泸定水电站浅埋覆盖层开挖支护施工技术

2021-10-16任喜军杨芳

工程建设与设计 2021年15期

关键词：泄洪洞水沟灌浆

任喜军，杨芳

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，长沙410000）

1 工程案例

1.1 工程概况

泸定水电站位于四川省泸定县境内，为大渡河干流水电梯级开发的第12 级电站，装机容量4×230 MW。上距康定市城区44 km，下距泸定县城2.5 km，国道318 线从工区通过，对外交通方便。

枢纽工程由黏土心墙堆石坝、泄洪建筑物，引水发电系统等建筑物组成，泄洪建筑物由1#、2#、3#3 个泄洪洞组成。其中，2#泄洪洞兼做后期导流洞使用，在截流后的第一个汛期投入使用，为本工程施工工期控制的关键项目。2#泄洪洞位于大渡河右岸，洞身段长1 370.35 m，进水口高程1 315.00 m，出口高程为1 290.00 m，长约1 370.35 m，纵坡为11.23%。隧洞为城门型洞，开挖断面尺寸为16.0 m×23.0 m。

1.2 工程地质

浑水沟段桩号为0+680～0+715，水平埋深70～200 m，垂直埋深6～40 m，浑水沟常年流水，据SZK45 孔揭示，过沟段覆盖层厚度6.69 m，为灰黄色碎砾石。碎砾石成分较单一，主要为闪长岩，少量花岗岩、石英岩。洞室上覆岩体最小厚度约6 m，为灰白色花岗岩，岩石破碎，岩芯多呈3～6 cm 短柱状，部分0.5～3 cm 棱角状碎块，少量15～25 cm 长柱状，碎块表面新鲜。岩体节理裂隙较发育，钻孔岩石质量指标RQD≤20%，压水试验透水率q=3～10 Lu，属稳定性差～极不稳定围岩。

2 施工方案

由于浑水沟段围岩以Ⅳ、Ⅴ类为主，且地下水丰富，使得结构面的内摩擦力减弱，岩体产生塑性变形、崩解或不稳定的块体沿软弱结构面滑塌，稳定性极差，属稳定性差～极不稳定围岩。根据工程地质条件和可能存在较大涌水的情况。为了保证后续洞挖的安全、顺利地进行，先将地表水引流，然后，在地表进行预固结灌浆；洞内上层采用双侧壁法进行开挖施工。开挖前采用超前小导管预注浆支护，钢格栅支撑，喷聚丙烯纤维混凝土、锚杆初期支护；下层采用短循环、弱爆破施工。

2.1 地表水引排

由于浑水沟沟内常年有流水，为减少地表水下渗，造成围岩失稳，给洞内开挖带来不利影响，利用枯水期在洞顶先将沟内地表水采用3 根直径500 mm 的钢管将地表水引排。

2.2 超前固结灌浆

为了进一步探明浑水沟段地下岩层地质情况，特别是提前对该浅埋覆盖层地下洞段预先进行固结灌浆，以提高围岩承载力和自稳能力。

1）利用枯水期，提前对浑水沟段地表地表土层进行清理，减少荷载。

2）从地表向下进行固结灌浆钻孔，钻孔向外偏角度10°～20°，间排距为2 m×2 m，钻孔深度为设计开挖面以下1.0 m，长度为18～22 m，共布设灌浆孔46 个。钻孔采用HGr-200 型地质钻机钻孔。钻进过程中，对所有钻孔均进行孔内注水实验，并对其中10%的钻孔进行取芯分析。通过注水试验，探测各段水文地质情况，包括渗水量和水压力等。

3）固结灌浆按分序加密的原则分两序进行，按I 序→Ⅱ序→检查孔的顺序施工。

4）灌浆自上而下，小孔径钻进，采用栓塞阻塞，孔内循环。

5）每个孔按4 段灌注，钻进2～3 m 后开始下套管，每段灌浆技术参数如表1 所示。

表1 灌浆技术参数

6）根据钻孔和注水实验情况分别进行。

首先，对于孔内岩石非常破碎，渗水量大（不返水），直接采用1∶0.5～1∶0.35 的浓水泥浆直接进行灌注，灌浆压力0.3～0.5 MPa，如果灌浆过程中，耗浆量特大则分别采用以下处理方法：（1）合理减小灌浆压力，采用限流、限量、间歇灌浆方法；（2）掺加水玻璃，加速浆液凝固，缩短凝结时间；（3）直接采用水∶水泥∶砂=0.38～0.45∶1∶1 的水泥砂浆。

