猴子巖水電站導流洞泥洛堆積體段的施工方法及體會

謝亮，張巖

(國電大渡河猴子巖水電建設有限公司，四川康定 626005)

1 工程概況及地質條件

猴子巖水電站1#、2#導流洞同高程布置在大渡河左岸，由進水口、洞身段和出口明渠段組成。導流洞工程區巖體為志留系上統(S3)～泥盆系下統(D1)變質灰巖、絹云母石英白云片巖、泥質結晶白云巖等，其中以泥盆系下統(D1)變質灰巖為主。地質構造以次級小斷層、擠壓破碎帶、節理裂隙為特征，無區域性斷裂通過。

導流洞出口位于大型泥洛堆積體下部，巖性為泥盆系下統薄～中厚層變質灰巖、白云質灰巖及志留系上統泥質結晶白云巖夾絹云母石英白云片巖，為強風化、強卸荷巖體，層面裂隙發育，以碎裂結構為主，總體為Ⅴ類巖體。

軟巖一般是軟弱、破碎、膨脹、流變、強風化及高應力巖體的總稱，軟巖單體飽和抗壓強度較低，一般小于30 MPa。根據軟巖定義的描述，綜合考慮區域巖體及地質環境因素，導流洞出口穿越泥洛堆積體洞段具有突出的軟巖特性。

2 隧洞開挖

軟巖地質條件下開挖隧洞，特別是大斷面、長隧洞，施工難度大，容易造成塌方，而且工程造價高，工期長，一直是隧洞工程施工中的一個難點。據不完全統計，軟巖地層中已建的地下工程幾乎都發生過不同程度的塌方事故，造成人員傷亡、設備損壞、工期延長、投資增加。既使在堅硬巖石地層中開挖隧洞，如果遇到斷層破碎帶等局部軟弱地層，再加上施工方法不當，同樣會造成較大塌方。

2.1 施工方法

該工程導流洞出口位于泥洛堆積體下部，開挖斷面大、距離長(共約400 m)，采用新奧法施工。新奧法施工的基本理念為“短進尺、弱爆破、強支護、勤量測”。由于圍巖自穩能力差，開挖循環進尺宜用短進尺，支護緊跟掌子面，以縮短圍巖應力松弛時間及開挖面暴露時間;隧洞開挖時，盡量減少對圍巖的擾動，使隧洞成型盡量符合設計要求;對于不良地質洞段，應加強支護，使圍巖變形得到有效控制而不會因變形過大出現塌方;在隧洞施工全過程中，對圍巖周邊位移進行了現場臨近量測并及時反饋用以修正設計參數，指導施工或改變施工方法。

導流洞出口開挖時采取分層、分區開挖的方法(圖1)。第Ⅰ層開挖采用核心土法施工，即先進行中部頂拱開挖支護，后進行兩側邊拱擴挖及支護。頂拱及兩側邊拱采用液壓鉆鉆孔開挖，中部核心土采取水平鉆孔開挖。第Ⅱ層中部采用拉槽先行、兩側保護層光爆擴挖跟進的方式。第Ⅲ層保護層開挖采用手風鉆，難點是周邊孔造孔角度的控制。

2.2 爆破設計

第Ⅰ層開挖爆破設計:Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段開挖采用液壓鉆鉆孔，設計鉆爆循環進尺1.5 m，鉆孔深度1.8 m。中部頂拱開挖面積為22 m2，共布置80個炮孔，其中光爆孔18個，崩落孔12個，楔形掏槽孔6個;兩側開挖面積40 m2，共布置64個炮孔，其中光爆孔36個，崩落孔16個，掏槽孔12個;核心土區部分開挖面積27 m2，共布置55個炮孔，全部為崩落孔。

