新疆ABH某一級電站地下工程特殊地質(zhì)處理實例剖析

張山勇

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

地下開挖存在許多不可預見性因素，地質(zhì)條件的好壞直接影響到施工進度和施工質(zhì)量，如何應對復雜多樣的地質(zhì)變化對開挖帶來的負面影響就顯得尤為重要。

新疆ABH某一級電站位于新疆博州境內(nèi)，為埋藏式地下工程，由引水隧洞、調(diào)壓室、壓力管道、廠房、主變室、排風洞、排水洞、交通洞、生態(tài)防水洞等地下洞室建筑群組成。本文根據(jù)新疆ABH某一級電站地下工程開挖過程中遇到的各種特殊地質(zhì)情況，對特殊地質(zhì)段開挖采取的施工措施和方法進行分析。

1 隧洞邊頂拱塌方處理

1.1 塌方基本情況

當引水隧洞開挖至某樁號時，開挖掌子面頂拱出現(xiàn)掉塊、塌方、滲水現(xiàn)象，為了確保施工安全，不得不暫停施工，頂拱塌方隨滲水量的增加持續(xù)擴大，24個小時后，在該段頂拱形成3 m高的空腔。雖然在該段按設計要求已完成Ⅰ期支護，Ⅰ期支護是隨機錨桿φ25，長3 m,并噴厚5 cmC20砼，但由于處于斷層帶上，巖石破碎夾泥，再加上受滲水的影響，造成原頂拱Ⅰ期支護破壞，從而引起塌方，不良地質(zhì)條件下洞室在開挖過程中出現(xiàn)邊頂拱塌方是比較常見的工程事件，塌方程度可能不同，但實質(zhì)是一樣的，均發(fā)生在洞室卸荷階段。均與洞室?guī)r石破碎及裂隙(發(fā)育程度)有關，一般情況出現(xiàn)塌方的洞室?guī)r石情況一般巖石破碎、裂隙發(fā)育、斷層出露，向斜結(jié)構。

1.2 處理方法

支撐封閉法：由于頂拱滲水，再加上掉塊，塌方高度較大，鉆孔施工錨桿存在較大安全風險，故首先將頂拱素噴C20砼5 cm進行封閉，再支護鋼支撐，鋼支撐的間距為0.6 m～1 m，鋼支撐一般采用支撐強度適中的I18工字鋼進行制作，I18工字鋼適用于洞挖斷面面積在35 m2～25 m2之間的隧洞，隧洞塌方體頂拱與鋼支撐圈拱之間采用拱上拱工字鋼進行支撐。相鄰鋼支撐之間采用螺紋鋼筋連接，連接螺紋鋼筋可選用Φ25鋼筋，間距根據(jù)塌方具體情況可宜按50 cm～30 cm布置，再掛鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為φ8 mm＠15 cm，接著噴C20砼，在支立工字鋼時，適當布置工字鋼加固錨桿，噴砼以將鋼支撐與巖面之間填實噴平為準，以保證圈拱整體受力良好。邊頂拱空腔噴護施工方法詳見邊墻空腔噴護（見圖1）和頂拱空腔噴護（見圖2），為了確保頂拱回填密實，保證圍巖自身拱效應及受力效果，在噴護前在頂拱預埋回填灌漿管，噴護完成后再進行回填灌漿。為了加快噴護速度，在邊墻空腔內(nèi)噴護時，可拋入約30%的塊石。

在巖石破碎，易發(fā)生塌方洞段，需要進行超前錨桿進行超前支護，超前錨桿一般布置在拱圈上，間距選為30 cm～50 cm、仰角10°～15°。具體詳見隧洞一般塌方段安全支護（如圖3所示），這一處理洞室塌方的施工方法在新疆ABH某一級電站地下洞室得到推廣和應用，并取得了良好的效果。

