硗碛水电站引水隧洞不同围岩的处理技术

陈伟

（四川华能宝兴河水电有限责任公司，四川 雅安 625000）

一、工程概况

硗碛水电站是四川华能宝兴河流域流动开发的龙头水库电站，地处四川省宝兴县境内东河上游河段，电站坝址位于宝兴县硗碛藏族乡咎落村，距宝兴县城57公里。电站装机容量24万千瓦，年发电量9.11亿千瓦/时，水库正常畜水位2140米，死水位2060米，水库面积4.01平方公里，总库容2.12亿立方米，调节库容1.87亿立方米。

硗碛水电站由拦河大坝、泄洪洞、放空洞、引水隧洞、调压井、压力管道和地下厂房等建筑物组成。

引水隧洞沿东河右岸布置，全长约18.676km，引水流量56.2m3/s。进水口底高程为2050m，调压井中心线处底高程为1995m。

二、工程地质

引水隧洞沿线山体雄厚，地形陡峻，山顶海拔高度一般3000～3500m。东河自硗碛镇向南流出后，蜿蜒深切，平面上略呈“S”形展布，冲沟发育，有幺堂子沟、挡巴沟、得胜沟三条大沟深切，它们对引水线路的布置和选择起着明显的控制作用。

引水洞线跨越金汤弧形构造带和龙门山断裂带(东翼)两大构造的交接部位。在长期地质历史时期经多次构造运动作用，岩层挤压紧密，褶皱、断裂发育。洞线穿越的主要断裂有幺堂子、青草塘、夹拉沟、挡巴沟、金棚山和赶羊沟(黄店子)等断裂，这些断裂多以高倾角与洞线呈大角度相交，具强烈挤压兼右旋错动特征，其新活动性不明显。

水电工程中的长引水隧洞一般为10000m长度以上（开挖断面约30m2以内），硗碛电站引水隧洞全长约18.676km属于长的引水隧洞，穿越的地质条件复杂多变，施工技术和难度都比较大。因此严格按照地下工程"新奥法"施工技术原理及相关的施工技术规范规程要求进行施工，以确保隧洞开挖施工质量和安全，进而实现整个工程的工期和投资控制目标。

三、硗碛不同围岩的支护形式的具体分析

硗碛隧洞沿线地层繁多，岩性复杂，根据岩体强度、完整性、岩体结构类型、结构面发育程度与洞轴线的空间关系，对围岩进行了划分，对不同围岩类别处理技术及注意要点分下面几点说明：

1对于Ⅱ、Ⅲ类围岩隧洞段的开挖采用全断面钻爆掘进光面爆破技术。严格控制钻爆施工各环节：测量放线尤其是洞轴线测量定位和断面周边炮孔孔位控制、爆破设计、掏槽方式、炮眼布置及起爆方式和顺序、钻孔装药的规范和准确度尤其是断面周边孔的钻孔精度控制，使爆破后的“半孔率”达到90%以上，确保隧洞断面成型质量，大大降低对围岩的扰动和破坏，能最大限度的控制超、欠挖并有效防止出现洞顶掉块伤人以及局部垮塌事件的发生。正确地采用光面爆破施工技术开挖可使隧洞断面形状尽可能圆顺平滑，从而避免尖拐角处的应力集中。并且随围岩变化情况，适时调整控制钻爆参数以提高隧洞断面钻爆开挖成型质量。开挖后根据围岩具体情况局部进行喷混凝土厚5～8cm作为安全支护，根据需要进行锚杆支护。

在这类围岩中几个要点要引起重视

①对于高地应力区域围岩较完整的硬岩洞段，防止岩爆发生导致安全事故。（要求做到控制好开挖质量，减少对围岩的扰动和破坏，改善围岩周边应力集中状况，开挖掌子面一带喷雾洒水，并适时进行挂网喷混凝土支护。）

②对于围岩较好的地段一定要注意裂隙、结构面不利组合的影响，存在大失稳体、掉块等地质问题，对失稳体能清撬就及时清撬，不能清撬的用锚杆锁住，有必要的地方可以立工字钢拱架进行支护。

