某水電站公路隧道淺埋偏壓段施工技術(shù)研究

張 楊，邵鵬哲，劉明昌

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051)

0 前 言

公路隧道建設(shè)施工過程中經(jīng)常面臨軟弱圍巖、松散堆積圍巖、淺埋、偏壓等諸多難題[1-2]。其主要體現(xiàn)在拱頂覆層較薄、圍巖的穩(wěn)定性較差，在開挖的過程中容易出現(xiàn)冒頂、塌陷、推移等情況，嚴(yán)重影響了工程施工的安全和進(jìn)度[3-5]。當(dāng)遇到埋深不足、巖層破損等情況時(shí)容易發(fā)生塌方事故。在施工中采取何種措施才能更好地保證全過程的安全高效是當(dāng)前此類問題的主要研究方向[6-8]。本文以實(shí)際工程為依托，以淺埋、偏壓?jiǎn)栴}為研究對(duì)象，開挖前對(duì)洞口邊坡進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)、對(duì)洞口段進(jìn)行圍巖加固，明洞段采用半明半暗開挖，嚴(yán)格控制臺(tái)階法開挖時(shí)的爆破參數(shù)，對(duì)提高淺埋偏壓隧道施工工藝與安全控制技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[9-10]。

1 工程概況

錦屏一級(jí)水電站位于四川省鹽源縣、木里縣交界的雅礱江干流，是雅礱江水能資源五級(jí)水電開發(fā)中的第一級(jí)，其裝機(jī)容量3 600 MW，大壩壩高305 m，水庫(kù)正常蓄水位1 880 m，死水位1 800 m，電站機(jī)組于2014年7月全部投產(chǎn)。

錦屏一級(jí)水電站1號(hào)營(yíng)地為錦屏水力發(fā)電廠主要辦公和生活營(yíng)地，位于錦屏一級(jí)大壩下游約18 km的雅礱江左岸。2018年至2020年汛期，1號(hào)營(yíng)地后邊坡、1號(hào)營(yíng)地至一級(jí)大壩沿線交通道路多處出現(xiàn)局部垮塌、落石；多次落石造成交通阻斷，嚴(yán)重影響人員、車輛通行。為確保道路通行安全，需對(duì)部分路段進(jìn)行工程治理，故針對(duì)不同區(qū)域采取擋墻、防護(hù)網(wǎng)、棚洞、隧道等工程措施。為繞避不穩(wěn)定斜坡區(qū)，在大奔流1號(hào)隧道至印把子三岔路口建設(shè)大奔流繞避隧道，繞避隧道總長(zhǎng)1 538.971 m，進(jìn)口設(shè)計(jì)起點(diǎn)接現(xiàn)有10號(hào)公路下方的2號(hào)公路，樁號(hào)K0+58.000 m ，出口終點(diǎn)處與現(xiàn)有大奔流1號(hào)隧道平交，樁號(hào)K1+596.971 m，隧道與現(xiàn)有1號(hào)交通洞成平面交叉。

2 施工重難點(diǎn)分析

隧道洞口為典型的淺埋偏壓隧道口，淺埋偏壓段長(zhǎng)度約30 m，邊仰坡整體基本穩(wěn)定，但坡度較陡，巖體破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，開挖擾動(dòng)后易出現(xiàn)邊仰坡小規(guī)模崩塌、洞內(nèi)大變形、塌方甚至冒頂?shù)龋扇『侠淼膰鷰r加固、開挖支護(hù)措施是確保該工程安全施工的重難點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，洞口均為明線段洞口，為減少洞口施工對(duì)邊坡的擾動(dòng)，不對(duì)邊坡進(jìn)行大面積開挖，在對(duì)原邊坡局部修整、支護(hù)后，直接進(jìn)洞開挖。邊坡修整、支護(hù)范圍、測(cè)量放樣如圖1所示。

