锦屏二级水电站引水隧洞开挖施工监理

2014-01-27李金辉四川二滩国际工程咨询有限责任公司四川成都610072

中国建材科技 2014年6期

李金辉（四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川成都 610072）

1 工程概况

锦屏二级水电站属于二滩电站在雅砻江干流锦屏大河湾上，卡拉至江口河段规划的5个梯级电站之一，总装机容量4800mw，是雅砻江流域装机规模最大的水电站。锦屏二级水电站工程枢纽主要由首部拦河闸、引水系统、尾部地下厂房三大部分组成，为一低闸、长隧洞、大容量引水式水电站。锦屏二级水电站引水隧洞由4条长16.67KM的引水隧洞组成，引水隧洞洞群沿线上覆岩体一般埋深1500-2000m，最大埋深2525m，具有埋深大、洞线长、洞径大等特点。

引水隧洞沿线地层岩性主要为三迭系（T）中、上统的大理岩、灰岩及砂岩、板岩。引水隧洞线路区地处西南高地应力区，据三维初始地应力场反演回归分析成果，隧洞线高程的最大和最小主应力值分别为70.1MPa和30.1MPa，以自重应力为主。

2 施工现状

引水隧洞洞室开挖采用TBM与钻爆开挖相结合的方式，1#、3#引水隧洞采用TBM法开挖（开挖直径12.4m），2#、4#引水隧洞采用钻爆法开挖（开挖直径13.2-13.8m）。在洞挖掘进至约10km时，进入了潜在强岩爆洞段，随着埋深的增加，在掘进过程中，岩爆频发，等级越来越高，因岩爆具有看不到、摸不着、随机性极强的等点，因此在施工过程中对人员、设备构成了巨大的安全威胁。

各引水隧洞开挖机械化程度不高，个别工作面处于潜在强岩爆洞段，但仍采用人工开挖，现场安全风险较高。现场施工人员安全意识不强，过程中未严格按照安全标准要求进行施工作业。存在未佩戴安全帽、高空作业未佩戴安全带等安全违章行为。各主洞上断面开挖完成后系统支护滞后较多，承包人资源投入不足，施工组织管理不到位，系统支护施工进度缓慢。

3 过程控制

3.1 加强高埋深岩爆洞段的技术准备

3.1.1 要求承包人制订并上报防岩爆专项方案

应监理工程师要求，承包人上报了防岩爆专项方案，监理工程师根据审批的防岩爆专项方案的要求，对现场各项防岩爆措施进行了专项检查，同时在日常监理活动中，不定期进行检查；督促承包人进行了防岩爆安全演练，最大限度的提高现场施工人员的防岩爆安全意识。

3.1.2 要求承包人上报应力解除爆破孔设计

应力解除爆破的目的是解除或降低应力集中区部位的高应力，爆破区域位于应力集中区范围内，并以能有效解除或降低应力为原则。监理工程师督促承包人上报应力解除爆破孔布置图、装药量等技术要求，现场施工过程中，掌子面施作应力解除爆破孔，同时，开挖后根据现场实际情况采用多臂钻在爆部位施工径向应力释放孔，释放较高的地应力，减轻岩爆强度。

另外，隧洞开挖后掌子面一带的应力集中区空间形态为一“涡壳状”区域，当开挖面形态适应这种应力分部形态时，有利于维持围岩的围岩水平和围岩强度，达到利用围岩强度控制岩爆的目的。为此监理工程师建议承包人在岩爆多发地段将掌子面形态也修正为“涡壳状”，中心部位凹进，从中央到周边平顺过渡，形成总体上的弧形形态。

3.1.3 加强地质预报、微震监测工作

经业主引进微震监测技术，提前对前方围岩发生岩爆的可能性、等级进行了预测，较好地指导了现场施工，最大程度上减少了岩爆危害，不少预测有岩爆风险的区域，在监理工程师督促施工单位采取及时有效的支护措施后，降低了岩爆造成的破坏程度或者避免了岩爆的发生。

在各引水隧洞施工过程中，采用综合的宏观地质预测、TSP中长距离预报、短距离表面雷达等多种方法进行综合地质预报，坚持预报在前，先探后掘，最大限度的查明前方地质状况，指导施工，规避安全风险。

一般地质雷达预报范围为掌子面前方30m范围内，监理工程师收到预报成果后，第一时间转发承包人，同时要求承包人有针对性的做好准备工作。轻微-中等岩爆洞段，要求承包人地质工程师加强巡查，注意围岩变化情况，潜在强岩爆洞段，要求承包人加强支护，及时喷射CF30钢纤维混凝土进行封闭，确保现场施工安全。

3.2 加大资源投入，满足现场机械化施工需求

3.2.1 督促加大开挖、支护大型机械设备投入

针对潜在强岩爆洞段施工风险较高的形势，监理工程师多次组织参建各方召开专题会、协调会，经各级领导商讨决定，同意增加开挖、支护大型机械设备投入，以减低岩爆洞段施工人员的安全风险。

