論卡基娃水電站4#支洞超前小導管施工應用

【摘要】本文以卡基娃水電站4#支洞塌方處理施工為實例，具體介紹了超前小導管注漿施工技術，在工程隧道施工中的難點進行了分析，提出了必須嚴格遵循的施工原則及注漿施工工藝的闡述，以推廣應用。

【關鍵詞】4#支洞；超前；小導管；施工；應用

0.概述

卡基娃水電站位于四川省涼山州木里縣境內的木里河上游，壩址距小金河口198.5km，距木里縣城約200km，工程區所有地層巖性主要為奧陶系下統人公組（O1r）的變質石英砂巖、千枚化板巖及砂質板巖。

1.地質狀況

卡基娃水電站4#支洞沿木里河右岸斜坡中、下部布置，隧洞經過地層為奧陶系人公組千枚化板巖夾變質石英砂巖（O1r3），軸線方向與地層走向交角20～40°，地層產狀N10～30°W/NE∠35～50°。4#支洞圍巖以局部穩定性差的Ⅲ2類為主。巖性以千枚化板巖為主，板巖基本為軟質巖，易產生收斂變形，特別是絹云板巖、碳質板巖等在開挖到位若不及時封閉或遇水（在地下水豐富地段）易軟化和泥化，圍巖性狀會迅速惡化。

在開挖至樁號K0+103時，巖層出現明顯掉塊，出現小面積塌方，由于不斷有滲流水流出，而且千枚巖有遇水軟化的特性，使得塌方越來越嚴重，最終形成有一個長度12m，高度5m的空腔，由于塌方仍在繼續，當即決定采用超前小導管注漿固結加鋼拱架支撐進行處理。

2.施工方案

（1）從塌方量和塌方渣體來看，若采用常規方式或強行鋼支撐支護安全系數低，會因為渣體破碎和塌方上方圍巖仍在掉塊不能成洞，容易發生安全事故，而無法完成塌方處理施工。為此，先在塌方渣體上向前以一定仰角打入超前小導管，再利用超前小導管，將頂拱范圍內的渣體進行灌漿固結。形成固結圈，并以施工掌子面支立鋼支撐作支撐跟進，形成鋼拱架支撐面，鋼支撐防護下進行人工清理開挖，向前進尺，后期空腔回填泵送混凝土固結。

（2）小導管制作安裝：

為防止隧道開挖時掌子面前方圍巖不能自穩而出現坍塌是采用超前小導管預支護的根本目的，就是為了保證隧道開挖的安全。

超前小導管常采用直徑為?42mm鋼管，壁厚一般為3.5mm。長度有4m，每3m一環，搭接長度不小于1m或，環向間距40cm。注漿孔徑為6～8mm，孔距15cm，梅花形布置。前端20cm制作成蒜瓣狀錐形，尾端30cm范圍內不鉆孔作為止漿段，并設置Φ8加勁箍。

利用YT28鉆機在隧道開挖工作面的拱部外150°范圍鉆孔，外插角控制在3°～5°，插入直徑為?42mm×3.5mm的無縫鋼管，整個超前小導管的布置沿輪廓線形成一傘狀保護環。

（3）固結灌漿：

為確定灌漿壓力和灌漿范圍，灌漿先在未被破壞的塌方渣體上進行試驗，以保證取得的實驗數據能有效地指導塌方灌漿。

小導管制作參數為4m長的灌漿導管，然后，在塌方渣體上選擇一處合適位置，按水平間距1m擊入。漿液采用純水泥漿，水灰比為0.8：1，注漿采用5Mpa注漿泵。開始注漿前，將鋼管編好序號，部分作為灌漿孔，部分作為觀察孔。灌漿最大壓力按0.3Mpa、0.5Mpa、0.8Mpa三種壓力控制，當壓力達到設定最大值時，則延緩灌漿速度，直到達到最大壓力值時，并持續30分鐘后，停止灌漿。灌漿結束之后，待水泥漿達到初凝后，按孔序檢查其灌漿效果。

灌漿實驗表明，當最大灌漿壓力按0.3Mpa控制時，灌漿范圍為30cm；當最大灌漿壓力按0.5Mpa控制時，灌漿范圍為50cm；當最大灌漿壓力按0.8Mpa控制時，灌漿出現串漿和冒漿現象。由此表明，本次塌方灌漿最大灌漿壓力應選擇0.5Mpa為宜。

