瀘定水電站淺埋覆蓋層開挖支護(hù)施工技術(shù)

任喜軍，楊芳

（中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，長(zhǎng)沙410000）

1 工程案例

1.1 工程概況

瀘定水電站位于四川省瀘定縣境內(nèi)，為大渡河干流水電梯級(jí)開發(fā)的第12 級(jí)電站，裝機(jī)容量4×230 MW。上距康定市城區(qū)44 km，下距瀘定縣城2.5 km，國(guó)道318 線從工區(qū)通過(guò)，對(duì)外交通方便。

樞紐工程由黏土心墻堆石壩、泄洪建筑物，引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成，泄洪建筑物由1#、2#、3#3 個(gè)泄洪洞組成。其中，2#泄洪洞兼做后期導(dǎo)流洞使用，在截流后的第一個(gè)汛期投入使用，為本工程施工工期控制的關(guān)鍵項(xiàng)目。2#泄洪洞位于大渡河右岸，洞身段長(zhǎng)1 370.35 m，進(jìn)水口高程1 315.00 m，出口高程為1 290.00 m，長(zhǎng)約1 370.35 m，縱坡為11.23%。隧洞為城門型洞，開挖斷面尺寸為16.0 m×23.0 m。

1.2 工程地質(zhì)

渾水溝段樁號(hào)為0+680～0+715，水平埋深70～200 m，垂直埋深6～40 m，渾水溝常年流水，據(jù)SZK45 孔揭示，過(guò)溝段覆蓋層厚度6.69 m，為灰黃色碎礫石。碎礫石成分較單一，主要為閃長(zhǎng)巖，少量花崗巖、石英巖。洞室上覆巖體最小厚度約6 m，為灰白色花崗巖，巖石破碎，巖芯多呈3～6 cm 短柱狀，部分0.5～3 cm 棱角狀碎塊，少量15～25 cm 長(zhǎng)柱狀，碎塊表面新鮮。巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，鉆孔巖石質(zhì)量指標(biāo)RQD≤20%，壓水試驗(yàn)透水率q=3～10 Lu，屬穩(wěn)定性差～極不穩(wěn)定圍巖。

2 施工方案

由于渾水溝段圍巖以Ⅳ、Ⅴ類為主，且地下水豐富，使得結(jié)構(gòu)面的內(nèi)摩擦力減弱，巖體產(chǎn)生塑性變形、崩解或不穩(wěn)定的塊體沿軟弱結(jié)構(gòu)面滑塌，穩(wěn)定性極差，屬穩(wěn)定性差～極不穩(wěn)定圍巖。根據(jù)工程地質(zhì)條件和可能存在較大涌水的情況。為了保證后續(xù)洞挖的安全、順利地進(jìn)行，先將地表水引流，然后，在地表進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿；洞內(nèi)上層采用雙側(cè)壁法進(jìn)行開挖施工。開挖前采用超前小導(dǎo)管預(yù)注漿支護(hù)，鋼格柵支撐，噴聚丙烯纖維混凝土、錨桿初期支護(hù)；下層采用短循環(huán)、弱爆破施工。

2.1 地表水引排

由于渾水溝溝內(nèi)常年有流水，為減少地表水下滲，造成圍巖失穩(wěn)，給洞內(nèi)開挖帶來(lái)不利影響，利用枯水期在洞頂先將溝內(nèi)地表水采用3 根直徑500 mm 的鋼管將地表水引排。

2.2 超前固結(jié)灌漿

為了進(jìn)一步探明渾水溝段地下巖層地質(zhì)情況，特別是提前對(duì)該淺埋覆蓋層地下洞段預(yù)先進(jìn)行固結(jié)灌漿，以提高圍巖承載力和自穩(wěn)能力。

