越南上昆嵩水电站不良地质段施工方法探讨

藏 旭

（辽宁省大伙房水库输水工程建设局，沈阳 110166）

越南上昆嵩水电站不良地质段施工方法探讨

藏 旭

（辽宁省大伙房水库输水工程建设局，沈阳 110166）

上昆嵩水电站引水隧洞存在洞室埋深大、地应力高、高压涌突水、断层破碎带等多种不良地质条件洞段，有发生塌方、岩爆、突涌水等地质灾害的可能，对保证施工安全和工期不利。施工单位根据地质超前预报的成果，应用不良地质辅助工法和应急处理措施来防止地质灾害的发生，保证了施工安全，节省了成本和工期，为类似工程的施工积累了经验。

地质灾害；应急处理措施；施工安全；工期

1 工程概况

上昆嵩（ThuongKonKum）水电站位于越南崑嵩省（KonTum）公伯陇县（KonPlong），装机容量 2×110MW，最大发电水头944m，平均年发电量约1.094×109kW·h。

上昆嵩水电站引水隧洞长17483.00m，其中TBM法（Tunnelboringmachine全断面岩石隧道掘进机）开挖12403m（5＋000～17＋403），其余洞段采用钻爆法开挖，开挖洞径4.5m。

2 不良地质灾害处理的必要性

上昆嵩水电站引水隧洞沿线山峰连绵起伏、地表植被茂密、覆盖层厚、冲沟发育，沿引水隧洞共有18条Ⅳ级断层，24条Ⅴ级断层，断层多为陡倾角，与隧洞轴线近直交。

上昆嵩水电站引水隧洞表层岩石风化强烈，受岩石成分、地形形态、地貌、褶皱、构造等因素的影响，风化带分布复杂，地下水丰富，地下水位埋深只有6～28.1m。

上昆嵩水电站引水隧洞存在洞室埋深大、地应力高、高压涌突水、断层破碎带多等多种不良地质条件洞段。

埋深大、地应力高易发生岩爆灾害，高压涌水易导致不良地质体失稳坍塌，掩埋TBM刀盘和主机，机体受水淹后会导致电气系统故障，而多达42条的断层破碎带也是严重的地质灾害隐患，这些地质灾害一但发生将花费很长的时间和大量的资金处理，还有可能带来人身伤害，所以在做好隧洞不良地质体和施工地质灾害超前预报的基础上，正确应用不良地质辅助工法和应急处理措施对地质灾害进行治理，加强安全监测，才能保证施工安全，减少经济损失，保证按期完工。

3 不良地质灾害的处理方法

根据上昆嵩水电站洞室埋深大、地应力高、存在高压涌突水、断层破碎带多等实际地质情况制定治理各种不良地质灾害的方法：

1）对断层破碎带、严重影响带和密集节理带等破碎、软弱围岩洞段，严格贯彻“管超前、严注浆、短开挖、快封闭、勤量测、快衬砌”的十八字施工方针，以防止和控制塌方的发生。

2）对于高压涌突水等富水带，采取“高压超前灌堵、动压先排后封、静压排堵结合、小水先引后止”的施工方针，以防止和控制突泥突水。

3）对于可能发生岩爆的洞段，则采取“预防在先、降低等级、及早支护、做好防护”的方针，积极防止岩爆的发生，控制和治理岩爆［1］。

3.1 断层破碎带、软弱围岩洞段施工措施

根据超前地质预报或结合超前钻孔，确定掌子面前方存在断层或节理破碎带、软弱围岩段时，在进入不良地质段前，组织编制不良地质段施工预案并做好施工技术交底和指导。

3.1.1 规模较小的破碎带和软岩段施工措施

通过超前地质预报和超前探测，查明软弱围岩或破碎带规模较小，只占隧洞开挖断面少部分（1／4左右），沿洞线纵向距离较短，渗水量不大的情况下，施工指导思想是：先超前支护，再短步进开挖，开挖后立即进行锚、网、架钢拱架和喷混凝土支护［2］。

3.1.1.1 超前支护

一般在顶拱120°范围内布置中空自钻式注浆锚杆或超前小导管注浆，直径32～40mm，单根长度4.5m，沿隧洞轴线方向仰角约10°～20°左右，纵向水平搭接距离≥1m，环向间距0.25～0.3m。