圖1 邊墻空腔噴護

圖2 頂拱空腔噴護

圖3 隧洞一般塌方段安全支護

2 隧洞裂隙泥石流涌現(xiàn)處理

2.1 洞室發(fā)生泥石流原因分析

洞室泥石流涌現(xiàn)是地下開挖工程極不常見的事例,但在新疆某一級電站引水隧洞開挖至某樁號時，在出渣過程中，頂拱大斷層帶不斷涌出大量泥石流（主要為軟化的綠泥片巖、千枚巖散體粘稠土石混合物）并夾雜著股水流出，將上游洞段及支洞喇叭口處淤滿，致使引水隧洞洞挖施工無法進行。最初處理方法是對涌現(xiàn)的泥石流進行清運，但隨著清運的強度增大，泥石流的滲現(xiàn)量也隨著增大，泥石流開始沿著已開挖的洞室淤積，針對這一難題，增加了抽水設備，但由于流石流流動性大，裝運非常困難，加上受支洞錯車道等條件影響，只能采用裝載機進行倒運且每次端泥石流少，清理速度較慢。影響直線工期27天時間。主要原因是地下水特別豐富，洞室覆蓋層處于飽和狀態(tài)，斷層內(nèi)為軟弱泥質(zhì)千枚巖、泥質(zhì)綠巖，受飽和水浸泡成流態(tài)狀，于是斷層就成為泥石流通道，受壓力水擠壓形成一能量體，洞室開挖出露斷層，于是成為泥石流突破口，源源不斷地從斷層涌出，形成極為少見的洞室泥石流現(xiàn)象。

2.2 洞室泥石流處理

灌漿管棚布置在隧洞頂拱180°范圍內(nèi)。用地質(zhì)鉆機鉆孔，孔間距0.4 m。鉆孔深入斷層流態(tài)內(nèi)部，采用固結(jié)灌漿的方式，將流態(tài)泥石流快速凝固，從而阻止泥石流不斷涌出。灌漿采用雙漿液灌漿法，即采用兩臺注漿機同時向灌漿孔內(nèi)注漿，一臺注入0.5∶1的水泥漿液,另一臺注入水玻璃溶液,水環(huán)璃溶液占整個灌注漿液的30%。因斷層帶已成為泥石流的通道，在鉆孔時，為了防止塌孔，在施工過程中采用跟管鉆進工藝，即邊鉆進邊跟管，以防塌孔埋鉆。成孔后套管不拔出，留在孔內(nèi)形成鋼管群體。為增加鋼管的剛度，向鋼管內(nèi)插入鋼筋并注入水泥漿。鋼管采用ф114×14熱軋無縫鋼管。為使管棚能有效地發(fā)揮支撐作用及防止清渣后斷層帶泥石流繼續(xù)向外涌出，需將斷層帶散狀物進行灌漿固結(jié)，開挖輪廓線外邊頂拱固結(jié)厚度不宜小于2 m。在鋼管上鉆一定數(shù)量的小孔，通過鋼管向周圍巖體灌漿。管棚應和工字鋼（高16 cm）支撐形成聯(lián)合受力結(jié)構，管棚前后兩端鋼支撐間距按1 m控制，中間部位間距按2 m控制。用于固定鋼支撐的錨桿采用φ25，長3 m的自進式錨桿，間距1.5 m。由于錨桿在散狀物中支護效果不理想，需在鋼支撐底部加橫撐，以防鋼支撐在圍巖壓力作用下向開挖斷面內(nèi)收斂。管棚超前支護和洞室鉆爆開挖交替進行，洞室開挖在管棚保護下作業(yè)。

管棚的施工參數(shù)為（1）孔徑：直徑114 mm。（2）開孔角度：處于由隧道半徑和隧道中心線所構成的平面內(nèi)，且向外呈發(fā)射狀與隧洞中心線呈5°～10°的夾角。（3）孔深：10 m～12 m。