3.2.2 加强支护措施

在岩爆洞段，临时支护采用加强支护，以确保现场施工安全，具体采用以下支护形式：

1）水胀式锚杆

水胀式锚杆具有安装速度快、全长受力的特点。使用水胀式锚杆，可有效预防或减轻岩爆造成的危害，同时，可满足现场快速完成支护进行开挖施工的要求。

2）涨壳式预应力中空注浆锚杆

涨壳式预应力中空注浆锚杆具有受力速度快、能够实现永临结合目的的特点。在岩爆区使用涨壳式预应力中空注浆锚杆，首先将锚杆插入，施加预应力，第一时间起到稳固围岩的作用，后期再进行注浆，实现了安装与注浆的平行作业，不耽误开挖施工进度。

3）纳米材料混凝土

纳米材料的成分颗粒大小以纳米为单位，能够很好的改善喷射混凝土的性能，初凝快、喷层易增厚厚、粘结力强、回弹率小、强度上升快，能加快作业速度，很好的约束围岩变形，给予围岩变形柔性支持力。

在岩爆洞段，开挖完成后第一时间采用纳米钢纤维混凝土对掌子面进行封闭，确保后续施工安全。

4）钢筋网片

钢筋网片为φ8@15m×15cm，是一种柔性支护形式。在岩爆洞段围岩易形成应力集中的部位及岩爆发生后形成塌坑的部位，采用挂设钢筋网片，并与锚杆外露端焊接，随后喷射钢纤维纳米混凝土，从而形成一层壳体，可有效地重新分配地应力，减少岩爆强度。

5）柔性防护网

在强岩爆洞段采用挂设柔性钢丝网，可增大钢纤维混凝土的喷射厚度，对围岩起到较好的支撑和分散应力的效果。

在潜在强岩爆洞段施工时，监理工程师根据现场地质条件，要求承包人上述各种加强支护形式结合使用，以达到综合治理岩爆的效果。

3.3 加强现场施工过程中管理

3.3.1 督促已开挖洞段及时完成系统支护

潜在强岩爆洞段施工时，监理工程师督促承包人及时完成系统支护，做到“一循环一支护”。针对个别工作面系统支护滞后，掌子面较远的情况，监理工程师组织召开周例会、月例会、协调会，并下发监理指令、正式文函，督促承包人加大资源投入，及时完成系统支护施工，确保现场安全。

3.3.2 岩爆洞段督促承包人按照应力解除爆破施工

岩爆洞段施工，监理工程师下发现场指令、正式文函，督促承包人按照应力解除爆破技术进行开挖施工，最大限度减少岩爆的发生，并提高了岩爆洞段开挖质量。

3.3.3 滞后性岩爆发生后要求暂停开挖施工，进行加强支护

下断面开挖采用中部拉槽、两侧预留保护层二次扩挖，强岩爆洞段采用上、下分层开挖的施工方式。施工过程中，发生滞后性岩爆后，监理工程师第一时间组织业主、设计、施工等参建各方相关人员到现场进行查看，设定下一步支护参数，同时要求承包人暂停掌子面开挖，首先完成岩爆部位支护施工，方可恢复掘进。

3.4 加强人员、设备安全管理

3.4.1 督促现场施工人员做好安全防护

监理工程师督促承包人加强对施工人员的安全教育，包括新工人入场安全教育、特种人员安全生产教育和培训、各级安全管理干部的安全生产培训等，使管理及施工人员认识到安全生产的重要性、必要性，自觉地遵守安全生产法令和规章制度。

监理工程师督促承包人现场施工人员在潜在强岩爆洞段施工时，必须佩戴钢盔，身穿避弹衣，同时若岩爆现象严重时，要求承包人适当调整施工工序，采取待避措施，待主要岩爆发生过后再进行作业。日常监理过程中，监理工程师对施工人员安全帽等安全防具的佩戴进行随机检查，发现未按要求进行佩戴的，要求其进行整改，同时对其进行安全教育

3.4.2 督促现场大型机械设备做好安全防护

岩爆洞段施工前，监理工程师督促承包人采用多臂钻进行钻孔，湿喷台车进行支护，最大限度地使用机械代替人工作业，同时要求承包人对所有机械车辆（包括装载机、挖掘机、多臂钻和湿喷台车）的操作室（台）及发动机盖全部用具有一定厚度钢板进行加厚加固，均采用1cm厚钢板在驾驶室或重要部位安装防护棚。

3.5 加强开挖贯通安全管理

3.5.1 做好协调工作

各引水洞开挖工作面上断面贯通前，监理工程师积极做好协调工作，在两个工作面开挖相距100m时，即要求承包人开挖爆破前提前相互通知，另一个工作面人员、机械设备撤离工作面；在两个工作面相距50m时，监理工程协调承包人暂停一个工作面开挖施工，进行支护施工，另一个工作面单向掘进，开挖爆破前提前通知，另一个工作面人员、机械设备撤离工作面，确保贯通安全。

3.5.2 做好信息管理工作

各开挖面贯通前，监理工程师督促承包人做好测量工作，复核两个工作面之间的开挖距离，确保开挖施工的安全距离。