3.1.1.2 开挖控制

TBM施工时，采取小的推进速度和推进压力慢速掘进，步进进尺控制在0.6～0.9m以内。

3.1.1.3 初期支护

开挖后，及时按施工设计图纸，布设系统中空注浆锚杆，并安装钢拱架等进行加固，将超前支护的锚杆或小钢管尾端用钢支撑架设，并焊接牢固，钢支撑间距为0.9m左右。

钢架加固完成后，在拱部270°范围及时湿喷12～15cm厚C25混凝土。

3.1.1.4 破碎带塌腔处理

若软弱破碎带处产生了小坍塌，在危石安全处理后，需在塌腔中先喷10cm厚混凝土，然后将塌腔内岩壁与钢支撑通过型钢相连接支顶，采用2～4mm厚钢板封闭塌腔，向塌腔内灌注混凝土，并预留灌浆孔，进行混凝土等强，再固结灌浆加固［3］。

3.1.1.5 TBM安全通过破碎带措施

TBM掘进时，当破碎带和塌腔处于撑靴部位时，由于围岩破碎，难以支撑，容易引起撑靴打滑或产生更大的坍塌，需采取措施对撑靴部位进行加固处理，可采用以下一种或几种措施进行处理：

1）在撑靴部位附近打密集锚杆，应急喷射混凝土进行加固，并垫钢板，增加围岩强度和可支撑能力。

2）在撑靴出现塌腔的部位垫密集的砂袋和枕木，供撑靴支撑，当支撑通过破碎带或塌腔部位后，再取出砂袋，用钢板封闭塌腔，回填混凝土和固结灌浆。

3）TBM掘进时，降低掘进速度，调低撑靴油缸的支撑压力，减小对围岩的压迫和破坏。

4）TBM撑靴支撑时，尽量将撑靴预留缺口骑跨钢拱架，因钢架间距小难以骑跨时，应采取垫枕木等措施，禁止将TBM撑靴直接压在钢拱架上，以防产生将钢拱架压断或将撑靴破坏的事故发生［4］。

3.1.2 规模较大的破碎带和软岩段施工措施

通过超前地质预报和探测，查明软弱围岩或断层节理破碎带沿隧洞横断面和沿洞轴线延伸规模较大（如破碎带宽度超过隧洞断面1／4和沿纵向延伸距离在10m以上），或预计沿破碎带将出现大涌水或高压涌水时。

施工方法是：先进行超前灌浆加固岩体，再采用超前锚杆或小导管进行超前支护，短进尺，开挖后立即在新开挖段采取系统锚、网、钢架和喷混凝土强支护措施，加强安全监测，及时进行二次衬砌作业。

3.1.2.1 超前灌浆

超前灌浆的目的是在隧洞围岩周围通过一定压力将浆液压入岩体，形成止水层或加固层，以避免因开挖引起洞周地下水大量动态泄放或洞周松散围岩应力释放产生过度松弛，最终达到切断通道、封闭出水裂隙或固结围岩、提高岩体强度的目的，确保施工人员和机械的安全。

1）灌浆材料：

用于灌浆的水泥为强度等级≥32.5级普通硅酸盐水泥，可在水泥浆液中掺入质量合格的速凝剂、减水剂、稳定剂，最优掺加量通过室内试验和现场灌浆试验确定。

施工中可采用水泥～水玻璃双浆液，水泥浆、水玻璃体积比为1∶0.5～1∶1，水玻璃浓度控制在20～40°Be＇，模数取 2.4～3.4。

2）超前灌浆施工：

超前灌浆的段长、灌浆孔布置、灌浆压力、灌浆工艺、灌浆材料及配比、灌浆结束标准等均需要根据现场的隧洞水文地质条件，通过现场生产性试验优化确定。

超前灌浆顺序一般先上方后下方，或先内圈后外圈，先无水孔后有水孔的顺序灌浆。

针对有压地下水的超前灌浆在达到结束标准后采取闭浆措施，即利用止浆阀保持孔内压力直至浆液完全凝固。

超前灌浆段完成灌浆后，视浆液的种类，间隔一定时间方可开挖，超前灌浆每次处理洞长为30m，待浆液凝固后开挖27m，同时留有3m洞长为止浆墙。

3.1.2.2 超前支护

1）超前锚杆或小导管支护：

一般在顶拱120°范围内布置中空自钻式注浆锚杆或超前小导管注浆，直径32～40mm，单根长度10m，沿隧洞轴线方向仰角约10°～30°左右，纵向水平搭接距离≥1.5m，环向间距0.5m。

