福堂水电站监理在引水隧洞施工综合控制方面的经验总结

曹 勇

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川 成都 610072)

1 福堂水电站引水隧洞工程特点

1.1 工程等级规模

福堂水电站引水隧洞全长约19.3km，其中有压段18.8km，引用流量251m3/s，马蹄形洞段衬后直径10.4m，圆形洞段衬后直径9.0m，衬砌厚度40～80cm，就其规模和长度在当时应居于全国之首。

1.2 地质环境特征

工程区处于龙门山断褶带，映秀、茂汶两条区域性断裂圈的断块内，局部位于断块边缘。受茂汶主干及分支断裂波及与影响，岩体经受强烈构造挤压错动及多期次生岩浆侵入活动，呈多级序断裂构造切割，断层及邻近地质体经动力变质而不同程度地呈现糜棱化、片麻理化、碎裂化等，完整性受到严重破坏，并产生多种构造矿物蚀变现象，地质条件处于相对复杂区。

隧洞沿线地形变异大，物理地质作用强烈，有多条常年流水支沟切割，由断裂网络控制，形成局部地段的复杂水文地质结构及储水体构造，有较丰富的地下水动、静储量，且局部范围存在高地应力洞段，发生不同程度的岩爆，严重威胁施工安全。

2 在隧洞开挖和安全支护方面采取的主要措施和成效

2.1 推广实施先进合理的开挖方法

地下洞室开挖施工中，应随围岩地质条件的变化而采取与之相适应的掘进方法(如导洞超前领进、台阶开挖、分部开挖、全断面开挖等)和调整爆破参数，使其围岩较好的洞段取得良好的光面爆破效果，围岩较差的洞段有效地控制超挖和抑制塌方，从而达到提高工程质量、加快施工进度、有效控制投资的目的。本工程初期6号洞段在此方面取得了较为成功的经验，Ⅱ、Ⅲ类围岩光爆残孔率达90%以上，Ⅳ、Ⅴ类围岩运用台阶法和导洞领进法控制了较大的超挖和塌方，值得学习和借鉴。监理工程师会同业主主持召开了经验交流会，确定并实施了相应的“洞挖光爆质量评比奖惩措施”，最终取得了良好的效果。

2.2 针对不良地质洞段，强调做好“四个环节”，防止或减少大塌方

福堂水电站引水隧洞洞线长、洞径大、地质条件复杂，如果不能有效防止和减少大塌方，势必会造成工期延误和投资失控。针对这一特点，监理工程师于开挖初期即建议业主组织设计、施工等各方专家进行了专题研究，提出了针对不良地质洞段的旨在防止和减少大塌方 ，并合理控制投资的专门措施，要求各方在施工中根据各自所担负的工作内容做好以下“四个环节”的工作，即：

(1)认识围岩。要求设代地质人员与地质预测人员做好地质预测预报工作，着重抓好Ⅲ、Ⅳ类围岩之间的类别划分及稳定性评价，把预防大塌方、涌水作为预报的重点。在本工程上，业主聘请了专业的地质勘察队伍，利用地质雷达对开挖掌子面前方的围岩情况进行超前勘察，并出具地质预测报告。设代地质人员参考地质雷达勘察预测报告，结合已开挖揭示的围岩裂隙发育特征，预报掌子面前方一定范围的围岩地质情况，提交掌子面前方10～20m范围内的围岩地质预报。地质预测预报工作通常情况下每隔20m进行一次，但如果任何一方在开挖过程中认为实际揭示的地质情况发生了变化，需要调整围岩类别、开挖方法、或支护参数时，可以要求立即对掌子面前方围岩进行新一轮的地质预测预报。

(2)保护围岩。即选择合理的开挖方法。根据设计提交的围岩地质预报，在对围岩稳定做出正确评价的基础上，督促承包商及时采取与之相适应的掘进方法(如导洞超前领进、台阶开挖、分部开挖、全断面开挖等)，并调整爆破参数，从而达到有效地控制超挖和抑制塌方的目的。

(3)支护围岩。即科学及时的支护措施和精心施工。运用新奥法原理，支护措施应具有适时性、整体性、适应性等特点。洞室开挖后需及时有效地进行初期支护。无论何种围岩，最及时的措施之一是锚喷混凝土，这是无数工程经验和实践证明最有成效和最经济的措施。通常情况下，锚喷支护可以作为Ⅱ、Ⅲ类围岩的一次性安全支护手段。当然，若存在岩爆危险，也不排除需要对Ⅱ、Ⅲ类围岩进行钢支撑或格栅拱加强支护。而对Ⅳ、Ⅳ类围岩，必要时应视岩性特征，随之跟进钢支撑、格栅拱、现浇混凝土等补强支护措施。施工过程中，必须根据设计地质预报和开挖揭示的围岩地质情况，首先对围岩稳定性作出客观的评价，并据此确定合理的支护参数，不失时机地做好安全支护，确保围岩不发生有害变形。

(4)监测围岩。即开展施工期的监测和巡查，掌握围岩变形的动态资料，这是预防隧洞塌方，特别是对已完成初期支护洞段防止再度发生大塌方的重要措施。监测的重点应放在不良地质洞段和地质条件尚不很清楚以及临时支护已存在隐患的地段，监测的项目力求简单适用，可主要集中在拱顶下沉、净空收敛等方面的监控量测。这些工作通常都包含在施工合同中，是承包商的责任范围。但是，在很多时候，承包商都未给与足够的重视，往往是肉眼观察围岩已发生明显变形，支护结构已发生明显破坏时，才开始布设观测点，采集观测数据，但已经为时晚矣！通过监测围岩，可以掌握“围岩+支护结构”的变形程度和发展趋势，及时采取必要的加固措施，防止洞室失稳甚至发生坍塌。

