福堂水電站監(jiān)理在引水隧洞施工綜合控制方面的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

曹 勇

(四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 610072)

1 福堂水電站引水隧洞工程特點(diǎn)

1.1 工程等級(jí)規(guī)模

福堂水電站引水隧洞全長(zhǎng)約19.3km，其中有壓段18.8km，引用流量251m3/s，馬蹄形洞段襯后直徑10.4m，圓形洞段襯后直徑9.0m，襯砌厚度40～80cm，就其規(guī)模和長(zhǎng)度在當(dāng)時(shí)應(yīng)居于全國(guó)之首。

1.2 地質(zhì)環(huán)境特征

工程區(qū)處于龍門山斷褶帶，映秀、茂汶兩條區(qū)域性斷裂圈的斷塊內(nèi)，局部位于斷塊邊緣。受茂汶主干及分支斷裂波及與影響，巖體經(jīng)受強(qiáng)烈構(gòu)造擠壓錯(cuò)動(dòng)及多期次生巖漿侵入活動(dòng)，呈多級(jí)序斷裂構(gòu)造切割，斷層及鄰近地質(zhì)體經(jīng)動(dòng)力變質(zhì)而不同程度地呈現(xiàn)糜棱化、片麻理化、碎裂化等，完整性受到嚴(yán)重破壞，并產(chǎn)生多種構(gòu)造礦物蝕變現(xiàn)象，地質(zhì)條件處于相對(duì)復(fù)雜區(qū)。

隧洞沿線地形變異大，物理地質(zhì)作用強(qiáng)烈，有多條常年流水支溝切割，由斷裂網(wǎng)絡(luò)控制，形成局部地段的復(fù)雜水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)及儲(chǔ)水體構(gòu)造，有較豐富的地下水動(dòng)、靜儲(chǔ)量，且局部范圍存在高地應(yīng)力洞段，發(fā)生不同程度的巖爆，嚴(yán)重威脅施工安全。

2 在隧洞開(kāi)挖和安全支護(hù)方面采取的主要措施和成效

2.1 推廣實(shí)施先進(jìn)合理的開(kāi)挖方法

地下洞室開(kāi)挖施工中，應(yīng)隨圍巖地質(zhì)條件的變化而采取與之相適應(yīng)的掘進(jìn)方法(如導(dǎo)洞超前領(lǐng)進(jìn)、臺(tái)階開(kāi)挖、分部開(kāi)挖、全斷面開(kāi)挖等)和調(diào)整爆破參數(shù)，使其圍巖較好的洞段取得良好的光面爆破效果，圍巖較差的洞段有效地控制超挖和抑制塌方，從而達(dá)到提高工程質(zhì)量、加快施工進(jìn)度、有效控制投資的目的。本工程初期6號(hào)洞段在此方面取得了較為成功的經(jīng)驗(yàn)，Ⅱ、Ⅲ類圍巖光爆殘孔率達(dá)90%以上，Ⅳ、Ⅴ類圍巖運(yùn)用臺(tái)階法和導(dǎo)洞領(lǐng)進(jìn)法控制了較大的超挖和塌方，值得學(xué)習(xí)和借鑒。監(jiān)理工程師會(huì)同業(yè)主主持召開(kāi)了經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)，確定并實(shí)施了相應(yīng)的“洞挖光爆質(zhì)量評(píng)比獎(jiǎng)懲措施”，最終取得了良好的效果。

2.2 針對(duì)不良地質(zhì)洞段，強(qiáng)調(diào)做好“四個(gè)環(huán)節(jié)”，防止或減少大塌方

福堂水電站引水隧洞洞線長(zhǎng)、洞徑大、地質(zhì)條件復(fù)雜，如果不能有效防止和減少大塌方，勢(shì)必會(huì)造成工期延誤和投資失控。針對(duì)這一特點(diǎn)，監(jiān)理工程師于開(kāi)挖初期即建議業(yè)主組織設(shè)計(jì)、施工等各方專家進(jìn)行了專題研究，提出了針對(duì)不良地質(zhì)洞段的旨在防止和減少大塌方 ，并合理控制投資的專門措施，要求各方在施工中根據(jù)各自所擔(dān)負(fù)的工作內(nèi)容做好以下“四個(gè)環(huán)節(jié)”的工作，即：

