特大型洞室過淺埋段的開挖與支護

彭偉平，李海清，尹 偉，張 洋

（1.中鐵五局 （集團）第五工程有限公司，湖南 郴州 423000；2.中國水利水電建設工程咨詢中南公司瀘定監理中心，四川 瀘定 626100；3.四川華電瀘定水電有限公司，四川 瀘定 626100）

瀘定水電站2號泄洪洞洞長1 432 m，進口閘室底板高程1 315.00 m，洞身斷面為城門洞型，開挖斷面尺寸為16 m×23 m （寬×高），出口底板高程1 296.00 m。

渾水溝段樁號為K0+680～K0+715，水平埋深70～200 m，垂直埋深6～40 m。渾水溝常年過水。過溝段覆蓋層厚6.69 m。洞室上覆巖體最小厚度約6 m，巖石破碎，巖體節理裂隙較發育，鉆孔RQD≤20%；壓水試驗透水率為3～10 Lu，局部裂隙密集帶部分透水性較強；圍巖以Ⅳ～Ⅴ類為主，屬穩定性差～極不穩定圍巖。

根據地質勘探資料及現場地表勘查情況，決定對渾水溝段分3段采取不同開挖與處理措施。①K0+690～K0+710段。該段屬淺埋段，地表覆蓋層及巖層厚度介于13.1～55m之間，施工時先對地表進行固結灌漿處理，再進行洞室開挖。開挖前根據地質情況采用超前小導管及超前錨桿支護。洞室開挖采用 “先中導洞再擴挖”施工法。②K0+670～K0+690和K0+710～K0+715段。這兩段頂拱部位埋深較大，施工中采用全斷面開挖。

1 地表處理

1.1 地表水引排

渾水溝上游常年有水，在2號泄洪洞過渾水溝段，K0+695樁號洞軸線方向原地面右側頂部為一陡坎，水從其流出延伸到下游。為防止水滲入洞身范圍，影響地表固結灌漿處理效果，保證渾水溝段施工時洞內施工安全，在地面進行了固結灌漿，同時對該段渾水溝內水流進行了有效引排。

在陡坎部位采用C15片石混凝土擋水進行封閉，混凝土頂部厚0.8 m，高1 m，兩側與坎壁連接（坎壁在施工前其表面必須清理干凈，并鑿毛與混凝土緊密連接），混凝土中間埋入兩排φ100 mmPVC塑料管，長度沿水流方向伸出開挖洞軸線以外5 m。保證水流順利排出渾水段地表范圍。

1.2 地表預固結灌漿

根據渾水溝段地形條件，布置固結灌漿孔67個，間排距1.5 m×1.5 m，呈梅花形分布?？可侥_兩側基本采用斜孔，其余為豎直孔，同時在伸入洞身后間距過大的孔位中間加密布孔，以使灌漿后在洞頂位置形成一個穩定的固結圈?？咨钊?號泄洪洞相應洞身起拱線部位，最大鉆孔深度22 m，鉆孔頂角0°～20°。

1.2.1 施工方法

灌漿施工采用自上而下分段灌漿施工方法，最多可分為四段灌注。其中鉆入2～3 m后開始鑲嵌孔口管，第一段鉆入深度3～7 m，灌漿壓力0.4 MPa；第二段鉆入深度7～12 m，灌漿壓力0.6 MPa；第三段鉆入深度12～18 m，灌漿壓力0.8 MPa；第四段鉆入深度18～22 m，灌漿壓力1.0 MPa。

1.2.1.1 鉆 孔

采用儀器和人工相結合測放孔位、安裝鉆機，孔位偏差應小于10 cm。

首先鉆灌先導孔，再Ⅰ序孔，然后Ⅱ序孔，最后是施工檢查孔。鉆孔采用引孔導入法，先采用φ90 mm鉆頭鉆引導孔，裝入φ90 mm孔口管并進行鑲嵌、堵孔后，改用φ76 mm鉆頭繼續鉆孔，直至第一段設計鉆孔深度，進行灌漿施工。第一段灌漿施工完成后，重新鉆孔至第二段設計鉆孔深度，進行灌漿施工。如此循環，直至完成。

鉆孔完成后進行鉆孔沖洗，采用敞開式水沖法，要求孔內巖屑殘留厚度不大于20 cm。沖洗壓力為灌漿壓力的80%，可結合灌前簡易壓水進行。

壓水試驗檢查孔數為灌漿孔總數的5%，試驗壓力為灌漿設計壓力的80%，壓水時間20 min。

1.2.1.2 灌 漿

（1）灌漿采用自動灌漿記錄儀記錄。

（2）固結灌漿采用 “自上而下分段灌漿，小孔徑鉆進，栓塞阻塞，孔內循環”的工藝。

（3）嚴格按分序加密的原則進行。施工順序為導孔→I序→Ⅱ序→檢查孔。

（4）灌漿采用R32.5普通硅酸鹽水泥，水灰比采用 3∶1、 2∶1、 1∶1、 0.8∶1、 0.5∶1 等 5 級， 按 DL/T 5148—2001《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》要求逐級變換。開灌水灰比采用3∶1。

