长河坝电站大型岩质交通隧道的开挖施工

高淑晴

（四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，四川 康定 626001）

长河坝电站大型岩质交通隧道的开挖施工

高淑晴

（四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，四川 康定 626001）

本文针对长河坝水电站场内交通工程1号公路延伸段，介绍大型岩质交通隧道在涌水条件下的开挖施工，重点介绍施工过程中洞内安全用电、施工防排水及大型塌方处理措施。该工程中的成功经验对同类工程具有一定借鉴和实用意义。

大型岩质交通隧道；涌水；开挖施工；长河坝电站

1 工程概况

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，为大渡河干流水电梯级开发的第10级电站。电站场内交通工程1号公路延伸段由5号公路隧道及1号公路金康隧道两部分组成，其中5号公路隧道全长382.42 m（K0+000～K0+382.42），金康隧道部分长 440 m（K2+500～K2+940）。该区段隧道地层为澄江晋宁中期花岗闪长岩，围岩级别多为Ⅳ、Ⅴ级，部分洞段围岩风化严重，渗水、涌水较大，局部有较大突水。据一年多实测统计资料反映，平均涌水量约1万m3/d，大量涌水使施工难度加大、安全隐患加剧，本文主要介绍涌水对施工的影响及因涌水造成的塌方处理施工。

2 涌水及其对施工影响分析

2.1 涌水情况

自2005年5月从5号公路隧道进洞以来，渗水、涌水量不断增大，最大渗水量曾达662 000 m3/月，当5号公路隧道掘进至K0+268、金康隧道掘进至K2+724左右时掌子面左侧曾出现大股喷射状水柱，水压较大，喷射水平距离最远达8 m。截至2008年3月，当金康隧道掘进至K2+800左右时渗水量才逐渐减小到约3 300 m3/d，并有持续减小的趋势。根据施工实际情况及渗水量统计数据反映，洞室大量渗水主要集中在5号公路隧道K0+270～金康隧道K0+820。渗水变化情况见图1。

经分析得出涌水源为位于工程隧道上方的金康电站引水洞未衬砌段基岩渗水，该渗水沿基岩缝隙下渗至隧道开挖掌子面集中涌出。

2.2 涌水对施工的影响分析

1）涌水造成施工风险加剧。大量涌水给洞内用电安全及电动设备防护提出更高要求；由于围岩长期处于饱和状态，强度低，自稳能力极差，容易导致塌方事故发生。

图1 隧道渗水变化情况曲线图

2）涌水造成施工难度加大，施工工效降低。涌水条件使现场作业人员因病减员率增高，换班频率增高，降低了施工工效；每次爆破后排危时间较长，而且拱顶局部范围内频发小塌方，需采取额外加强支护措施，设置副拱、增加长随机锚杆等，加大了施工难度。

3）涌水使施工成本增加。为最大程度地降低涌水对施工的干扰，需同时采用多台大口径污水泵24 h强排洞内渗水、涌水，且水泵烧坏更换频率高，加大了施工投入；涌水条件下喷混凝土作业回弹量大（200%以上），需反复多次喷护才能满足设计要求，增加施工了材料使用量。

4）涌水条件下施工质量不易保证。涌水条件下，锚杆孔孔位、孔向、孔深质量不易控制，锚杆注浆过程中，浆液会被渗水冲刷带走，特殊条件下只能采用锚固剂代替砂浆；同时，钢拱架连接筋焊接质量在涌水条件下也不易控制。

3 涌水条件下施工

3.1 安全用电措施

隧道内动力用电由洞外高压（6～10 kV）变压器提供，电力线严格执行“三相五线”制，用电设备必须实行“一机、一箱、一闸、一漏”，各种配电箱必须牢固设置在规定的高度，盖、锁、完好无损、内部配线整齐、清洁无尘；隧道内照明用电由低压（36 V）配电系统提供，采用中性点不接地的三相三线制供电。

由于渗水量大，隧道内各种用电设备均使用防水电缆，电缆悬挂高度不得低于2.5 m，电力线的设置不与胶皮通风管、钢制风水管道同边；若特殊情况下必须同边的，电力线与通风管、风水管道距离分别不得小于100，30 cm，且电缆必须铺设在风、水钢管上方。隧道电缆、管道布置图见图2。

