的監(jiān)測(cè)儀器顯示此段巖石與襯砌間的水壓力較大。主要原因是：此段襯砌后的固結(jié)灌漿未施工，未對(duì)洞頂回填灌漿不密實(shí)處、混凝土噴層及一定深度范圍的巖石層形成有效固結(jié)。

4.3施工總結(jié)

導(dǎo)流洞下閘蓄水期間及下閘蓄水后，襯砌完成后施工的固結(jié)灌漿對(duì)導(dǎo)流洞進(jìn)口段、堵頭段、堵頭前其他隧洞段(過沖溝段、滲水嚴(yán)重段、節(jié)理和裂隙發(fā)育段等)圍巖結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，提高了圍巖的整體性及抗?jié)B透性。同時(shí)，對(duì)導(dǎo)流洞頂拱回填灌漿不密實(shí)處及襯砌與巖石之間的混凝土噴層起到較好的固結(jié)作用，提高了襯砌外圍整體的抗?jié)B透性，降低了外水壓力的滲透系數(shù)，提高了襯砌結(jié)構(gòu)的安全性。因此，隧洞襯砌結(jié)束后，應(yīng)充分重視堵頭段及堵頭前隧洞固結(jié)灌漿段的灌漿質(zhì)量，為后期的蓄水和堵頭封堵工作做好前期工作。

5　結(jié)　語

南歐江六級(jí)水電站導(dǎo)流洞通過的地層主要為板巖，遇水易軟化，且地下水豐富；隧洞開挖洞徑大，洞室穩(wěn)定性較差，施工難度較大；下閘蓄水期間，導(dǎo)流洞進(jìn)口段襯砌承受較大外水水頭。經(jīng)過共同努力，克服了導(dǎo)流洞施工中遇到的諸多困難和問題，并經(jīng)歷了實(shí)踐考驗(yàn)。南歐江六級(jí)水電站導(dǎo)流洞施工成功經(jīng)驗(yàn)，可為軟巖地區(qū)其他類似工程提供參考。

[1]王維富. 炭質(zhì)板巖地層隧道施工要點(diǎn)及大變形防治措施[J]. 隧道建設(shè)， 2010， 30(6)： 698- 700．

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[4]孫歡歡. 炭質(zhì)板巖隧道圍巖變形特性與支護(hù)參數(shù)研究[D]. 長(zhǎng)沙： 中南大學(xué)， 2012．

[5]董淑練， 黃明琦， 豐傳東. 軟弱地質(zhì)條件下隧道開挖新方法探討[J]. 隧道建設(shè)， 2009， 29(2)： 158- 161．

(責(zé)任編輯楊健)

Construction Technology of Diversion Tunnel of Nam Ou 6 Hydropower Station in Laos

GONG Mingpeng, LI Hongxiang

(PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited, Kunming 650051, Yunnan, China)

The diversion tunnel with a large diameter in Nam Ou 6 Hydropower Station locates in slate area. Because the surrounding rock is lamellar structure and the joints, cracks and structure are developed, the stability of tunnel surrounding rock is poor. By adjusting the construction programs of tunnel’s inlet and output, supporting timely, discharging groundwater and controlling the quality of consolidation grouting, the normal excavation of diversion tunnel is ensured．

diversion tunnel; construction technology; Nam Ou 6 Hydropower Station; Laos

2016- 03- 08

龔明鵬(1980—)，男，四川西昌人，高級(jí)工程師，主要從事水電站水工設(shè)計(jì)工作．

TV551.12

A

0559- 9342(2016)05- 0071- 03