木坡水電站堆積覆蓋層進洞施工技術(shù)

吳必芳

【摘要】木坡水電站引水隧洞工程施工支洞進口段以堆積覆蓋層為主，且為高邊坡，加之雨季，施工難度大，安全風(fēng)險高，采取合理、有效、可行的施工措施就尤為關(guān)鍵。本文就針對在土質(zhì)高邊坡條件下，采用管棚、超前注漿小導(dǎo)管及超前錨桿相結(jié)合進行進洞施工的方法進行探討，為類似工程施工提供一定參考。

【關(guān)鍵詞】木坡水電站；覆蓋層；超前注漿小導(dǎo)管；超前錨桿

【Abstract】The construction of the diversion tunnel at Miaopen Hydropower Station is characterized mainly by the accumulation of overburden and the construction of high-side slopes. In addition to the rainy season， the construction is difficult and the safety risk is high. It is especially crucial to adopt reasonable， effective and feasible construction measures. In this paper， we discuss the method of hole construction with the combination of pipe roof， small grouting ahead and anchor rod in the condition of high soil slope， which will provide reference for the similar construction.

【Key words】Mupo Hydropower Station；Overburden；Small grouting ahead；Pre-anchor

1. 工程概述

1.1工程概述。

（1）木坡水電站位于四川省阿壩州小金縣境內(nèi)的撫邊河干流上，為撫邊河干流自下而上規(guī)劃的第3級電站。木坡水電站為引水式電站，上游與美臥水電站銜接，下游與楊家灣水電站銜接，電站樞紐建筑物主要由首部樞紐、引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐等組成。電站正常蓄水位EL 2709.00 m，死水位EL 2705.00 m，引水隧洞長10074.768 m，設(shè)計引用流量43.32 m3/s，裝機容量3x15MW，主要任務(wù)為發(fā)電，開發(fā)目的單一。隧洞長、工期緊、施工通風(fēng)困難，因此，隧洞沿線需設(shè)置施工支洞、以增加工作面，根據(jù)引水隧洞的布置情況，結(jié)合沿線地形、地質(zhì)條件、現(xiàn)已建臨時道路情況及施工總進度安排，引水隧洞共布置5條施工支洞，斷面型式為城門形，斷面尺寸（寬×高）5.0mx6.0m。

（2）調(diào)壓并為阻抗式，豎井為直徑8.0m的圓形斷面，井筒混凝土襯砌厚度為1.2m。在調(diào)壓井頂部，靠山體外側(cè)，開挖有一條永久通風(fēng)洞。

（3）壓力管道為地下埋管型式，采用聯(lián)合供水形式，分為上平段、斜管段和下平段，管道起點至廠房外邊線總長度為418.860 m，其中主管段長377.600 m。壓力管道主管內(nèi)徑為3.7m，管道外包混凝土厚度為0.6 m 。岔管為“卜”型岔管，分岔角度75°，支管內(nèi)徑采用2.14m。調(diào)壓井下部蝶閥室及壓力管道斜管段設(shè)有一條交通施工支洞，壓力管道下平段施工設(shè)有一條施工支洞。

1.2地質(zhì)概況。

（1）木坡水電站引水隧洞工程施工支洞進口段以土質(zhì)覆蓋層為主，其中1#支洞、2#支洞為第四系全新統(tǒng)沖洪堆積的漂卵石夾砂層，漂卵石成分以花崗為主，輝長巖、石英巖次之，多呈圓狀、次圓狀，漂石粒徑一般25～70 cm，卵石粒徑一般3～18 cm，漂卵石含量一般60%～70%，粒間充填物為粉碎砂及礫石為主，含堡一般30%～40 %，局部含少量泥質(zhì)，中密。在緊鄰基巖處可見崩塌堆積的碎石，空隙率大，呈砌體狀鑲嵌結(jié)構(gòu)。

（2）5#支洞、通風(fēng)洞、蝶閥室交通洞及下平施工支洞主要由第四系全新統(tǒng)崩坡堆積的碎石土組成，塊碎石成分為變質(zhì)砂巖、板巖，塊石直徑一般25～58 cm，碎石粒徑一般6～18 cm，多呈棱角狀，塊碎石間由粉土充填，干燥、硬塑，結(jié)構(gòu)松散。