圖1 導流洞分層、分區開挖示意圖

第Ⅱ層開挖爆破設計:中部拉槽采用垂直布設炮孔，梯段爆破，孔徑100 mm，梯段高度7.15 m，孔間距1.8～2 m，孔排距1.6～1.8 m，預留保護層邊界處加密孔距至1～1.2 m。邊墻保護層開挖采用垂直布孔，QJZ-100B 型地質鉆機鉆孔，孔徑100 mm 和76 mm，鉆孔深度7.45 m。光爆孔間距80～100 cm，主爆孔間距170～190 cm。

第Ⅲ層開挖爆破設計:第Ⅲ層開挖采用水平布孔，孔徑45 mm，YT28氣腿鉆鉆孔，鉆孔深度3.3 m。光爆孔間距40～50 cm，主爆孔間距80～100 cm。

3 隧洞支護

3.1 系統支護

泥洛堆積體下部軟巖洞段斷層裂隙發育、自穩能力極差且地下水發育，大部分為Ⅴ類圍巖。支護體系由系統錨桿、掛鋼筋網、噴混凝土、鋼支撐組成，見圖2。

圖2 導流洞支護系統布置圖

3.2 超前小導管注漿

小導管采用鋼管，管徑42 mm，管長為4 m，其注漿孔用鉆床成孔，尾部加焊φ6管箍;導管孔鉆打前進行孔位測量放樣，孔位測量做到位置準確，鉆孔按放樣進行并設方向架控制鉆孔方位，使孔位外插角度符合設計要求。鉆孔完成后，用高壓風、水清洗，吹干凈孔內砂塵、積水，所有鉆孔完成后均要進行檢驗。

主洞頂拱縱向開挖輪廓線向外以10°的外插角鉆孔，將小導管打入巖層，小導管環向間距宜為30 cm。縱向前后相鄰排導管搭接水平投影長度為2 m。主洞需要打超前小導管洞段則根據所開挖的圍巖類型以及地質情況而定。

注漿前，先噴混凝土封閉掌子面以防漏漿，對于強行打入的鋼管先沖洗管內的積物，然后再注漿。注漿順序由下向上進行，漿液用拌和機攪拌。

超前小導管施工工藝見圖3。

圖3 小導管施工工藝框圖

4 大管棚施工

4.1 管棚施工方案

由于導流洞出口段位于泥洛堆積體下部，巖體松散破碎，為薄層、強風化狀，層理發育并充填有大量粘土。從開挖出露狀況看，巖石傾角較緩，巖體松散破碎，風化嚴重，自穩能力極差。針對出口段地質情況，在出口段20 m 長洞段頂拱范圍采用大管棚超前支護，洞內開挖及時采用工字鋼支撐加強支護。

在導流洞出口開挖輪廓線采用以一定的外插角鉆孔、打入帶花孔的管棚，然后注入水泥漿充分填充空隙并使之固結的一種超前支護形式，管棚采用φ108無縫鋼管，壁厚6 mm，沿拱頂范圍內布置，外插角為1°;采用φ146偏心鉆具帶動導管鉆進，導管前端戴管靴導住偏心鉆具，導管隨鉆具直接跟進。鋼管前端焊接鋼箍止漿環，以防孔口漏漿。管棚長20 m，環向間距50 cm;管棚壁鉆φ20注漿孔，注漿孔縱向間距為30 cm，梅花型布置，管棚布置情況見圖4。

圖4 管棚布置示意圖

4.2 邊墻邁式錨桿施工

由于出口段巖體松散破碎，為了進洞安全，沿邊墻采用φ28邁式錨桿超前支護，L=6 m，入巖5.5 m，間排距1.5 m。上半洞開挖及時采用20#工字鋼支撐，間距為0.5 m，上半洞左右邊墻各設6根φ28鎖腳錨桿(L=6 m，入巖5.5 m)，鋼支撐采用φ25螺紋鋼筋連接，環距1 m。

5 信息化施工技術

5.1 施工期的監控量測

監控量測是軟巖隧洞新奧法施工的靈魂，是確保工程安全、減少塌方、避免各種安全事故的關鍵措施，體現了現代隧洞信息化施工的理念。猴子巖水電站導流洞是把監控量測貫穿于施工的全過程，并加強了信息化處理和傳輸，從而保證了施工安全。