灌漿、管棚施工由拱頂向底板推進，流出的散體物亦隨灌漿、管棚的施工逐步向下清理。經(jīng)管棚和灌漿處理,泥石流涌出現(xiàn)象得到控制。

3 隧洞裂隙水滲漏處理

隧洞裂隙水處理類型：地下洞室開挖過程中，可能會不同程度地遇到地下水，如何處理地下水是隧洞施工過程中需要解決的關鍵技術。新疆ABH某一級電站屬于地下工程，山體植被較好，且雨量充沛，洞室開挖破壞了山體水體平衡，山體貯備水量沿裂隙、斷層不斷滲透，從而形成隧洞地下水滲漏甚至噴涌，在新疆某一級電站施工過程中，針對遇到的不同滲水方式，采取了不同的處理方法，取得了卓越成效。

3.1 頂拱滲水引導處理方法

在引水隧洞開挖階段，由于開挖掌子面上涌水呈散狀滲水，且滲水量較大，如水潑的一般，工人在掌子面上無法睜眼，操作極為困難，為了解決這一難題，采用在頂拱安裝鍍鋅鐵皮將滲水引排到邊墻的方法，從而使開挖掌子面上的滲水適當引排，保證了操作工人的工作空間。

采用裝載機將原鉆架平臺端至工作面作為人員操作平臺，采用電鉆在巖壁上鉆孔，再打入膨脹螺絲，再將8＃鉛絲與膨脹螺絲接牢，每個斷面打8個孔。

8＃鉛絲穿過鍍鋅鐵皮后與縱向φ20鋼筋相接，縱向鋼筋每個斷面14根，縱向φ20鋼筋外是橫向弧形鋼筋，每塊鍍鋅鐵皮布置兩排橫向鋼筋，鋼筋采用搭接，搭接長度為50 cm。縱向鋼筋充分利用I期支護的系統(tǒng)錨桿，與錨桿外露部分采用單面焊的方式連接而成。

為了防止砼澆筑時鍍鋅鐵皮變形影響阻水效果，所以在鍍鋅鐵皮相交時直接采用搭接，橫向和縱向的搭接長度均為20 cm。具體施工方法見圖4。

圖4 鍍鋅鐵皮安裝

3.2 灌漿堵水法

引水隧洞澆筑階段，由于滲水較大，將已澆筑的砼水泥漿帶走，形成砼脫空區(qū)，針對引水隧洞某段涌水最大段的灌漿難題,分別選用雙漿液灌注法、群孔群灌法、模袋堵水法、打排水孔引排法（引排是為了減輕堵水的壓力）、堵漏劑封堵法等多種方法進行脫空區(qū)堵水灌漿施工。經(jīng)過上述幾種方法的綜合運用，最終將由滲水而造成的砼脫空區(qū)回填密實，經(jīng)設計、監(jiān)理和施工單位共同驗收達到預期效果。具體施工現(xiàn)場采取的施工措施如下：

（1）雙漿液灌注法：采用兩臺注漿機同時向灌漿孔內(nèi)注漿，一臺注入0.5∶1的水泥漿液,另一臺注入水玻璃溶液,水環(huán)璃溶液占整個灌注漿液的30%。

（2）群孔群灌法：在滲水較嚴重部位采用地質(zhì)鉆鉆孔，鉆孔深度入基巖面約30 cm，鉆深約1.5 m,孔徑分別為φ91和φ65，采用多臺注漿泵同時注入水玻璃及水泥漿，利用多漿液及早凝固的特點進行堵水灌漿。

（3）模袋堵水法：將1寸鋼管制作成花管，然后采取土工布包裹（制成模袋），伸入排水孔內(nèi)，然后進行灌漿堵水施工。

（4）打排水孔引排法：在涌水量特別大的上游段，多打排水孔，盡量減輕涌水壓力和涌水量，利用水流減小、減慢，采用上述方法進行灌漿處理，慢慢將縫隙水減小而最終達到灌漿堵水的目的。