（3）各支洞洞型參數(shù)及地質(zhì)情況見表1。

2. 進洞口施工方法

由于施工支洞進口段為松軟的覆蓋層和松質(zhì)黏土，且為高邊坡，為確保施工安全，邊坡上部需設(shè)置安全防護網(wǎng)。邊坡開挖后采用錨噴支護固坡，進洞口位置按照“先固后挖”的施工順序采用管棚鎖口，洞內(nèi)采用管棚超前支護，開挖后工字鋼支撐+錨噴聯(lián)合支護跟進。

2.1施工程序。

進洞口施工順序為：洞口頂部防護網(wǎng)施工→洞口邊坡開挖→洞口邊坡錨噴支護→洞口鎖口支護→洞內(nèi)開挖及支護。

2.2施工方法。

2.2.1洞口頂部防護網(wǎng)施工。

在洞口頂部設(shè)置兩道防護，用于預(yù)防邊坡上部的滾石、飛物。第一道SNS柔性被動防護網(wǎng)設(shè)置在洞口頂部約30 m高位置，長30～ 50 m，高5.0 m。第二道防護網(wǎng)布置在馬道外側(cè)，高1.5 m，采用48 mm鋼管為立柱加竹條板鋪設(shè)防護。第一道安全防護網(wǎng)在邊坡開挖前施工，第二道安全防護欄在邊坡錨噴支護時進行施工。

2.2.2洞口邊坡開挖。

邊坡開挖采取從上至下的施工原則，開挖坡度不大于1：0.5，路面較近部位采用反鏟挖掘機削坡，較高部位人工（拴安全繩）修坡。洞頂拱上部5m高位置，設(shè)一馬道，寬不小于1.5 m。

2.2.3洞口邊坡錨噴支護。

（1）洞口邊坡采用錨桿十掛網(wǎng)噴混凝土封閉固坡，邊坡錨噴支護前，人工清除邊坡上的懸石及危石。錨桿采用22@1.5mx1.5m，L=5.0 m鋼筋，對土質(zhì)地段和易塌空部位采用25 ， L = 5.0 m的中空自鉆式注漿錨桿替代，外露0.1 m ，梅花型布置。掛網(wǎng)鋼筋采用8@ 20 cm x 20 cm盤條，噴10 cm厚C20混凝土。endprint

（2）洞口邊坡周邊位置及馬道內(nèi)側(cè)設(shè)置截水溝（尺寸30 cm x 30 cm ），邊坡積水通過截水溝引排至洞口排水溝內(nèi)，最終排入撫邊河。

（3）邊坡位置設(shè)排水孔，42@3.0mx3.0m，L=3.0 m，梅花型布置，排水孔內(nèi)插40 mm PVC管并妥善引出。

2.2.4洞口鎖口施工。

（1）進洞口開挖前，在洞口開挖輪廓線外側(cè)1m范圍內(nèi)布置2排管棚鎖口，并設(shè)置3～5m明拱。

鎖口初步設(shè)計是采用小80 mm鋼管，間距50 cm，采用潛孔鉆造孔。但實際施工中（2#支洞段），由于孔徑較大，且是水平孔，在漂卵石夾砂層地質(zhì)段，潛孔鉆造孔功效低，難以發(fā)揮作用。后經(jīng)現(xiàn)場調(diào)整，采用48 mm鋼管替代，間距調(diào)小至30 cm，采用YT-28手風(fēng)鉆造孔。導(dǎo)管端頭加工成錐形，并封焊嚴實，便于插人巖體，管身設(shè)溢漿孔，按梅花形排列，后端1m范圍不設(shè)溢漿孔，管尾設(shè)一個加固環(huán)。小導(dǎo)管適量灌漿固結(jié)，使松散的圍巖形成一層水泥膠結(jié)體拱圈，灌漿壓力控制在0.2～0.3 MPa，漿液的水灰比為0.5：1 ～1： 1，每孔注漿量控制在200～300 L（根據(jù)現(xiàn)場實際適當調(diào)整注漿壓力及注漿量），漿液應(yīng)填實整個鋼管，以增加鋼管剛度，增大周邊圍巖應(yīng)力和爆破影響而引起的變形。管棚鎖口施工方法及工藝流程如圖1：