（5）灌漿應盡快達到設計壓力，禁止低壓灌漿、高壓結束。

（6）灌漿漿液變換。①灌漿過程中，灌漿壓力保持不變，注入率持續減少，或當注入率不變而壓力持續升高時，不改變漿液水灰比；②當某一級漿液的注入量達300 L以上或灌注時間超過1 h，灌漿壓力或注入率均無改變或改變不顯著時，可改濃一級水灰比的漿液進行灌注；③當注入率大于30 L/min時，視具體情況越級變濃水灰比；④漿液水灰比改小后，如灌漿壓力突增或灌漿注入率突減到原注入率的1/2以下時，立即回稀到原級水灰比進行灌注，并查明原因。

（7）灌漿結束標準。設計壓力下，當注入率不大于1 L/min，繼續灌注40 min，即可結束該段灌漿。

（8）封孔。全孔灌漿結束后，經監理工程師驗收合格，采用壓力灌漿封孔法封孔。封孔灌漿水灰比為0.5∶1，封孔壓力為該孔最大灌漿壓力。

1.3 特殊情況處理

（1）回漿變濃。灌漿過程中，每隔15～30 min測記一次漿液濃度。當回漿變濃時，更換相同水灰比的新漿進行灌注；若回漿仍繼續變濃，應停止灌漿，立即改用稀一級水灰比漿液重新掃孔灌注。

（2）串漿。①若被串漿孔正在鉆進且串漿量不大，可繼續鉆進，否則應立即停止鉆進，封閉串漿孔，待灌漿結束后，再對串漿孔進行掃孔、沖洗，而后繼續鉆進施工。②若與待灌孔串漿且串漿量不大時，可于灌漿的同時在被串孔內通入水流，使水泥漿不致在孔內沉淀而堵塞鉆孔內的巖石裂隙；串漿量較大時，如條件具備可同時灌漿，如不具備，則封閉被串孔，待灌漿孔灌結束之后，立即打開被串孔進行掃孔，沖洗后盡快灌漿。③若兩個孔同時灌漿且兩孔段使用的灌漿壓力又不相同時出現串漿，若無法結束灌漿，應封閉使用較低灌漿壓力的淺孔，待深孔灌漿結束后再灌淺孔。

（3）大耗漿量孔段 （大于500 kg/m）。在灌注水灰比為0.5∶1濃漿的前提條件下，采取以下措施：①降低灌漿壓力、限流、限量、間歇灌漿；②在漿液中摻加速凝劑；③摻入粉細砂，摻砂量不大于水泥質量的200%。

（4）孔段返漿。此類孔段在灌漿結束時應適當延長屏漿時間，或先采用純壓灌漿結束后閉漿待凝，然后掃孔灌漿直至達到結束標準。

（5）孔內返砂。①先用水灰比為0.5∶1濃水泥漿液沖孔，以將孔內的砂子沖出孔外，再安裝孔口高壓閥門進行正常灌漿，使用大過流面積的高壓閥門及回漿管路；②在回漿管口裝過濾網，通過過濾網后再進入灌漿攪拌桶。

2 洞內處理

2.1 超前支護

2.1.1 超前小導管施工

（1）施工程序。在開挖前，先噴射混凝土將開挖面封閉，然后沿設計開挖輪廓周邊向前方圍巖內打入帶孔小導管，并通過小導管向圍巖內注漿。

（2）施工方法?，F場采用φ42 mm鋼管制作長6 m的小導管，鋼管前端做成尖錐形，前段管壁上每隔15 cm交錯鉆眼，眼孔直徑8 mm。噴射混凝土封閉巖面后，采用φ50 mm鉆頭鉆孔。將小鋼管以10°～15°外傾角打入孔內，鋼管環向間距30 cm。用注漿機壓注水泥漿。多排管注漿時為避免串漿，每鉆完1孔及時注漿，注漿與鉆孔同步進行。注漿順序由下而上，由里向外。

（3）施工工藝。①小導管注漿量Q=πR2Lη。其中，R為漿液擴散半徑；L為小導管長度；η為巖體孔隙率。②超前小導管保持3 m的搭接長度。③注漿采用純水泥漿，必要時加入適當的速凝劑。④注漿參數，水泥漿水灰比為1∶1。⑤注漿壓力，初壓0.5～1.0 MPa，終壓2.0 MPa。⑥注漿前先進行現場試驗，注漿參數通過現場試驗按實際情況確定。當每孔注漿量達到了設計注漿量時可以結束注漿。

（4）注漿異常現象處理。①發生串漿時，采用多臺泵同時注漿或堵塞串漿隔孔注漿。②當出現壓力突然升高，可能發生了堵管，應停機檢查。③注漿進漿量很大，壓力長時間不升高，則應調整漿液濃度及配合比，縮短膠凝時間，進行小量低壓力注漿或間歇式注漿，使漿液在裂隙中有相對停留時間，以便凝膠，但停留時間不能超過混合漿的膠凝時間，才能避免產生注漿不飽滿。