(1)認(rèn)識(shí)圍巖。要求設(shè)代地質(zhì)人員與地質(zhì)預(yù)測(cè)人員做好地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作，著重抓好Ⅲ、Ⅳ類圍巖之間的類別劃分及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，把預(yù)防大塌方、涌水作為預(yù)報(bào)的重點(diǎn)。在本工程上，業(yè)主聘請(qǐng)了專業(yè)的地質(zhì)勘察隊(duì)伍，利用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)開(kāi)挖掌子面前方的圍巖情況進(jìn)行超前勘察，并出具地質(zhì)預(yù)測(cè)報(bào)告。設(shè)代地質(zhì)人員參考地質(zhì)雷達(dá)勘察預(yù)測(cè)報(bào)告，結(jié)合已開(kāi)挖揭示的圍巖裂隙發(fā)育特征，預(yù)報(bào)掌子面前方一定范圍的圍巖地質(zhì)情況，提交掌子面前方10～20m范圍內(nèi)的圍巖地質(zhì)預(yù)報(bào)。地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)工作通常情況下每隔20m進(jìn)行一次，但如果任何一方在開(kāi)挖過(guò)程中認(rèn)為實(shí)際揭示的地質(zhì)情況發(fā)生了變化，需要調(diào)整圍巖類別、開(kāi)挖方法、或支護(hù)參數(shù)時(shí)，可以要求立即對(duì)掌子面前方圍巖進(jìn)行新一輪的地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

(2)保護(hù)圍巖。即選擇合理的開(kāi)挖方法。根據(jù)設(shè)計(jì)提交的圍巖地質(zhì)預(yù)報(bào)，在對(duì)圍巖穩(wěn)定做出正確評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，督促承包商及時(shí)采取與之相適應(yīng)的掘進(jìn)方法(如導(dǎo)洞超前領(lǐng)進(jìn)、臺(tái)階開(kāi)挖、分部開(kāi)挖、全斷面開(kāi)挖等)，并調(diào)整爆破參數(shù)，從而達(dá)到有效地控制超挖和抑制塌方的目的。

(3)支護(hù)圍巖。即科學(xué)及時(shí)的支護(hù)措施和精心施工。運(yùn)用新奧法原理，支護(hù)措施應(yīng)具有適時(shí)性、整體性、適應(yīng)性等特點(diǎn)。洞室開(kāi)挖后需及時(shí)有效地進(jìn)行初期支護(hù)。無(wú)論何種圍巖，最及時(shí)的措施之一是錨噴混凝土，這是無(wú)數(shù)工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐證明最有成效和最經(jīng)濟(jì)的措施。通常情況下，錨噴支護(hù)可以作為Ⅱ、Ⅲ類圍巖的一次性安全支護(hù)手段。當(dāng)然，若存在巖爆危險(xiǎn)，也不排除需要對(duì)Ⅱ、Ⅲ類圍巖進(jìn)行鋼支撐或格柵拱加強(qiáng)支護(hù)。而對(duì)Ⅳ、Ⅳ類圍巖，必要時(shí)應(yīng)視巖性特征，隨之跟進(jìn)鋼支撐、格柵拱、現(xiàn)澆混凝土等補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施。施工過(guò)程中，必須根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)預(yù)報(bào)和開(kāi)挖揭示的圍巖地質(zhì)情況，首先對(duì)圍巖穩(wěn)定性作出客觀的評(píng)價(jià)，并據(jù)此確定合理的支護(hù)參數(shù)，不失時(shí)機(jī)地做好安全支護(hù)，確保圍巖不發(fā)生有害變形。