（2）明拱采用I16型鋼拱架作支撐，然后以噴射混凝土的方式形成混凝土拱。鋼架中心間距.5～0.6 m，要確保拱腳穩(wěn)定，落在堅實的地基上。拱架之間采用Φ22鋼筋縱向連接，環(huán)向間距1.0 m，保證鋼筋連接焊接質(zhì)量。掛8@ 20 cm x 20 cm的鋼筋網(wǎng)，噴厚20cm的C20混凝土。

（3）管棚鎖口及明拱施工示意如圖2：

2.2.5洞內(nèi)開挖支護施工。

進洞口位置鎖口加固完成后，然后進行洞內(nèi)開挖，由于是覆蓋松散體，采用挖掘機配合人工修邊的方式開挖，裝載機配合5t自卸汽車出渣，開挖后支護及時跟進。針對斷面尺寸較大的洞型（如交通洞），為保證洞口整體穩(wěn)定，減小開挖空間尺寸，即采用上、下半洞分層開挖，先進行上半洞開挖，再進行下半洞開挖，下半洞施工中避免對上部拱架的擾動，確保拱架下部接腿的安全。采用先上游側(cè)，再下游側(cè)施工，上、下半洞開挖進尺保持不小于4.0 m的施工平臺。開挖后支護及時跟進，開挖一榀，拱架安裝一榀，錨桿鎖腳固定，縱向連接筋與前一榀拱架焊牢。隧洞開挖后初期支護常規(guī)采用錨噴支護方式，但在覆蓋層施工中，單一的支護方式無法滿足施工安全及工程質(zhì)量需要。本工程中采用了超前支護+工字鋼支撐+錨噴支護的聯(lián)合支護方式進行覆蓋層進洞施工（詳見圖2）。開挖前，先在掌子面頂拱180°范圍設(shè)置超前支護，形成對前方圍巖的預(yù)錨固（預(yù)支護），以確保開挖后圍巖的穩(wěn)定，有效地約束圍巖在的一定時間內(nèi)不發(fā)生松弛坍塌，為開挖與噴錨支護創(chuàng)造了條件。然后采取“短進尺、強支護、勤測量”的施工方法開挖掘進施工。開挖循環(huán)進尺不宜過大，每輪控制在0.7～0.8 m，然后采用工字鋼配合錨噴支護加固圍巖。具體開挖、支護參數(shù)如下：

（1）超前支護采用48 mm ，L=3.0m鋼管，末端支撐在鋼拱架上，間距20～25 cm，仰角、外插角8°～12°，循環(huán)間距1.4～1.6 m（搭接長度不小于1.0m），并適量灌漿固結(jié)，超前小導(dǎo)管施工及灌漿同第④條。針對堆積的碎石土層洞段，由于注漿效果不佳，開挖后頂拱部位宜出現(xiàn)局部掉塊、垮塌，后采用Φ25 、L = 3.0 m錨桿作為超前支護。超前錨桿采用Φ25螺紋鋼筋，間距20～25 cm ，頂拱180°范圍布置，外露長度不大于20 cm，仰角、外插角8°～12°，循環(huán)間距1.4～1.6 m（搭接長度不小于1.Om）.超前注漿小導(dǎo)管和超前錨桿有機相結(jié)合的支護方式在覆蓋層開挖取得了良好效果。

（2）開挖后采用116型鋼拱架支護，鋼架中心間距0.7～0.8 m，要確保拱腳穩(wěn)定，落在堅實的地基上。

（3）鋼架鎖腳固定錨桿采用Φ22 ， L=3.0 m普通錨桿，間距1.5 m，并與1l6工字鋼焊接。

（4）拱架之間采用Φ22鋼筋縱向連接，環(huán)向間距1 0 m，保證鋼筋連接焊接質(zhì)量。

（5）沿巖面掛Φ8@ 20cm x 20cm的鋼筋網(wǎng)，噴厚20cm的C20混凝土。

（6）鋼架宜緊貼巖面，局部脫空處采用噴C20混凝土回填密實。邊墻部位存在空腔的，20 cm以內(nèi)直接采用噴C20混凝土回填密實，大于20cm的拱架上部設(shè)置格柵副拱支撐，然后噴C20混凝土的方式回填密實，使拱架形成整體受力。

（7）排水孔，針對滲水部位設(shè)置Φ42 mm排水孔，孔深3.0 m ，間排距3.0mx3.0m，梅花型布置，內(nèi)插40mm PVC管并妥善引排（木坡水電站施工支洞進洞口施工示意圖見 圖3、洞內(nèi)拱架施工示意圖見圖4）。