硗碛电站6号洞段（K12+740～K16+830）、7号洞段（K16+830～K18+500）岩体主要以大理石、大理化灰岩为主，以互层状～厚层状结构为主，岩石强度中硬～坚硬，围岩以Ⅱ、Ⅲ类为主。在开挖的时候我们就采用全断面钻爆掘进光面爆破技术，“半孔率”比较高，隧洞成型质量好。因此在后期的永久支护时就减少了喷混凝土的回填量，对围岩的自稳也比较有利。节省了我们对工程的投资。对于6号洞在主洞与支洞的交汇段围岩埋深较大，地应力较高并且岩石硬度高，有岩爆现象。岩爆发生的地点多在新开挖的工作面附近，个别的也有距新开挖工作面较远，常见的以拱部和拱腰部位为多，在开挖后陆续出现，多在爆破后2～3小时，24小时内最为明显，也有1～2个月，有的延长1年以上，事前一般无明显预兆。我们在岩爆段施工时首先洞挖爆破时，采用“短进尺、多循环”，采用光面爆破技术，减少对围岩的扰动，改善围岩的应力状态。对工作面附近的岩壁喷水或钻孔注水促进围岩软化，从而消除或减缓岩爆程度，在爆破后立即向拱部及侧壁喷混凝土或钢纤维混凝土，再加设锚杆，比较严重的地方采用挂网喷锚。这样处理后就保证了施工期的安全。

2对于Ⅳ类围岩隧洞段的开挖施工遵循“短进尺、弱爆破、早封闭”的原则，根据围岩具体情况采用全断面钻爆掘进光面爆破，做好钻爆施工控制，力求保证开挖断面成型质量。围岩开挖后及时进行一次支护施工封闭，采用喷混凝土、打锚杆、挂钢筋网再喷护的联合支护方式。根据“新奥法”施工技术原理，一次支护即安全支护施工非常重要，必须严格按照施工技术要求及时施作并确保质量。采用喷锚挂网联合支护方式的一次支护属于柔性支护结构，其力学原理是与围岩共同受力，发挥围岩自身的承载能力。柔性支护结构既能适应围岩的变形，又能主动加固围岩，限制围岩变形。一次支护施工控制要点为支护体施作的及时性、密贴性以及喷混凝土、打锚杆、挂钢筋网都要符合相关的施工技术规范规程要求。

硗碛电站 4号洞施工段（K7+840～K10+170）岩体主要以片岩、炭质千枚岩、大理化灰岩为主，局部石英脉较发育。该洞段Ⅴ类围岩约占2%，Ⅳ类围岩约占89%，Ⅲ类围岩约占9%。岩体以薄层状结构软质岩为主，岩石强度中硬～较软弱。并且该洞段有一定的地下水活动，普遍洞段呈渗滴水，局部裂隙发育洞段出现线状流水～股状涌水现象。因此在开挖时按照“短进尺、弱爆破、早封闭”的原则，根据“新奥法”施工技术原理，一次支护即安全支护施工非常重要，必须严格按照施工技术要求及时施作并确保质量。采用喷锚挂网联合支护方式的一次支护属于柔性支护结构，对于局部洞段围岩节理裂隙发育，岩石较破碎稳定性差又有地下水的情况，采用超前导洞或分台阶分部开挖方式，局部使用超前锚杆或超前注浆小管棚进行超前支护，打排水孔对地下水进行引、排处理。使用挂网喷砼与钢支撑（型钢拱架或钢格栅）联合加强支护。安设钢支撑要求做到：

①不得侵占设计衬砌断面

②拱座基础要牢固扎实

③钢支撑与围岩顶拱、边墙之间不得有空隙空腔，以达到良好的支护效果。并且采用钢架锁脚、固定锚杆（Φ25 L=3.5m）两侧各设5根，间距0.8～1.0m。保证了施工期的安全。

3对于Ⅴ类围岩风化严重，节理裂隙极发育，稳定性极差的断层破碎带，呈散体结构的石质或土质围岩隧洞段，除要采用一次支护施工方法进行一般支护以外，要使用超前大管棚进行超前支护，并利用大管棚和外加小导管预灌浆形成固结层，预防并尽量避免发生塌方。采用“短进尺、弱爆破（或人工直接开挖）、早封闭、强支护”的开挖支护方式，紧跟开挖掌子面及时安设钢支撑（型钢拱架或钢格栅）加强支护。钢支撑安装要用锁固锚杆锚固扎实，钢支撑之间用钢筋焊接连接。采用模喷混凝土或回填混凝土的方式将钢支撑与围岩顶拱、边墙之间的空腔填充密实，使钢支撑能够有效地受力支撑。