其次，对于孔内岩石比较破碎，渗水量较大（渗水速度≥30 L/min），直接采用2∶1 水泥浆进行灌注，然后根据灌浆情况逐级加浓至1∶2 的浓水泥浆直接进行灌注，灌浆压力0.3～0.5 MPa。

最后，对于孔内岩石相对较好，渗水量不大（渗水速度＜30 L/min），先采用5∶1 水泥浆进行灌注，然后根据灌浆情况按3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1 的逐级加浓，灌浆压力0.3～0.5 MPa。

7）串浆处理：（1）待灌孔串浆量较小时，可在灌浆同时在被串孔内通入水流，确保水泥浆不在孔内沉淀；（2）待灌孔串浆量较大时，若是具备施工条件可同时灌浆，否则需封闭被串孔，直至灌浆结束后，打开被串孔并进行扫孔冲洗，然后尽早完成此孔的灌浆；（3）若是2 孔同时灌浆，而2 孔段灌浆压力不同，一旦出现串浆情况，无法达到灌浆结束标准，需封闭灌浆压力较小的浅孔，直至完成深孔灌浆作业后，再对浅孔进行灌浆施工。

8）压水实验：为检查固结灌浆的施工质量，在离原来取芯并做注水试验的孔1 m 处，钻检查孔，并进行压水实验，检查孔比相应的固结灌浆孔浅1 m，达到开挖结构线即可。检查孔压水采用三点法压水试验。通过压水检查表明，透水率最大的为7 Lu，最小的为0.4 Lu，满足地表固结灌浆的预期效果。

2.3 超前小导管注浆

浑水沟段根据2#泄洪洞的开挖直径较大、地下水丰富，渗水量达到25 L/min。开挖前，先用喷射混凝土将开挖面和5 m范围内的坑道封闭，然后沿设计开挖轮廓线，以20°外插角，向掌子面按30 cm/根布置φ42 mm，长度L=3.5 m 的小导管，并注浆，与坑道周围形成一定胶结强度的结合体，小导管尾部焊接于钢格栅上，共同组成支护体系，然后进行开挖等作业。

小导管的搭接长度为2 m，注浆采用KBY-50/70 双液注浆机压注水泥-水玻璃浆液。注浆前通过现场试验确定注浆参数。当每孔注浆量达设计要求时，可结束注浆，注浆参数见表2。多排管注浆时需注意串浆问题，每钻完1 孔及时注浆，注浆由下而上、由里朝外。工艺流程如图1 所示。

表2 小导管注浆参数表

图1 小导管施工程序框图

2.4 洞身开挖

洞身开挖采用中导洞先行，侧墙开挖随后，初期支护紧跟开挖面。

中导洞为3 m×4 m(宽×高)，采用“短进尺、弱爆破、勤支护”的施工方法，每循环进尺控制在2.0 m 以内。开挖之后，初步进行危石清理，立即初喷5 cm 厚喷聚丙烯纤维混凝土。纤维混凝土封闭岩面，然后进入下一循环施工。中导坑开挖贯通后，再进行小导管注浆及侧墙扩挖施工。

侧墙扩挖前先进行超前小导管注浆施工，并将小导管尾部焊接于钢格栅上，共同组成支护体系。然后，在支护体系的保护下进行开挖支护等作业。扩挖施工采用“短进尺、弱爆破、勤支护”的施工方法，每循环进尺控制在2.0 m 以内，每循环开挖后立即初喷5 cm 聚丙烯纤维混凝土。封闭岩面，然后进行钢格栅、锚杆及复喷混凝土支护工作，以确保施工安全。

2.5 初期支护施工

为保证工程施工安全，开挖后应及时进行初期支护施工。钢格栅采用钢筋场内分节制作，钢格栅连接钢板用螺栓连接。间距70 cm/榀，每榀钢格栅设φ25 mm（L=6 m）锁拱锚杆，锚杆间距0.8 m，与钢格栅焊接在一起，钢格栅之间采用φ28 mm纵向连接钢筋形成整体，间距1.0 m。同时，为保证中下层开挖的施工安全，钢格栅底部布设φ28 mm（L=9 m）锁脚锚杆，每榀4 根，两侧各2 根。

钢格栅施工完毕后，及时进行复喷混凝土施工，完成初期支护，保障洞室工程施工安全。复喷混凝土必须将钢格栅和纵向连接钢筋全部覆盖完毕，以增加钢格栅的刚度和整体稳定性。以上支护工作全部完成后，再进入下一循环开挖支护工作。