(4)監(jiān)測(cè)圍巖。即開(kāi)展施工期的監(jiān)測(cè)和巡查，掌握圍巖變形的動(dòng)態(tài)資料，這是預(yù)防隧洞塌方，特別是對(duì)已完成初期支護(hù)洞段防止再度發(fā)生大塌方的重要措施。監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)應(yīng)放在不良地質(zhì)洞段和地質(zhì)條件尚不很清楚以及臨時(shí)支護(hù)已存在隱患的地段，監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目力求簡(jiǎn)單適用，可主要集中在拱頂下沉、凈空收斂等方面的監(jiān)控量測(cè)。這些工作通常都包含在施工合同中，是承包商的責(zé)任范圍。但是，在很多時(shí)候，承包商都未給與足夠的重視，往往是肉眼觀察圍巖已發(fā)生明顯變形，支護(hù)結(jié)構(gòu)已發(fā)生明顯破壞時(shí)，才開(kāi)始布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，采集觀測(cè)數(shù)據(jù)，但已經(jīng)為時(shí)晚矣！通過(guò)監(jiān)測(cè)圍巖，可以掌握“圍巖+支護(hù)結(jié)構(gòu)”的變形程度和發(fā)展趨勢(shì)，及時(shí)采取必要的加固措施，防止洞室失穩(wěn)甚至發(fā)生坍塌。

福堂水電站隧洞開(kāi)挖中堅(jiān)持做好以上“四個(gè)環(huán)節(jié)”的工作，收到了明顯的效果，基本上杜絕了大塌方發(fā)生，順利地穿過(guò)了許多較大的斷層破碎帶及涌水段，保證了工期，節(jié)約了投資，為順利實(shí)現(xiàn)首臺(tái)機(jī)組提前發(fā)電目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.3 在“特殊洞段”支護(hù)中，既要達(dá)到必要的安全度，又要合理地控制投資

福堂水電站施工合同規(guī)定，對(duì)于Ⅳ、Ⅴ類圍巖，如經(jīng)確認(rèn)必須采用深錨桿、掛網(wǎng)、鋼支撐等支護(hù)形式方能保證施工安全，該洞段即界定為“特殊洞段”，所發(fā)生的上述支護(hù)措施界定為“特殊支護(hù)”措施，其費(fèi)用可以計(jì)量支付。由于引水隧洞洞線長(zhǎng)、洞徑大、地質(zhì)條件差，因此特殊支護(hù)費(fèi)用控制在整個(gè)投資控制中顯得尤為重要。眾多地下工程投資超概，大多與地質(zhì)條件預(yù)測(cè)出現(xiàn)大的偏差，支護(hù)費(fèi)用大大超出預(yù)算有關(guān)。監(jiān)理工程師在“特殊支護(hù)”方案的審批中，必須把握“合理安全度”的概念，即不能犧牲投資控制，而一味地采取強(qiáng)支護(hù)手段以提高臨時(shí)支護(hù)的安全度。為此，在工程中采取了以下措施，并取得了良好的效果：

(1)成立有業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理地質(zhì)工程師和監(jiān)理項(xiàng)目工程師參加的專門小組，負(fù)責(zé)核查、確認(rèn)“特殊洞段”并審批承包商申報(bào)的“特殊支護(hù)”措施。

(2)在各類圍巖的臨時(shí)支護(hù)實(shí)施中必須優(yōu)先采用錨噴混凝土(包括鋼筋網(wǎng))并精心做好施工。錨噴混凝土是各項(xiàng)支護(hù)方案中最基本的工藝，也是無(wú)數(shù)工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐證明最有成效和最經(jīng)濟(jì)的防止圍巖失穩(wěn)的措施。

(3)在利用格柵鋼拱架部分取代鋼支撐的臨時(shí)支護(hù)實(shí)踐上，較為成功。格柵鋼拱架能與圍巖比較緊密地接觸，再利用噴混凝土將格柵鋼拱架包裹，從而使圍巖、掛網(wǎng)噴混凝土與格柵鋼拱架形成整體，起到共同加固圍巖，防止圍巖失穩(wěn)的良好作用。此外，從費(fèi)用上比較，格柵鋼架較型鋼拱架節(jié)約鋼材，節(jié)省勞動(dòng)強(qiáng)度，對(duì)本工程而言，每榀米的造價(jià)節(jié)約約2 000元。對(duì)于斷面稍小的隧洞，采用格柵拱取代鋼支撐在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性將更加明顯。