3.2 施工防排水措施

在离施工掌子面附近20 m左右靠边设置集水坑（随隧道开挖推进，视具体情况每隔150～200 m设置多级集水坑），掌子面附近配置足够数量污水泵将积水抽排至集水坑，然后再将渗水从集水坑抽排至隧道两侧排水沟。为减小渗水对施工的干扰，需在岩面集中涌水位置钻设排水孔，插入φ25（2～4 m）塑料软管将渗水集中引排至集水坑或排水沟，并用帆布或彩条布在作业面顶部搭设临时雨篷将渗水引向洞内两侧排水沟。排水系统平面布置见图3，排水系统设备配置见表1。

表1 渗水高峰期水泵配置表

3.3 涌水条件下隧道开挖施工

涌水条件下隧道开挖施工主要考虑三方面内容：首先要制定合理的施工程序，涌水条件下隧道开挖施工程序见图4。此施工程序中超前探水、排水等工序在涌水条件下是必要的。其次要采取有效的施工方法、施工参数，由于隧道渗水量大、围岩自稳能力极差，故隧道开挖方法、炸药种类、单响药量、循环进尺等施工参数与常规条件相比均有较大差别。常规条件与涌水条件下隧道开挖施工差别见表2。最后是加强施工过程控制。

1）重视超前勘探工作，遇集中渗水、涌水洞段采用YG80钻在掌子面钻设2～3个超前探水孔（孔深8～10 m），通过探水孔渗水量大小、渗水颜色了解未揭示岩层地质条件，从而合理地调整施工参数。

2）开挖过程中严格遵照“短进尺、弱爆破、早封闭、强支护”施工原则，控制爆破单响药量，控制循环进尺，最大限度地降低爆破震动对围岩的不利影响；爆破后在围岩初次应力释放前尽早初喷混凝土封闭围岩，当初喷混凝土作业困难时（大量渗水可能使喷混凝土无法与岩面有效粘结）应施作随机锚杆稳定局部破碎岩体。

3）加强施工安全监测，安全监测包括肉眼观测和仪器监测两方面，每次爆破开挖后仔细观察掌子面围岩情况，发现危石及时清撬处理；初期支护完成后适当加密水平净空收敛和拱顶沉降监测布设断面，加强施工安全监测。

3.4 涌水条件下塌方处理

在涌水条件下，围岩受渗水、涌水侵蚀作用，长期处于饱和状态，岩石强度急剧降低，自稳能力极易丧失，即使在轻微爆破震动作用下也会发生局部岩块崩落、小范围坍塌事故，若出现多组结构面或断层不利组合则极易发生大型坍塌、回头塌方事故。

工程施工过程中曾先后在5号公路隧道K0+148、金康隧道K2+721和金康隧道K2+824发生过较大规模的（回头）塌方事故，塌方处理难度大、时间长，每次塌方处理延误工期3～4个月，带来整体工期压力。下面主要介绍金康隧道K2+807～K2+824段回头塌方处理过程。

1）塌方过程。2008年1月31日—2月1日，由于地下水对岩体结构长期浸蚀并冲刷带出岩体间填充物，使得岩体承载力及自稳能力急剧降低，加之受两组断层破碎带不利组合影响，金康隧道K2+824～K2+807先后两次发生回头塌方，最大塌腔高度达10 m，坍塌总方量约1 000 m3，塌方影响范围回头延伸至K2+787。

2）塌方处理措施。2008年2月2日—4月10日，从方案制定到全部完成塌方处理工作总共花了近2个半月时间。此次塌方处理总体上分两步进行。首先为遏制塌方影响范围继续扩大，对K2+787～K2+807塌方影响段加固处理，其主要施工工序为：加密系统型钢拱架→泵送C20混凝土充填拱顶小塌腔。然后重新进行并加强K2+807～K2+824段系统支护工作，其主要施工工序为：逐段清理虚渣→初喷混凝土封闭围岩→加密设置钢拱架→悬挂竹夹板→分层模喷混凝土→设置副拱加强支撑→施作系统锚杆→挂网喷混凝土→泵送C20混凝土→吹砂回填形成缓冲层→施工安全监测。

3）施工安全监测。K2+807为此次塌方处理安全监测断面之一，自3月中旬该断面塌方处理工作完成后，经过近2个月时间水平净空收敛及拱顶沉降观测，该断面已基本趋于稳定，表明上述塌方处理措施是可行的有效的。

工程在施工过程中，由于涌水条件下施工进度缓慢和几次大塌方等诸多不利因素导致整体工期滞后较多，但通过上述有效的施工措施，成功抢回工期约3个月。

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2012-03-14