福堂水电站隧洞开挖中坚持做好以上“四个环节”的工作，收到了明显的效果，基本上杜绝了大塌方发生，顺利地穿过了许多较大的断层破碎带及涌水段，保证了工期，节约了投资，为顺利实现首台机组提前发电目标奠定了坚实的基础。

2.3 在“特殊洞段”支护中，既要达到必要的安全度，又要合理地控制投资

福堂水电站施工合同规定，对于Ⅳ、Ⅴ类围岩，如经确认必须采用深锚杆、挂网、钢支撑等支护形式方能保证施工安全，该洞段即界定为“特殊洞段”，所发生的上述支护措施界定为“特殊支护”措施，其费用可以计量支付。由于引水隧洞洞线长、洞径大、地质条件差，因此特殊支护费用控制在整个投资控制中显得尤为重要。众多地下工程投资超概，大多与地质条件预测出现大的偏差，支护费用大大超出预算有关。监理工程师在“特殊支护”方案的审批中，必须把握“合理安全度”的概念，即不能牺牲投资控制，而一味地采取强支护手段以提高临时支护的安全度。为此，在工程中采取了以下措施，并取得了良好的效果：

(1)成立有业主、设计、监理地质工程师和监理项目工程师参加的专门小组，负责核查、确认“特殊洞段”并审批承包商申报的“特殊支护”措施。

(2)在各类围岩的临时支护实施中必须优先采用锚喷混凝土(包括钢筋网)并精心做好施工。锚喷混凝土是各项支护方案中最基本的工艺，也是无数工程经验和实践证明最有成效和最经济的防止围岩失稳的措施。

(3)在利用格栅钢拱架部分取代钢支撑的临时支护实践上，较为成功。格栅钢拱架能与围岩比较紧密地接触，再利用喷混凝土将格栅钢拱架包裹，从而使围岩、挂网喷混凝土与格栅钢拱架形成整体，起到共同加固围岩，防止围岩失稳的良好作用。此外，从费用上比较，格栅钢架较型钢拱架节约钢材，节省劳动强度，对本工程而言，每榀米的造价节约约2 000元。对于断面稍小的隧洞，采用格栅拱取代钢支撑在技术上和经济上的优越性将更加明显。

3 在隧洞混凝土衬砌和回填灌浆质量控制方面采取的主要措施及成效

针对隧洞混凝土衬砌中常见的质量控制问题(诸如如何保证顶拱浇筑饱满、密实，大塌方段顶拱混凝土回填方法，有水洞段混凝土浇筑，设置预埋灌浆管，回填灌浆质量等等)，本着集思广益、取长补短的原则，监理工程师组织有关各方召开了专题会议进行研究，提出了一系列原则性意见及具体施工措施。

为了提高全体施工人员的质量意识，尤其针对部分铁道部门承包商在水工混凝土施工方面经验不足的问题，监理工程师及时组织承包商项目领导和技术负责人学习以往工程的经验和教训，要求各方在质量问题上必须要有强烈的忧患意识和责任心，至始至终把工程质量抓好。

建议业主引进地质雷达检测，作为监理工程师控制隧洞衬砌质量的辅助手段。使用地质雷达全面检测已衬砌洞段的顶拱混凝土施工质量和回填灌浆后顶拱衬砌结构的脱空度。通过顶拱回填灌浆前的雷达检测，可以直观的反映检测部位的混凝土强度是否均匀，浇筑厚度是否达到设计要求，是否饱满密实等。根据检测结果，对于脱空度较大的部位，采取重新灌注流态混凝土的方式加以处理；对于脱空度较小的部位，可以通过回填灌浆加以处理。回填灌浆和固结灌浆后，再对顶拱部位做一次雷达检测复查，检查顶拱部位空腔是否已处理合格，有无遗漏。通过以上两次雷达检测，可以确保引水隧洞通水后不会因为顶拱存在空腔而在内、外水压作用下发生坍塌。同时，制订这一制度，也可以从另一个角度强化了施工队伍的质量意识，消除他们的麻痹大意和侥幸心理，对有效减少或消灭质量隐患起到了重要作用。

4 结 语

福堂水电站引水隧洞具有洞线长、洞径大、沿线地质条件复杂、结构承受水头高等特点。在参战各方的全力配合和积极努力下，隧洞开挖、安全支护、永久喷锚支护和混凝土衬砌工作进行得较为顺利，电站发电工期比合同工期提前了4个月，经济效益非常显著。工程质量控制方面取得了较好的效果，福堂水电站工程被授予中国电力优质工程奖，调压井工程和厂区工程分别被授予天府杯金奖。工程投资控制方面也较为成功，工程最终投资总额控制在概算指标以内。施工过程中，监理工程师有针对性地进行了一系列卓有成效的工作，尤其在隧洞开挖、安全支护、费用控制以及永久衬砌、回填灌浆等方面，采取了诸多有效的管控手段，取得了一些成功经验，为其他类似工程提供借鉴。