3 在隧洞混凝土襯砌和回填灌漿質(zhì)量控制方面采取的主要措施及成效

針對(duì)隧洞混凝土襯砌中常見(jiàn)的質(zhì)量控制問(wèn)題(諸如如何保證頂拱澆筑飽滿、密實(shí)，大塌方段頂拱混凝土回填方法，有水洞段混凝土澆筑，設(shè)置預(yù)埋灌漿管，回填灌漿質(zhì)量等等)，本著集思廣益、取長(zhǎng)補(bǔ)短的原則，監(jiān)理工程師組織有關(guān)各方召開(kāi)了專題會(huì)議進(jìn)行研究，提出了一系列原則性意見(jiàn)及具體施工措施。

為了提高全體施工人員的質(zhì)量意識(shí)，尤其針對(duì)部分鐵道部門承包商在水工混凝土施工方面經(jīng)驗(yàn)不足的問(wèn)題，監(jiān)理工程師及時(shí)組織承包商項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)負(fù)責(zé)人學(xué)習(xí)以往工程的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，要求各方在質(zhì)量問(wèn)題上必須要有強(qiáng)烈的憂患意識(shí)和責(zé)任心，至始至終把工程質(zhì)量抓好。

建議業(yè)主引進(jìn)地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)，作為監(jiān)理工程師控制隧洞襯砌質(zhì)量的輔助手段。使用地質(zhì)雷達(dá)全面檢測(cè)已襯砌洞段的頂拱混凝土施工質(zhì)量和回填灌漿后頂拱襯砌結(jié)構(gòu)的脫空度。通過(guò)頂拱回填灌漿前的雷達(dá)檢測(cè)，可以直觀的反映檢測(cè)部位的混凝土強(qiáng)度是否均勻，澆筑厚度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，是否飽滿密實(shí)等。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)于脫空度較大的部位，采取重新灌注流態(tài)混凝土的方式加以處理；對(duì)于脫空度較小的部位，可以通過(guò)回填灌漿加以處理?；靥罟酀{和固結(jié)灌漿后，再對(duì)頂拱部位做一次雷達(dá)檢測(cè)復(fù)查，檢查頂拱部位空腔是否已處理合格，有無(wú)遺漏。通過(guò)以上兩次雷達(dá)檢測(cè)，可以確保引水隧洞通水后不會(huì)因?yàn)轫敼按嬖诳涨欢趦?nèi)、外水壓作用下發(fā)生坍塌。同時(shí)，制訂這一制度，也可以從另一個(gè)角度強(qiáng)化了施工隊(duì)伍的質(zhì)量意識(shí)，消除他們的麻痹大意和僥幸心理，對(duì)有效減少或消滅質(zhì)量隱患起到了重要作用。

4 結(jié) 語(yǔ)

福堂水電站引水隧洞具有洞線長(zhǎng)、洞徑大、沿線地質(zhì)條件復(fù)雜、結(jié)構(gòu)承受水頭高等特點(diǎn)。在參戰(zhàn)各方的全力配合和積極努力下，隧洞開(kāi)挖、安全支護(hù)、永久噴錨支護(hù)和混凝土襯砌工作進(jìn)行得較為順利，電站發(fā)電工期比合同工期提前了4個(gè)月，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。工程質(zhì)量控制方面取得了較好的效果，福堂水電站工程被授予中國(guó)電力優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)，調(diào)壓井工程和廠區(qū)工程分別被授予天府杯金獎(jiǎng)。工程投資控制方面也較為成功，工程最終投資總額控制在概算指標(biāo)以內(nèi)。施工過(guò)程中，監(jiān)理工程師有針對(duì)性地進(jìn)行了一系列卓有成效的工作，尤其在隧洞開(kāi)挖、安全支護(hù)、費(fèi)用控制以及永久襯砌、回填灌漿等方面，采取了諸多有效的管控手段，取得了一些成功經(jīng)驗(yàn)，為其他類似工程提供借鑒。