圖1 洞口邊坡修整及支護(hù)范圍

3 施工方案及主要施工工藝

3.1 洞口段施工

3.1.1 邊仰坡及洞口圍巖施工

為減少洞口施工對(duì)原邊坡的擾動(dòng)，確保邊坡穩(wěn)定，開挖前對(duì)洞口邊坡進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，支護(hù)參數(shù)為:錨筋束3Φ28，L=9.0 m，間排距3.0 m，梅花形布置；掛網(wǎng)噴C20混凝土，厚12 cm，鋼筋網(wǎng)采用Φ8鋼筋，網(wǎng)格20 cm×20 cm；洞臉噴C20混凝土，厚12 cm。

3.1.2 明洞段施工

洞口機(jī)械明挖后，根據(jù)開挖揭示地質(zhì)狀況，為加強(qiáng)洞口邊坡穩(wěn)定，抵消側(cè)壓力，采取以下施工措施:

(1)K0+65.8 m～K0+71 m段(5.2 m)設(shè)置明洞，明洞段采用半明半暗開挖。半明半暗支護(hù)參數(shù)為:系統(tǒng)錨桿采用Φ22普通砂漿錨桿，L=3.5 m，環(huán)向間距1.0 m，縱向間距0.6 m；鋼架采用I18型鋼鋼架，間距0.6 m；噴射混凝土采用C20混凝土，厚25 cm；鋼筋網(wǎng)采用Ф8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距20 cm×20 cm。

(2)明洞采用單壓式明洞，支護(hù)設(shè)于模筑襯砌外側(cè)，并緊貼襯砌，為確保鋼架等組成的支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體抗滑穩(wěn)定，先施作明洞外邊墻，在基礎(chǔ)底部布置2排Ф22砂漿錨桿，L=3.0 m，間距1.0 m，入巖2.0 m，外露1.0 m伸入混凝土擋墻內(nèi)，墻底寬1.0 m，頂寬0.5 m，施作高度2.0 m。

(3)右側(cè)開挖輪廓外淺埋部位布置Ф22砂漿錨桿，長(zhǎng)度4.5 m，間排距1.0 m，梅花形布置。

(4)左側(cè)拱腳段設(shè)置貼坡混凝土重力擋墻，擋墻沿開挖輪廓外邊線布置，墻高2.0 m，長(zhǎng)3.0 m，擋墻底部布置3排Ф22砂漿錨桿，每排布置2根，錨桿入巖2 m，外露1.0 m伸入混凝土擋墻；邊墻布置2排Ф22砂漿錨桿，每排布置3根，錨桿入巖2 m，外露1.0 m伸入混凝土擋墻。

3.1.3 暗挖段施工

進(jìn)洞開挖2 m后，開挖揭示巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體呈塊狀，且洞口下游側(cè)巖體偏薄，為確保洞口圍巖安全穩(wěn)定，對(duì)洞口部位巖體采取以下加固措施:

(1)大奔流繞避隧道洞口下游側(cè)邊坡樁號(hào)K0+73.000～K0+76.000段增設(shè)普通砂漿錨桿，錨桿間排距1.5 m×1.5 m，梅花形布置，共設(shè)置4排14根，底部第一排高程1 671.926 m(見圖2)。在增設(shè)錨桿范圍系統(tǒng)噴C20混凝土，厚12 cm。錨桿長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)巖體厚度確定，孔向垂直隧道軸線，下傾10°成孔，錨桿具體參數(shù)見表1。

圖2 增設(shè)錨桿布置

表1 錨桿參數(shù)

(2)在洞口下游半幅，距開挖輪廓線1.5 m設(shè)置一排3，Ф28，L=9 m鎖口錨筋束，間距2 m，錨筋束沿洞軸線方向水平成孔，共4束(見圖3)。

圖3 錨筋束布置

(3)在洞口下游側(cè)沖溝部位，沿現(xiàn)有被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)下部設(shè)置一排3Ф28，L=9 m錨筋束，間距2 m，錨筋束豎直成孔，共4束。

(4)將1號(hào)洞口K0+72.800～K0+82.800段超前小導(dǎo)管(Ф42，L=4.5 m)縱向間距調(diào)整為1.2 m(原1.8 m)。