2）钢拱架：

超前小导管尾端采用钢拱架支顶并牢固焊接，每次开挖进尺在0.6～1.2m即进行系统支护，安装钢拱架支撑，钢支撑间距根据实际围岩状况控制在0.9m左右。

钢拱架加固完成后，及时安装系统锚杆，在拱部270°范围挂钢筋网，立即在边顶拱270°范围喷10cm厚C25混凝土进行支护。

3）支护补强、衬砌的施工：

在大的断层破碎带施工时，对围岩和初期支护的受力和变形情况加强监测作业和预报，当受力和变形较大时，及时分析原因，研究选择采用支护补强措施或进行混凝土衬砌施工。

3.1.2.3 开挖控制

TBM施工时，严格控制掘进速度，降低刀盘转速、推进压力和撑靴支撑压力等参数，减少对围岩的破坏和扰动。

每循环进尺控制在0.5～1.0m左右。

3.2 富水带的施工

3.2.1 地下水的主要情况

按地下水赋存的条件和水力学性质，工程区内地下水分为松散岩类孔隙水、碎屑岩孔隙水、基岩裂隙水和断裂构造水4种类型。

上昆嵩水电站隧洞施工过程中，地下水分布不均，多为渗水—滴水状态，在个别构造发育部位，由于断裂带物质组成和风化程度不均，特别是存在断层泥及断层角砾等软弱夹层，外水压力较大，需采取措施解决突发涌水问题。

高压涌水洞段对TBM施工的影响有：

1）水压力的作用会引起掌子面会坍塌，掩埋刀盘及主机，增加刀盘的扭矩。

2）涌水量过大会淹没TBM主机和后配套。

3）洞壁发生坍塌时，TBM的撑靴无法支撑，导致TBM不能正常向前推进。

3.2.2 TBM施工中对涌水的处理措施

3.2.2.1 确定技术措施的原则

确定技术措施的原则有：预测先行，预防为主，防微杜渐，确保安全。

3.2.2.2 掘进前采取的措施

打超前孔泄水，测量钻孔出水量、水压。排水疏干围岩过程中，观察记录水量和水压的变化。排水孔水压及水量不减，必须采用注浆堵水，如果涌水基本排干时，则TBM可继续掘进［5］。

3.2.2.3 掘进后采取的措施

为保证喷混凝土质量应采用遮挡、插管引排措施把工作面的涌水或注浆后的剩余水量及时排离工作面，使岩面保持相对干燥。

3.2.2.4 根据水量不同分别采取的措施

主要采取以下3种措施：

1）围岩内只有微量渗水或局部滴水时，打排水孔，用塑料管把水排到工作面后方，同时采用锚杆钢筋网加钢拱架的加强支护措施。

2）围岩内有渗水或线状涌水时，加密钻孔，增加排水管，安装钢拱架。

3）围岩中有股状涌水时，根据水文地质情况，采用超前钻孔泄压，再注浆堵水。

3.3 岩爆段TBM施工

由于上昆嵩水电站引水隧洞具备埋深大、岩石单轴抗压强度高等岩爆发育条件，因此在隧洞开挖过程中，将面临各级岩爆的威胁。

在施工中，将根据岩爆的强度等级采取不同的处理措施，以有效防治各级岩爆。如果在施工中没有及时、有效的岩爆防治措施，将在很大程度上影响施工设备和人员的安全，从而导致工程进展缓慢甚至停工。

可采用如下措施防止各级岩爆的发生：

1）加强预测预报：

在高地应力、干燥、脆性围岩段，观察岩爆发生的可能性；采用岩石声发射仪对岩石内部情况进行检测，能在一定程度上反映出岩体内部破裂程度和应力增长速度。查看地形地貌，谷地是应力高度集中区。