硗碛1号洞段（K0+000～K2+282）主要以Ⅳ类、Ⅴ类围岩为主，风化弱卸荷，千枚状，构造发育，岩层强烈挤压，岩层走向与洞轴线小角度相交，对洞室的稳定性不利，成洞条件差。在0+840段临时支护后出现了大型塌方，严重阻碍了施工进度，并且危险性较大。根据现场实际情况分析，认为发生大型塌方是围岩质于灰质千枚岩，岩性软弱、岩体疏松破碎、遇水成泥，自稳性极差，前期支护的钢拱架受力趋于临界状态，整体失稳，发生塌方。以前采用了钢拱架、锚杆、模喷砼联合支护，发生了比较大的变形，侵占设计断面多达40公分以上，部分出现严重掉块现象，失去应有作用，随时都有可能再次发生塌方。为了满足永久支护不侵占设计断面，在处理中必须拆除以前的钢拱架。为确保洞室稳定和施工安全，采取加强支护措施，对塌方段派有经验的人员随时进行观测及时对松动岩石进行排除，避免造成安全事故。具体处理如下:

（1）依据锁口钢拱架、沿开挖轮廓线向塌方区布设Φ48注浆小管棚作为超前支护，管棚长6m、间距30cm。循环搭接长度为3m，管棚施工以3m为一循环。

（2）为了固结松散体，提高承载能力，并回填部分孔隙，在管棚施工完成后进行固结灌浆，采用水灰比0.3:1，灌浆压力应小于0.3Mpa，灌浆结束标准应在规定压力下，进浆量不大于0.4升/分钟，并继续灌注15分钟，灌浆同时加强收敛观测，如变形较大，需及时停灌。

（3）第一组管棚结束后，进行前期的临时支护拆除，和下步施工步骤如下：

①确保围岩稳定情况下测量放样，进行欠挖处理保证不侵占设计断面情况下，工字钢间距较大的部位进行工字钢加密，满足间距不大于50cm施作随机砂浆锚杆（Φ=25、L=3.5m、外露20cm、间距50 cm），前后两排交错布置，加密工字钢与原工字钢之间钢筋（Φ=25）连接、排距20cm，原工字钢之间钢筋（Φ=25）加强连接，排距50cm；锚杆与工字钢焊接成整体；再进行喷砼（C20）至设计开挖面。

②在出现严重掉块、洞身收敛处采用风镐、钢钎对洞身收敛处不稳定岩块进行人工撬挖，禁止采用爆破，避免扰动周围围岩防止塌方，根据现场情况施作随机锚杆和局部素喷（C20砼）安全处理后。保证设计断面，进行挂网（?8钢筋、15cm×15cm）、安装I18工字钢钢拱架，排距（30cm-50cm）、施作锁脚砂浆锚杆（Φ=25、L=3.5m、外露20cm、间距50 cm、两排错开布置）、锚杆与工字钢焊接成整体；每榀钢拱架之间采用钢筋（Φ=25）连接牢固，排距（30cm-50cm）；空腔部位进行C20模喷回填，其他部位进行喷砼（C20）至设计开挖面。

③在工字钢脱落、变形处施作砂浆锚杆（Φ=25、L=4m、外露 20cm、）、挂网（8钢筋、15cm×15cm）、从新安装钢拱架。

④利用喷砼（C20）将全部钢支撑、钢筋喷平，形成一个整体受力体系。采取这些措施后，快速、安全、有效的完成塌方段的处理。

结语

不良地质条件下，影响长引水隧洞的开挖支护施工质量安全的因素是多方面的，在开挖支护施工工作中要严格按照“新奥法”原则施工，重视调查研究，优化施工组织。重视隧洞施工现场管理，抓住重点，加强质量安全监控，确保合理的开挖支护施工方案，有效地实施而且保证施工质量。设计单位、施工单位、监理单位要密切配合，因为影响隧洞施工的地质因素极大，开挖揭露出的地质情况可能千变万化，在设计阶段不可能全部预知，在施工中有一个再认识的过程。隧洞施工一旦进入正常生产，各工序衔接紧凑，要求各个环节紧密配合，出现问题及时处理。“新奥法”施工原则调“信息化设计”程序，设计部门按反馈的信息修正设计、调整支护参数。监理部门积极配合，做到设计、施工、监理一体化。并坚持安全第一，预防为主的方针，全力防止安全事故的发生。

[1]中华人民共和国电力行业标准.水工建筑物地下开挖工技术规范(DL／T5099-1999)[P].中国电力出版社，1999.

[2中华人民共和国国家标准.水工隧洞设计规范(SL279-2002)[P].中国电力出版社，2002.

[3]中华人民共和国电力行业标准.水电水利工程锚喷支护施工规范(DL-T5181-2003).中国电力出版社，2003.

[4]关宝树.隧洞工程施工要点集，人民交通出版社，2003.