施工期收斂監測能及時有效的判斷洞室的安全與穩定，提供洞內監測數據，避免盲目開挖給工程造成巨大損失，使洞挖安全處于受控狀態。

根據導流洞洞身的地質條件，在斷層出露及典型斷面處布置監控斷面，1#、2#導流洞各布置12個監測斷面，監控量測點位布置情況見圖5。

圖5 監控量測點位布置圖

以2#導流洞(1+975)斷面為例(圖6)，2009年8月18日～2009年9月24日期間收斂變形觀測數據沒有出現大的變化，表明圍巖收斂變形已經基本趨于穩定狀態，不存在塌方的可能性，可以進行永久襯砌施工。

圖6 收斂變形觀測曲線圖

5.2 超前地質預報

隧洞施工超前地質預報是在隧洞開挖時對掌子面前方的圍巖與地質情況做出超前預報，為下一步施工提供指導。本工程圍巖地質條件極為復雜，采用地球物理法和地質分析法結合的分析方法，獲得了準確的地質資料。

雖然隧洞圍巖基本為白云質灰巖及變質灰巖，但巖性及構造條件不均一，隨著開挖進程的推進，圍巖類別變化很大。地質預報就是根據掌子面地質情況推斷前方的圍巖類別，用以指導施工單位選用適宜的支護型式及參數。施工中應根據實際地質條件及時調整施工方法及臨時支護措施，避免出現大面積塌方事故。

當預報前方圍巖存在不良地質現象:

(1)受大斷層、結構面不利結構組合影響，存在楔型失穩體及掉塊地質問題;

(2)特別軟弱巖石，如煤層、泥化夾層;

(3)大規模松散堆積體;

(4)強卸荷、強風化巖體;

(5)地下水特別發育，有涌水的可能性。

當遇到上述特殊地質條件時，施工單位應及時反饋，由現場地質人員現場調查圍巖地質情況，必要時施工超前探孔或導洞，進一步揭露前方地質情況，經“四方”共同研究支護措施，采取系統或超前支護手段進行處理。

6 結語

猴子巖水電站導流隧洞出口穿越大型泥洛堆積體軟巖洞段，地質條件惡劣，施工難度極大。由于采用了科學、合理的施工方法，利用信息化技術手段，高效、安全地通過了這一不良地質洞段，避免了重大地質災害事故的發生，實現了成功分流的目標，并經受住了汛期超標準洪水的考驗。對于大斷面、長隧洞穿越軟巖地質洞段，通過本工程的實踐，積累了以下經驗體會:

(1)大斷面軟巖隧洞開挖采用分層分區、光面爆破技術，減小了對圍巖的擾動和穩定結構的破壞，有效地控制了超挖及塌方的可能性，是科學、合理的施工方法。

(2)在巖體極為破碎、地下水發育的地質條件下，采用超前小導管注漿，有效地阻截了滲水通道，同時保證了施工期間安全，避免了后期支護工效降低。

(3)大管棚進洞方案有效地消除了洞室冒頂、塌方及圍巖變形，保證了進口邊坡的穩定。

(4)地下工程開挖不確定因素眾多，加之巖體強度低，開挖后因卸荷作用巖體很快失穩，采用安全監測、超前地質預報等信息化手段指導工程施工，可以避免圍巖條件的不確定性，并掌握其變化規律，是實用、有效的方法。

［1］楊玉銀，段建軍.周邊密空孔鉆爆法在軟質圍巖隧洞開挖中的應用［J］.甘肅水利水電技術，2000，17(2):60～62.

［2］周春國，字繼權，光恒.構皮灘水電站尾水隧洞特大斷面軟巖開挖支護［J］.貴州水力發電，2006，20(3):34～36.

［3］水工隧洞設計規范，SL279-2002［S］.