2）加固围岩：

弱岩爆区段要及时喷射混凝土封闭TBM刀盘护盾后方的岩面，形成柔性支护，必要时可局部挂钢筋网，尽量减少围岩暴露时间，尽快封闭应力释放面。

中等强度岩爆区段，除及时喷射混凝土封闭岩面外，还要采用锚杆、挂钢筋网及时支护，必要时可以局部安装钢拱架。

强至极强岩爆段，除及时进行喷射混凝土封闭岩面外，采用锚杆、钢瓦钢拱架（局部加密）等措施联合起来加强支护。

3）根据预报，在可能发生岩爆的洞段，掘进过程中利用护盾油缸和下支撑油缸的联合动作，稍稍扩大掘进洞径，留出岩爆空间，避免TBM停留过程中围岩收敛卡住刀盘。

在掘进期间，一般设备不作长时间停留，快速掘进通过危险洞段。

4）钻孔卸压法：

采取超前钻孔，并向孔内注水，促进围岩软化，释放地应力。

5）改善围岩物理性能：

利用刀盘上的喷水嘴对围岩喷高压水可以降低表层围岩的强度，使岩体中积累的高构造应力减小。

6）防止卡刀盘：

TBM设备日常维护停机保养期间，周边围岩会产生收敛变形，有可能卡住刀盘，虽然TBM设备的脱困扭矩设计很高，但为防止变形过大，造成刀盘被卡住，需要在维护保养时，应间歇性转动刀盘。

同时，在岩爆段的TBM掘进过程中，将边刀通过加垫片的方式进行径向扩挖。

7）地温法：

干燥无水的围岩产生岩爆的可能性较大，如果用红外线测温仪测得地温接近相应埋深下的正常地温，说明地下水渗流弱，发生岩爆的可能性较大。

8）TBM设备和人员防护：

钢拱架安装部位、锚杆钻机操作部位、钢筋网安装部位均设有安全防护棚，另在台车上层设置紧急安全避险间。TBM施工人员一律佩带钢背心和钢头盔。

4 结 论

对于上昆嵩水电站引水隧洞这种存在洞室埋深大、地应力高、高压涌突水、断层破碎带等多种不良地质条件的工程，在做好隧洞不良地质体和施工地质灾害超前预报的基础上，根据不良地质体的特性，有针对性地采取相应的辅助工法和应急处理措施进行治理，能有效防止地质灾害的发生或降低地质灾害的等级，对于相似工程的施工有一定的参考意义。

［1］寸金鹏.油房沟水电站不良地质段的斜井开挖［J］.云南水力发电，2010（04）：58－59.

［2］周卫霞.TBM在富水带的施工技术措施［J］.石家庄铁路职业技术学院学报，2013（09）：27－31.

［3］王平，刘凯.TBM在不良地质条件下的施工技术［J］.广西水利水电，2008（10）：13－14，34.

［4］毛文莉.TBM在大伙房水库输水工程隧洞施工中的应用［J］.水利建设与管理，2010（09）：8－9，16.

［5］余胜冬，邓元亮.洪一水电站工程不良地质情况下超深小断面竖井施工［J］.水利水电施工，2008（S1）：79－80，83.

Discussion on Construction Method for Bad Geological Section in ThuongKonKum Hydropower Station，Vietnam

ZANG Xu
（Dahuofang Reservoir Water Diversion Project construction Bureau，Shenyang 110166，China）

The diversion tunnel chamber of ThuongKonKum Hydropower Station has a bad geological conditions，such as deep buried depth，high crustal stress，high pressure water gushing，fault fracture zone. There are landslides，rock burst，water inrush geological disasters，and they are unfavorable for construction safety. According to the geological prediction results construction unit can prevent geological disasters by using bad geological section construction method and emergency measures，ensuring the safety of the construction and saving cost and time，cumulating precious experience of the similar project.

geological disaster；emergency measures；construction safety；construction period

TV554

B

1007－7596（2014）08－0066－04

2014－04－25

藏旭（1986－），男，辽宁沈阳人，助理工程师。