思安江水库引水洞出口段洞挖及断层支护处理

曹凌云 葛捍东 王 琪

（1.中国水利水电第十二工程局，浙江 义乌 310004；2.浙江省水电管理中心，浙江 杭州 310009；3.水利部机关服务局，北京 100053）

一、工程概况

桂林漓江补水思安江水库工程位于广西桂林市灵川县潮田、大境两乡交界的漓江支流潮田河上游思安江上，距桂林市45km，距灵川县59km。工程的主要作用是调蓄汛期洪水水量，枯水期向漓江补水，并利用补水水能发电。

该工程的主体工程建筑物有钢筋混凝土面板堆石坝、溢洪道（右岸无压泄洪洞）、放水塔、引水隧洞、压力钢管、发电厂房、变电站。枢纽大坝为混凝土面板堆石坝，坝顶全长385.91m，最大坝高103.4m。坝址以上控制集雨面积135.3km2，总库容8869万m3，电站装机2台，单机容量为6MW混流式机组，多年年均发电量约0.2亿kW・h。工程总投资21525.07万元，是广西“十五”重点工程。于2001年10月16日正式开工，2004年4月具备下闸蓄水条件。

桂林地区典型的喀斯特地质条件给工程施工带来极大的困难。施工过程中，该工程地质条件极差，主要特点是：地表覆盖层、全风化层较厚；岩石裂隙较发育、破碎；地下水极为丰富，给上坝石料场选址及开产，混凝土骨料生产，大坝和趾板基础以及洞室开挖等带来许多难题。下面仅简单介绍、总结在引水系统隧洞洞室开挖中遇到断层区及影响带时利用钢拱架快速支护的方法，经观测分析，效果明显。

二、地质条件及断层特点

1.地质条件

该引水系统隧洞洞身段地质条件较为复杂，因原设计过程中地质条件并未探明，待开挖后才进行主要参数的采编工作，具体概述如下：

隧洞0+555.6～0+470.5段属强风化带，中-厚层状泥质粉砂岩夹含泥细砂岩，坚固性系数f=3～4，属III－IV类围岩，斜交洞轴线断层较多，裂隙较发育，岩石极为软弱破碎，地下水极为丰富，围岩自稳能力弱，成洞条件很差。

2.大断层特点

2002年5月16日下午，引0+501～0+518.1段出现了设计图及相关文件中未标明的与洞轴线斜交、规模较大的断层及其断层影响带塌方，方量为640m3。

大断层及影响带产状：左0+515桩号、右0+509.5桩号，斜交断层，走向71°，倾向NW，倾角73°，宽度50～150cm，碎石带为泥包砾。0+515～0+518、0+501～0+509.5段为断层影响带，围岩极软弱破碎、夹泥。地下水极丰富，0+501～0+502部位涌水较大，0+509、0+513、0+514处大面积滴水。

为了遏制塌方再延伸，确保安全，保障施工按计划进行，因事前没有准备，结合工程实际情况，对塌方区采取观测、临时及永久支护等措施，为不同部位制定了相应的支护方案。

三、技术方案

1.准备阶段

(1）通风与照明

为了能观测、了解作业面的情况，及时恢复塌方区的通风与照明，便于相关人员安全进入危险区进行踏勘，展开下一步工作。

(2）观测及分析

对断层塌方区发展状况进行24小时全天候的观测及数理统计，分析单位时间内塌方及掉块等不稳定因素发展的频率、规模，采取断层的产状及相关参数，提出相应的数据，此环节非常重要，为后续临时、永久支护工作制定出有效、快捷及可操作性强的抢险支护方案提供了必要的科学依据。

(3）临时支护及准备

根据数理统计分析的结果确定断层塌方区相对稳定，支护工作面通风后，对正在发展中的断层塌方区能采用临时木支撑的部位，均暂时采用带冒顶柱等木支撑支护，防止塌方区域进一步发展扩大，同时为后面永久钢支撑创造施工条件。