（5）堵漏劑堵水法：堵漏劑堵水主要針對底板缺陷進行的堵水施工，為了保證底板砼的質(zhì)量，在澆筑涌水較大的底板砼前，需要將底板及邊角涌水封堵住，才能保證砼中的水泥漿液不被水流沖走，具體方法是采用大量堵漏劑將涌水點封堵住，堵漏劑選用品牌為堵漏王。

3.3 化灌堵水法

引水隧洞壓力鋼管回填、固結(jié)灌漿完成后，灌漿孔內(nèi)仍存在少量滲水，這對壓力鋼管封孔帶來極大的困難，采用加大灌漿壓力進行灌漿堵水和堵漏王進行堵水均無法杜絕孔內(nèi)少許滲水，壓力鋼管灌漿孔出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，經(jīng)過仔細分析確定灌漿孔滲水的原因是：砼內(nèi)部存在細小裂縫，水分通過裂縫滲入到壓力鋼管加強板上，滲水又通過加強鋼板與砼之間的收縮縫滲到灌漿孔上，故出現(xiàn)灌孔滲水不能完全封死的原故。為了盡快完成壓力鋼管灌漿孔的滲漏堵水施工，針對壓力鋼管灌漿孔的滲漏情況，采用了化學灌漿施工?；瘜W材料選用聚胺脂A和聚胺脂B兩種化學材料混合物因兩種聚胺脂的流動性較好，且兩種聚胺脂相遇后發(fā)生化學反應，3 min～5 min后產(chǎn)生一種膠質(zhì)固態(tài)材料，此材料的強度可達到C50砼的強度。聚胺脂A和聚胺脂B兩種化合物按1∶1的比例配制后立即灌入，實施較為方便，效果較好。具體方法如下：

（1）清理：詳細檢查每個壓力鋼管灌漿孔滲漏情況，確定灌漿孔深度在壓力鋼板與砼交界處。清理干凈灌漿孔內(nèi)壁，鑿除砼表面析出物，露出加強鋼板與砼的縫面，確保表面干凈、潤濕。

（2）鉆孔：使用電錘等鉆孔工具沿灌漿孔進行鉆孔，鉆頭直徑為14 mm，鉆孔深度≥加強鋼板的厚度。

（3）埋嘴：在鉆好的孔內(nèi)安裝灌漿嘴（又稱之為止水針頭），并用專用內(nèi)六角扳手擰緊，使灌漿嘴周圍與鉆孔之間無空隙，不漏水。

（4）洗縫：用高壓清洗機以2 MPa～3 MPa的壓力向灌漿嘴內(nèi)注入潔凈水，觀察出水點情況。

（5）封縫：將洗縫時出現(xiàn)滲水的裂縫表面用快干水泥進行封閉處理，目的是在灌化學漿時不跑漿。

（6）灌漿：使用高壓灌漿機向灌漿孔內(nèi)灌注化學灌漿料。當灌漿壓力開始起壓至設計壓力（壓力鋼管允許的灌漿壓力），保持壓力3 min～5 min，即可停止本孔灌漿，改灌相鄰灌漿孔。

（7）拆嘴：灌漿完畢，確認不漏即可去掉或敲掉外露的灌漿嘴。清理干凈已固化的溢漏出的灌漿液。

（8）封口：用快干水泥進行灌漿口的修補、封口處理。

（9）防水：用聚氨酯防水材料將化學灌漿部分涂三遍（底涂、中涂、面涂）以作表面防水處理。

4 結(jié)論

在新疆某一級電站隧洞開挖過程中，針對邊頂拱塌方、洞內(nèi)泥石流、邊頂拱滲水引排、已澆砼脫空區(qū)堵水灌漿、壓力鋼管灌漿孔堵漏等難題，制定了對應的施工方法，均取得較好的效果。

目前水電站隧洞較多，而針對各種不同的特殊地質(zhì)條件和滲漏堵水難題，可以靈活采用不同的施工方法進行處理。新疆某一級電站隧洞施工中遇到的工程實例所采用的方法和施工參數(shù)可以為類似工程提供有益的借鑒。