1）利用枯水期，提前對(duì)渾水溝段地表地表土層進(jìn)行清理，減少荷載。

2）從地表向下進(jìn)行固結(jié)灌漿鉆孔，鉆孔向外偏角度10°～20°，間排距為2 m×2 m，鉆孔深度為設(shè)計(jì)開挖面以下1.0 m，長(zhǎng)度為18～22 m，共布設(shè)灌漿孔46 個(gè)。鉆孔采用HGr-200 型地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔。鉆進(jìn)過(guò)程中，對(duì)所有鉆孔均進(jìn)行孔內(nèi)注水實(shí)驗(yàn)，并對(duì)其中10%的鉆孔進(jìn)行取芯分析。通過(guò)注水試驗(yàn)，探測(cè)各段水文地質(zhì)情況，包括滲水量和水壓力等。

3）固結(jié)灌漿按分序加密的原則分兩序進(jìn)行，按I 序→Ⅱ序→檢查孔的順序施工。

4）灌漿自上而下，小孔徑鉆進(jìn)，采用栓塞阻塞，孔內(nèi)循環(huán)。

5）每個(gè)孔按4 段灌注，鉆進(jìn)2～3 m 后開始下套管，每段灌漿技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 灌漿技術(shù)參數(shù)

6）根據(jù)鉆孔和注水實(shí)驗(yàn)情況分別進(jìn)行。

首先，對(duì)于孔內(nèi)巖石非常破碎，滲水量大（不返水），直接采用1∶0.5～1∶0.35 的濃水泥漿直接進(jìn)行灌注，灌漿壓力0.3～0.5 MPa，如果灌漿過(guò)程中，耗漿量特大則分別采用以下處理方法：（1）合理減小灌漿壓力，采用限流、限量、間歇灌漿方法；（2）摻加水玻璃，加速漿液凝固，縮短凝結(jié)時(shí)間；（3）直接采用水∶水泥∶砂=0.38～0.45∶1∶1 的水泥砂漿。

其次，對(duì)于孔內(nèi)巖石比較破碎，滲水量較大（滲水速度≥30 L/min），直接采用2∶1 水泥漿進(jìn)行灌注，然后根據(jù)灌漿情況逐級(jí)加濃至1∶2 的濃水泥漿直接進(jìn)行灌注，灌漿壓力0.3～0.5 MPa。

最后，對(duì)于孔內(nèi)巖石相對(duì)較好，滲水量不大（滲水速度＜30 L/min），先采用5∶1 水泥漿進(jìn)行灌注，然后根據(jù)灌漿情況按3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1 的逐級(jí)加濃，灌漿壓力0.3～0.5 MPa。

7）串漿處理：（1）待灌孔串漿量較小時(shí)，可在灌漿同時(shí)在被串孔內(nèi)通入水流，確保水泥漿不在孔內(nèi)沉淀；（2）待灌孔串漿量較大時(shí)，若是具備施工條件可同時(shí)灌漿，否則需封閉被串孔，直至灌漿結(jié)束后，打開被串孔并進(jìn)行掃孔沖洗，然后盡早完成此孔的灌漿；（3）若是2 孔同時(shí)灌漿，而2 孔段灌漿壓力不同，一旦出現(xiàn)串漿情況，無(wú)法達(dá)到灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，需封閉灌漿壓力較小的淺孔，直至完成深孔灌漿作業(yè)后，再對(duì)淺孔進(jìn)行灌漿施工。

8）壓水實(shí)驗(yàn)：為檢查固結(jié)灌漿的施工質(zhì)量，在離原來(lái)取芯并做注水試驗(yàn)的孔1 m 處，鉆檢查孔，并進(jìn)行壓水實(shí)驗(yàn)，檢查孔比相應(yīng)的固結(jié)灌漿孔淺1 m，達(dá)到開挖結(jié)構(gòu)線即可。檢查孔壓水采用三點(diǎn)法壓水試驗(yàn)。通過(guò)壓水檢查表明，透水率最大的為7 Lu，最小的為0.4 Lu，滿足地表固結(jié)灌漿的預(yù)期效果。

2.3 超前小導(dǎo)管注漿

渾水溝段根據(jù)2#泄洪洞的開挖直徑較大、地下水豐富，滲水量達(dá)到25 L/min。開挖前，先用噴射混凝土將開挖面和5 m范圍內(nèi)的坑道封閉，然后沿設(shè)計(jì)開挖輪廓線，以20°外插角，向掌子面按30 cm/根布置φ42 mm，長(zhǎng)度L=3.5 m 的小導(dǎo)管，并注漿，與坑道周圍形成一定膠結(jié)強(qiáng)度的結(jié)合體，小導(dǎo)管尾部焊接于鋼格柵上，共同組成支護(hù)體系，然后進(jìn)行開挖等作業(yè)。