為防止洞口開挖對(duì)現(xiàn)場(chǎng)既有設(shè)施造成損害，洞口進(jìn)洞10 m以內(nèi)開挖采用靜態(tài)爆破(膨脹劑)。靜態(tài)爆破首先采用鑿巖臺(tái)車在洞口中部鉆孔，鉆孔范圍寬2.0 m，高2.0 m，孔深1.0 m，鉆孔間距50 cm×50 cm，鉆孔完成后采用挖掘機(jī)+破碎錘在鉆孔部位進(jìn)行破碎掏槽，掏槽深度為1.0 m，寬2.0 m，高2.0 m。掏槽完成后其余斷面逐步逐層進(jìn)行裝藥爆破，鉆孔方向盡可能與掏槽后形成的臨空面平行，并下傾5°左右，布孔間距25 cm×25 cm，鉆孔直徑50 mm，鉆孔深度1.0 m(具體根據(jù)圍巖狀況調(diào)整)。

靜態(tài)爆破采用化學(xué)膨脹劑，將膨脹劑用適量水調(diào)成流動(dòng)狀漿體，直接灌入鉆孔中，經(jīng)水化反應(yīng)后，產(chǎn)生巨大膨脹壓力將巖石脹裂、破碎。爆破后石渣采用液壓反鏟及裝載機(jī)，挖裝至25 t自卸汽車內(nèi)，由25 t自卸汽車轉(zhuǎn)運(yùn)至印把子混凝土拌和系統(tǒng)重復(fù)利用。

3.2 洞身段施工

3.2.1 臺(tái)階法施工

對(duì)掌子面采取臺(tái)階法施工，上臺(tái)階高度為5.3 m，下臺(tái)階高度為2.65 m(見圖4)，隧道貫通后再進(jìn)行仰拱開挖施工，開挖施工工藝流程如圖5所示。

圖4 臺(tái)階法開挖斷面示意(單位:cm)

圖5 臺(tái)階法開挖施工工藝流程

臺(tái)階法施工，采用鑿巖臺(tái)車鉆孔，首先進(jìn)行上臺(tái)階①開挖，上臺(tái)階開挖及初期支護(hù)完成后再開挖下臺(tái)階②，下臺(tái)階開挖及初期支護(hù)完成后進(jìn)行下一循環(huán)施工，待隧道貫通后再進(jìn)行仰拱③開挖。上下臺(tái)階開挖掌子面距離按3 m控制。爆破后石渣采用液壓反鏟及裝載機(jī)，挖裝至25 t自卸汽車內(nèi)，由25 t自卸汽車轉(zhuǎn)運(yùn)至印把子渣場(chǎng)作為砂石原料或轉(zhuǎn)運(yùn)至三灘溝渣場(chǎng)棄置。出渣后，由專職安全員對(duì)開挖面周圍危巖進(jìn)行排查，確保無(wú)安全隱患后，方可進(jìn)行下一道工序施工。初期支護(hù)需緊跟開挖掌子面，采用鑿巖臺(tái)車及濕噴臺(tái)車進(jìn)行施工，初期支護(hù)完成后再開始下一個(gè)鉆爆作業(yè)循環(huán)。

3.2.2 爆破參數(shù)

爆破采用光面控制爆破，數(shù)碼電子雷管起爆。將斷面布孔中掏槽孔、輔助孔、周邊孔分2次進(jìn)行爆破，即掏槽孔先行爆破，然后進(jìn)行輔助孔和周邊孔的爆破。掏槽孔采用復(fù)式掏槽方式布孔，即布置3排孔，同時(shí)對(duì)3排孔實(shí)施毫秒延時(shí)爆破。輔助孔和周邊孔進(jìn)行一次爆破，不同類爆破孔和同類爆破孔均實(shí)施毫秒延時(shí)爆破，循環(huán)進(jìn)尺控制在1.0 m，降低單孔裝藥量。

3.3 質(zhì)量保證措施

本工程隧道地質(zhì)條件較為復(fù)雜，開挖成型斷面多樣，要保證施工質(zhì)量必須從總體施工程序安排、施工技術(shù)方案選擇和施工進(jìn)度上進(jìn)行優(yōu)化，合理配置資源，要求施工隊(duì)伍具有豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，并且在施工中不斷總結(jié)，提高施工技術(shù)和管理水平，以保證優(yōu)質(zhì)、高效完成施工。施工階段采取以下措施保證施工質(zhì)量:

(1)施工前，結(jié)合各部位開挖要求和地質(zhì)條件進(jìn)行詳細(xì)的爆破設(shè)計(jì)，優(yōu)選合理的爆破參數(shù)；施工中，根據(jù)爆破效果，不斷修正完善爆破參數(shù)以達(dá)到更好的效果。

(2)合理安排開挖施工程序，保證開挖的質(zhì)量滿足要求。

(3)配備足夠的鉆爆設(shè)備，加強(qiáng)施工人員系統(tǒng)業(yè)務(wù)培訓(xùn)，熟練掌握鉆爆技術(shù)，嚴(yán)格按照確定的爆破參數(shù)進(jìn)行施工，保證爆破效果。

(4)施工中，嚴(yán)格控制鉆孔開口位置、孔距、孔斜、線裝藥密度等參數(shù)，確保施工質(zhì)量。

3.4 防護(hù)措施

為防止洞口開挖對(duì)現(xiàn)場(chǎng)既有設(shè)施造成損害，洞口采取以下防護(hù)措施:

(1)在洞口分別掛設(shè)一道主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)(內(nèi)側(cè)加小網(wǎng))，以攔截飛石并削弱爆破沖擊波。主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)與洞頂錨筋束外露端牢固連接，并將洞口范圍覆蓋。

(2)在洞口采用設(shè)置土坎+鋼管+竹夾板的方式進(jìn)行擋護(hù)，并備好機(jī)械設(shè)備在爆破后及時(shí)疏通道路，確保交通順暢。即在土坎后側(cè)按2 m間距設(shè)置Φ48鋼管，鋼管底部設(shè)置插筋，在鋼管上綁竹夾板形成一道防護(hù)墻，墻后采用斜撐加固，墻高約6 m，作為防爆破飛石及沖擊波的保險(xiǎn)措施。

(3)針對(duì)洞口附近高壓線鐵塔，在距鐵塔3 m位置采用Φ48鋼管環(huán)鐵塔四周搭設(shè)雙層腳手架，高度6 m，在腳手架內(nèi)外側(cè)立面滿鋪竹夾板，用于防護(hù)爆破飛石。

(4)在洞口圍擋內(nèi)側(cè)設(shè)置一道防護(hù)墻，防護(hù)墻采用Φ48鋼管+竹夾板的方式搭設(shè)，鋼管間距2 m，底部設(shè)置插筋，鋼管上滿綁竹夾板，墻后采用斜撐加固，墻高約6 m，作為防爆破飛石及沖擊波的保險(xiǎn)措施。

4 結(jié) 論

(1)針對(duì)圍巖破碎以及淺埋偏壓的復(fù)雜地質(zhì)條件，該工程采取加強(qiáng)洞口邊坡支護(hù)，加固洞口圍巖，半明半暗法開挖明洞，臺(tái)階法開挖隧道以及設(shè)置爆破防護(hù)措施等，順利通過了淺埋偏壓段，保證了施工安全及工程質(zhì)量，對(duì)類似淺埋偏壓隧道施工具有一定的參考價(jià)值。

(2)采用爆破技術(shù)進(jìn)行施工時(shí)，施工人員必須嚴(yán)格按照確定的爆破參數(shù)進(jìn)行施工，保證爆破效果，確保施工質(zhì)量，并做好防護(hù)措施，避免對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工人員、機(jī)械以及環(huán)境造成損害。

(3)淺埋偏壓公路隧道在施工過程中易發(fā)生滑坡以及坍塌等事故，技術(shù)人員和施工人員要嚴(yán)格按照相應(yīng)規(guī)定和要求進(jìn)行施工。同時(shí)，由于圍巖條件復(fù)雜多變，需根據(jù)實(shí)際情況對(duì)施工方案進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，從而確保施工質(zhì)量，提高施工效率。