(4）钢拱架制做

依据设计文件制做钢拱架，从顶拱处分为两部分进行制做，在作业面进行拼装，要求工字钢的每个接头处都采用双面焊接，并且辅加厚度δ=10mm的钢板作为肋板，如图1。

(5）安全处理

对工作面进行危险岩石撬除等安全处理，保证作业人员及设备的安全，并对毛洞周边局部开挖未到位的部位进行人工修整，为后续钢拱架安装到位提供必要条件。

(6）工作面清理

对塌方体清理，一般采用装载机铲运，人工配合，要求将安装钢拱架立柱底部清理至新鲜岩体或硬基上，确保钢拱架工作过程中整体性及受力均匀性。

(7）根据现场实际需要，每天清理、修整80～240cm不等，待安全检查后，开始进行钢拱架的架设。

2.拱架架设

(1）测量检查、放样，严格按照设计文件要求定位、定点，以保证钢拱架安装到位；

(2）在拱架的下部及侧墙，每隔60～80cm不等安装Φ25的固定锚杆，砂浆强度M25，锚杆长度150～180cm不等，并将其与拱架焊接成一个整体，锚杆具体布置如图2；

(3）锚杆完成后，先固定底部I14型钢，如图1，并控制好高程及坡度，再架设拱圈及立柱，钢架间距为60～80cm。

(4）为了保证拱架整体的稳定性，所有联接部位均要求采用双面焊接加固，钢拱架之间的纵向连接采用7根@800mm的I14工字钢，另外在钢拱架与围岩间用I14型钢支柱顶紧岩石面，并与钢架有效地焊接牢固，型钢支柱具体数量及布置视现场情况定，具体布置如图2。

(5）在拱架的外侧，焊接厚3mm的钢板，一方面起到防止石块坠落伤害作业人员，另外还可以在回填混凝土时作为模板用。钢板制作在洞外完成，钢板周边及中部采用∠60×6或∠63×6的角钢间接加肋，对施工过程中有个别大的危险岩块，用I10型钢焊接到拱架上支撑。

(6）钢拱架架设完成后，对钢架采用钢管搭满堂架加固并经验收合格后，再开始向钢拱架外侧的塌方超挖区回填C20混凝土。

(7）C20混凝土回填，采用混凝土输送泵，利用泵送压力封拱及回填两侧，使钢拱架、混凝土及危岩体有效地结合，使破碎体下坠的力通过拱架效应将力传递、分解到四周，有效地遏制塌方区再发展。

至此，完成了阶段性钢拱架等支护任务，为整个塌方支护工作抢得了先机、争得了时间，为下一步支护工作创造了良好的先决条件。

3.断层影响带开挖、支护措施

穿越断层后，进入断层影响带，采取的主要开挖、支护措施为：

(1）距洞侧、顶拱开挖设计边线30cm外，设两排环向、间排距为20～25cm的φ25、L=350～400cm的超前锚杆，锚杆与开挖边线夹角成5°～8°，水泥砂浆标号M25，采用快硬、高强水泥；

(2）待砂浆强度达到M15后，开始进行洞挖工作，全断面开挖1个循环后，视围岩稳定情况设垂直岩面或层面的φ25随机安全锚杆，L≥3.5m，再将超前锚杆、随机锚杆与钢拱架有效地连为一体，如此循环，一直穿过断层影响带。

按此方案实施后毛洞成型较好，有效地解决了局部塌方、掉块等现象的发生，为加快施工进度、确保作业安全等创造了良好条件。

四、安全措施

由于此项目属抢险性作业，施工难度及危险性极大，当时塌方区悬空的部分岩块处在临界状态，随时都有下坠的可能性，所以只有争得时间、抢得先机，才能有效地遏制塌方区再发展。

因此在施工时，首先要保证作业人员及设备安全，制定相应的安全保证措施，主要内容如下：

(1）在施工全过程中，必须派专业安全员在作业面警戒，发现危险，必须立即通知施工人员撤离作业工作面；

(2）年老体弱、动作迟缓、眼睛近视及耳聋者不能进入工作面；

(3）事先保障回撤路线畅通，施工设备按要求分放洞两侧，中间无障碍物，待安全检查无危险后，再进行工作；

(4）作业期间，加强对危岩的观测，及时发现、处理危石等安全隐患，待岩体相对稳定后，再进入工作面进行作业；

(5）确保支撑稳定，焊接牢固；

(6）保证钢拱架制安质量，一次性安装到位，没有返工的机会，避免在安装过程中出现欠挖等，影响后续永衬砌的问题；

(7）保证作业工作面亮度，无死角。

五、结 语

思安江水库工程，受桂林地区典型的喀斯特地质条件的影响，给工程施工带来极大的困难。主要通过介绍该工程在引水洞洞室开挖中遇到大断层区及影响带，用钢拱架等支护方案，快速、有效地扼制塌方再延伸，成功穿过大断层区及影响带，保障施工按计划进行。