小導(dǎo)管的搭接長(zhǎng)度為2 m，注漿采用KBY-50/70 雙液注漿機(jī)壓注水泥-水玻璃漿液。注漿前通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定注漿參數(shù)。當(dāng)每孔注漿量達(dá)設(shè)計(jì)要求時(shí)，可結(jié)束注漿，注漿參數(shù)見表2。多排管注漿時(shí)需注意串漿問(wèn)題，每鉆完1 孔及時(shí)注漿，注漿由下而上、由里朝外。工藝流程如圖1 所示。

表2 小導(dǎo)管注漿參數(shù)表

圖1 小導(dǎo)管施工程序框圖

2.4 洞身開挖

洞身開挖采用中導(dǎo)洞先行，側(cè)墻開挖隨后，初期支護(hù)緊跟開挖面。

中導(dǎo)洞為3 m×4 m(寬×高)，采用“短進(jìn)尺、弱爆破、勤支護(hù)”的施工方法，每循環(huán)進(jìn)尺控制在2.0 m 以內(nèi)。開挖之后，初步進(jìn)行危石清理，立即初噴5 cm 厚噴聚丙烯纖維混凝土。纖維混凝土封閉巖面，然后進(jìn)入下一循環(huán)施工。中導(dǎo)坑開挖貫通后，再進(jìn)行小導(dǎo)管注漿及側(cè)墻擴(kuò)挖施工。

側(cè)墻擴(kuò)挖前先進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿施工，并將小導(dǎo)管尾部焊接于鋼格柵上，共同組成支護(hù)體系。然后，在支護(hù)體系的保護(hù)下進(jìn)行開挖支護(hù)等作業(yè)。擴(kuò)挖施工采用“短進(jìn)尺、弱爆破、勤支護(hù)”的施工方法，每循環(huán)進(jìn)尺控制在2.0 m 以內(nèi)，每循環(huán)開挖后立即初噴5 cm 聚丙烯纖維混凝土。封閉巖面，然后進(jìn)行鋼格柵、錨桿及復(fù)噴混凝土支護(hù)工作，以確保施工安全。

2.5 初期支護(hù)施工

為保證工程施工安全，開挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)施工。鋼格柵采用鋼筋場(chǎng)內(nèi)分節(jié)制作，鋼格柵連接鋼板用螺栓連接。間距70 cm/榀，每榀鋼格柵設(shè)φ25 mm（L=6 m）鎖拱錨桿，錨桿間距0.8 m，與鋼格柵焊接在一起，鋼格柵之間采用φ28 mm縱向連接鋼筋形成整體，間距1.0 m。同時(shí)，為保證中下層開挖的施工安全，鋼格柵底部布設(shè)φ28 mm（L=9 m）鎖腳錨桿，每榀4 根，兩側(cè)各2 根。

鋼格柵施工完畢后，及時(shí)進(jìn)行復(fù)噴混凝土施工，完成初期支護(hù)，保障洞室工程施工安全。復(fù)噴混凝土必須將鋼格柵和縱向連接鋼筋全部覆蓋完畢，以增加鋼格柵的剛度和整體穩(wěn)定性。以上支護(hù)工作全部完成后，再進(jìn)入下一循環(huán)開挖支護(hù)工作。

3 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)2#泄洪洞渾水溝段開挖情況表明，采用預(yù)灌漿+小導(dǎo)管注漿可以把開挖輪廓線周邊一定范圍內(nèi)的破碎圍巖固結(jié)成一定膠結(jié)強(qiáng)度的結(jié)合體，提高了掌子面前方圍巖的強(qiáng)度和剛度。及時(shí)進(jìn)行初期支護(hù)，大大地減少了開挖引起的圍巖松弛、坍塌或沉降，大大提高了淺埋覆蓋層巖體的穩(wěn)定性和自穩(wěn)能力，保障了工程施工的安全性。