2.3開挖強度分析。

根據(jù)木坡水電站施工支洞覆蓋開挖強度統(tǒng)計（詳見表2），平均日進尺在1.0～1.2m，在同類不良地質(zhì)條件下，開挖日進尺達到同行先進水平。

3. 質(zhì)量與技術(shù)控制

3.1超前小導(dǎo)管施工。

（1）布孔及鉆孔：鉆孔孔位沿頂拱環(huán)向布置，孔距按設(shè)計要求布孔，傾角8°～12°。為了便于施工和懸挑受力，可采用I16工字鋼中心鉆孔作為鉆孔固定架，安裝48mm鋼管，鉆孔直徑大于鋼管直徑，鉆孔要求圓滑，避免出現(xiàn)凹凸尖角，導(dǎo)致應(yīng)力集中，頂拱受力時剛拱架發(fā)生剪切破壞。

（2）導(dǎo)管制作：導(dǎo)管采用48mm的鋼管加工而成，尾部焊套箍，鋼管頂部加工成錐形，便于插人孔內(nèi)，管壁按梅花型布鉆小孔，孔眼直徑6～8 mm，間距為20～30 cm。

（3）安插導(dǎo)管：人工配合鉆機將加工好的鋼管插人孔內(nèi)，外露20 cm，尾部與鋼拱架焊接成一體。

（4）注漿：注漿水泥采用P·042.5普通硅酸鹽水泥。采用灌漿泵灌注水泥液漿，注漿前對開挖面及距掌子面5m范圍內(nèi)邊、頂拱噴混凝土封閉，噴厚5～10cm，注漿壓力0.2～0.3 MPa，水灰比按1：1至0.6：1逐級變濃，具體根據(jù)現(xiàn)場試驗后最終確定，孔口設(shè)置止?jié){塞。注漿時先注無水孔，再注有水孔，從拱頂向下間隔跳孔注漿，如遇冒漿或串漿，則間隔一孔或幾孔分序注漿。注漿后的開挖時間不宜小于4 h。

3.2超前錨桿施工。

（1）超前錨桿采用Φ25螺紋鋼筋加工制作，一端用氧焊割尖偏于插入。

（2）錨桿鉆孔前根據(jù)設(shè)計要求和圍巖情況，定出孔位，作出標記。

（3）鉆孔做到圓而直，其孔徑和孔深符合設(shè)計要求，錨桿孔口巖面應(yīng)整平，并使巖面與鉆孔方向垂直，如不垂直，安裝錨桿時可用特制墊板調(diào)整，使托板密貼巖面。

（4）錨桿安裝后不得隨意敲擊，安裝結(jié)束后4h內(nèi)不宜進行開挖作業(yè)。

3.3鋼支撐施工。

（1）鋼支撐在加工廠分段、分節(jié)加工制作，施工現(xiàn)場拼裝焊接。

（2）鋼支撐結(jié)構(gòu)尺寸滿足支洞斷面要求，鋼支撐的安裝應(yīng)進行測量放線，應(yīng)滿足規(guī)范要求。

（3）鋼支撐的制作焊接、拼裝焊接、節(jié)間的連接與鎖腳錨桿的焊接都應(yīng)牢固、可靠，避免鋼支撐受力而發(fā)生變形破壞。

4. 結(jié)語

（1）木坡水電站引水隧洞工程土質(zhì)高邊坡及覆蓋層洞挖施工采取合理有效地施工措施，在保證施工安全、工程質(zhì)量、施工進度的前提下，為提前進入主洞開挖爭取寶貴時間，得到了業(yè)主、監(jiān)理一致好評。

（2）針對覆蓋層進洞，洞口采用管棚鎖口，設(shè)置混凝土明拱，對加固松散圍巖和下一步洞內(nèi)安全、快速開挖施工創(chuàng)造了有利條件，

（3）超前注漿小導(dǎo)管和超前錨桿有機相結(jié)合的支護方式在通過覆蓋層開挖施工中應(yīng)用，通過實踐證明取得了良好效果，有效地解決了覆蓋層開挖施工的困難，提高了施工進度，確保了施工安全，對類似工程施工提供借鑒。endprint