2.1.2 超前錨桿支護

開挖前，沿拱部開挖輪廓線以外10～15 cm環狀布置孔位，孔間距50 cm，設置φ28 mm、長9 m的超前錨桿，錨桿沿隧洞輪廓線徑向以10°～15°夾角施工。

超前錨桿按照 “先注漿后插錨桿”的方法施工。風鉆造孔，鉆完孔后，以高壓風清孔。先注漿，待注漿管全部拔出之后，立即采用人工 （必要時輔以大錘）將錨桿迅速插入孔底。錨桿尾部按設計要求留出外露長度，并用干性砂漿將孔口封堵好。注漿后的錨桿，在砂漿凝固后72 h內不得有敲擊、碰撞和拉拔等任何方式的擾動。

2.2 洞身開挖

2.2.1 開挖方案

（1） 在開挖 K0+670～K0+690、 K0+710～K0+715段時，采用全斷面施工。開挖前視地質條件，先進行超前錨桿施工，然后進行開挖，開挖循環進尺控制在1.5 m以內。每開挖一循環就支護一循環，支護采用鋼支撐、掛網噴混凝土、錨桿等相結合的支護方式，鋼支撐間距控制在0.5 m左右，根據圍巖實際地質情況稍作調整。

（2）K0+690～K0+710段，采用中導坑開挖。開挖后及時對開挖面初噴5 cm鋼纖維混凝土，以確保施工安全。在開挖至K0+690樁號時，先在頂拱部位進行超前小導管支護 （視地質情況或采用超前錨桿施工），小導坑每進尺2～3 m后，停止小導坑掘進，進行小導坑段擴挖處理，并及時對擴挖面進行型鋼 （18號工字鋼）支撐、錨桿及掛網噴混凝土支護，隨后再在頂拱部位進行超前小導管支護，待凝后進行小導坑開挖，依此循環類推，直至小導坑貫通 （根據小導坑開挖后暴露的地質情況，開挖方案可另做調整，但總體以施工安全為主）。

2.2.2 洞身開挖施工

（1）中導洞開挖。中導洞斷面為 4 m×4.5 m（寬×高），采用 “短進尺、弱爆破、勤支護”的施工方法，每循環進尺控制在2 m左右。開挖之后，初步進行危石清理，立即初噴5 cm厚鋼纖維混凝土封閉巖面，然后進行擴挖施工，再進行上層斷面鋼支撐噴錨支護。

（2）擴挖施工。①擴挖前進行超前小導管及超前錨桿支護。擴挖斷面按立型鋼支撐斷面尺寸開挖，擴挖前沿開挖輪廓周邊向前方圍巖內進行超前小導管注漿及超前錨桿加固。超前小導管及超前錨桿支護每6 m進尺進行一次。②擴挖施工。仍采用 “短進尺、弱爆破、勤支護”的施工方法，擴挖每循環進尺控制在1.5 m以內。每循環開挖后立即初噴5 cm混凝土封閉巖面，然后進行型鋼 （18號工字鋼）支撐、錨桿及掛網復噴混凝土支護工作，以確保施工安全。以上支護工作完成后再進入下一循環開挖支護工作。

2.3 洞身鋼支撐支護

鋼支撐分節制作，每節型鋼由連接鋼板用螺栓連接，然后焊接牢固。支護施工示意見圖1。

圖1 支護施工示意

K0+670～K0+715段上層開挖后及時安裝鋼支撐，間距50 cm/榀。每榀鋼支撐設φ25、長6 m的鎖拱錨桿，錨桿間距0.8 m，與鋼支撐焊接在一起；鋼支撐之間采用φ28縱向連接鋼筋連接形成整體。同時，為保證中下層開挖的施工安全，鋼支撐底部布設φ28、長9 m的鎖腳錨桿，每榀4根，兩側各兩根。鋼支撐縱向間距誤差范圍應在±100 mm內。

鋼支撐安裝后，鋼支撐之間采用鋼筋網制成擋網，以防止巖石掉塊。鋼筋網擋網，采用焊接或其他方式與鋼支撐牢固連接。噴射混凝土時應先噴鋼支撐處，然后噴鋼支撐之間的混凝土，直至噴夠設計厚度，將鋼支撐完全覆蓋2 cm以上。

3 結語

在K0+690～K0+710段開挖中，先對地表進行固結灌漿處理，處理完成后再進行洞室開挖。開挖前根據地質情況采用超前小導管及超前錨桿支護，洞室開挖采用先中導洞施工法，中導洞完成后，進行擴挖及型鋼支撐、錨桿、噴鋼纖維混凝土 （或噴混凝土掛網）等聯合支護。在K0+670～K0+690、K0+710～K0+715段，采用全斷面開挖，開挖前視地質條件，先進行超前錨桿支護，然后進行開挖，開挖循環進尺控制在1.5 m之內，支護采用鋼支撐、掛網噴混凝土、錨桿等相結合的形式。通過采取上述施工工藝，對加快工程進度、保證施工質量和安全起到了良好的作用。

［1］ DL/T 5148—2001 水工建筑物水泥灌漿施工技術規范［S］.

［2］ DL/T 5181—2003 水電水利工程錨噴支護施工規范［S］.