灌漿前，先對灌漿渣體采用噴C20混凝土進行封閉，以減少在灌漿過程中出現漏漿的現象。灌漿按實驗確定的灌漿參數施工，灌漿分為I序孔和II序孔，施工時先I序孔后II序孔，自兩側拱角向中間施工。注漿采用孔口注漿管注漿，孔口排氣管與注漿管，由閥門來控制開關，排氣管采用Φ20塑料管，插入孔底5～10cm處，然后連接注漿管等各種管路，利用錨固劑封閉掌子面與導管間的孔隙，防止漏漿。關閉孔口閥門，開啟注漿泵進行管路壓水試驗，如有泄漏及時檢修。

在灌漿過程中，若出現長時間無壓力，但吃漿量很大的情況，則出現跑漿現象，應該立即停止灌漿，選擇附近的灌漿管繼續灌漿。為提高灌漿效果，加快施工進度，在水泥漿拌制過程中加入適量外加劑。

（4）鋼支撐支立：

小導管施工完畢后，用人工逐漸向前扒上部石渣，露出固結圈時，停止扒渣，開始進行鋼拱架支撐。然后，以此為一個循環，向掌子面進行小導管施工。

由于施工空間較小，為保證塌方安全施工，此后開挖全部采用人工開挖。

鋼支撐在塌方處理過程中主要起兩個作用：一是支撐小導管，以便于支撐塌方渣體，開挖成洞；二是加強塌方處理過程中的支護，以確保支護穩定。鋼支撐分兩段支立，先邊墻后頂拱，其間距為50cm，自施工掌子面開始，沿洞軸線支立，鋼支撐間以連接鋼筋連接，并設置鎖腳錨桿固定。

（5）回填混凝土：

在考慮洞頂空腔回填灌漿無法達到密實效果時采用泵送混凝土回填。

塌方泵送混凝土回填工作，空腔高度在5m左右，回填厚度也在5m左右，利用預埋1.5m、3m、4.5m鋼管進行泵送混凝土的回填工作，一次回填高度控制在1.5m，當1.5m回漿管回漿后，進行移管至后3.0m回漿管，當后3.0m回漿管回漿后再移至前4.5m回漿管，依次進行直至空腔回填密實。最后在進行補充水泥回填灌漿。

（6）施工效果：

整個10m的塌方從事件發生到處理結束，共用了95天。整個施工過程均很順利，自第二輪小導管開始，施工就進入了一個良性循環。且從灌漿吃漿量來看，除第一輪灌漿吃漿量較大外，其余每輪灌漿吃漿量并不大。

塌方處理結束后，在塌方段設置觀測點，對處理完后的塌方面進行觀測。通過自塌方處理結束后的連續近一個月的測量觀測，塌方面一直很穩定，無變形情況發生。

3.結語

此次塌方處理完畢后，在支洞處理段前10m，又出現一次塌方，塌方情況與此次相似，塌方長度5m。再次采用超前小導管灌漿固結的方法進行塌方處理施工，便很順利地完成塌方處理。

超前小導管灌漿進行塌方處理，之所以能達到很好的效果，主要原理是：小導管灌漿將頂拱以上1m左右范圍內的渣體進行固結，坍塌體由原來的松散體變成了穩定的固結體，形成了穩定的固結圈，再對其進行開挖，在加入了鋼支撐、錨桿、鋼筋網、噴混凝土等強支護措施，就可以安全地進行相應的其他工序施工，順利完成塌方處理，使得塌方處理完后的塌方段非常堅固，確保了塌方段在支洞運行中的安全穩定。

本次塌方沒有造成人員傷亡，處理速度也較快，對整個電站施工未造成太大的影響。然而，塌方處理無疑是亡羊補牢之舉，在工程施工中，我們應該做的還是避免塌方的發生。在隧洞施工過程中，應該進一步加強地質技術管理工作，若發生圍巖地質情況變差的情況，應立即采用“短進尺，勤支護”的施工方案，必要時可加強支護，不惜增加工程投入，也要避免塌方和安全事故的發生。