地下洞室開挖工程圍巖穩定性探析

□朱莎琴

（江西贛禹工程建設有限公司）

地下洞室開挖工程圍巖穩定性探析

□朱莎琴

（江西贛禹工程建設有限公司）

地下洞室開挖施工的重點就是控制周圍巖體的穩定性，嚴防變形或塌落等破壞的可能性。某水電站地下洞室開挖工程具有大跨度、高邊墻的情況，存在開挖穩定性問題，最主要還有相鄰洞室之間巖層、巖柱引起的穩定性問題，文章提出可通過洞室開挖施工技術、支護處理等措施來保證圍巖穩定性。從工程實施效果可以看出，洞室開挖技術是可行安全的，并為同類工程提供參考。

穩定性；地下洞室；洞室開挖

0 引言

某水電站屬大（1）型一等工程，永久性主要水工建筑物為一級建筑物。工程以發電為主，兼有防洪、灌溉、攔沙及航運等綜合利用效益。該工程由混凝土雙曲拱壩（壩高292 m）、壩后水墊塘及二道壩、左岸泄洪洞及右岸地下引水發電系統組成。引水發電系統由3大洞室和6條引水壓力管道、6條母線洞、2條尾水洞以及交通洞、運輸洞、出線洞和通風洞組成的龐大的地下洞室群。其主副廠房高82.00 m、寬30.60 m、長298.10 m；主變室高22.00 m、寬19.00 m、長230.60 m；雙圓筒阻抗式調壓室高90.00 m、直徑32.00 m，最大開挖直徑38 m，兩調壓井軸線間距99.50 m；兩條尾水隧洞長度分別為945.40 m和717.40 m，洞徑均為18.00 m。

1 開挖穩定問題

本工程交叉洞室、相鄰洞室多，相鄰洞室之間巖柱、巖層距離小，尤其是大跨度、高邊墻的主廠房、尾調室與6條壓力管道、6條母線洞、6條尾水支洞的交叉口，圍巖穩定問題十分突出。地質較復雜，Ⅲ級、Ⅳ級結構面發育，地應力較高，對圍巖穩定不利。同時，地下洞室體型復雜，開挖質量要求高。尾水調壓室頂拱為球形頂拱，底部與6條尾水支洞相交，開挖輪廓較為復雜；主廠房、尾閘室高邊墻上設有開挖精度很高的巖錨梁；壓力鋼管、主排水洞、尾水支洞、尾水洞均分別設1個或多個漸變段。洞室埋藏深，開挖通風較困難。豎井、斜井多，深度大，開挖及混凝土施工難度較大。尾水洞出口段屬大跨度淺埋洞段，邊坡及圍巖穩定問題突出，且受水流控制的影響，圍堰布置及施工難度較大。

2 圍巖穩定措施

針對上述所分析的洞室開挖時存在的圍巖穩定問題，在洞室開挖時應采取以下措施來保證圍巖穩定性。

2.1 避免各洞室之間干擾

本工程洞室開挖施工時緊緊抓住主、副廠房開挖和尾水洞、尾水支洞、主廠房下部一線開挖的關鍵項目施工，結合地下洞室布置特點，充分利用永久洞室，合理布置各地下洞室的施工支洞，以保證關鍵項目通道暢通，快速施工，減少各洞室施工干擾，保證總工期目標的實現。

2.2 各洞室開挖

壓力管道下平段設2#施工支洞，并將下彎段底部擴挖，與主廠房運輸洞相接，以解決壓力管道豎井段、下變段、主廠房Ⅵ、Ⅶ層的開挖通道問題。不設豎井至第二層排水廊道的施工支洞，這樣，壓力管道下彎段可以和豎井段一起開挖完成。同時，取消豎井支洞的封堵施工，避免了豎井支洞對帷幕施工的影響。

從主廠房運輸洞分岔設8#施工支洞至尾調室連通上室底板高程1 012.90 m，其上岔洞至2#調壓室Ⅱ層1 022.50 m高程，以分別解決兩個尾調室Ⅱ、Ⅲ層的開挖通道問題。為了減少尾調室開挖施工對上游尾水支洞和主廠房施工的影響，將尾調室底部的溜井出碴通道與通過尾調室底部進入尾水支洞的通道在尾調室內（寬24 m以上）分開設置，中間有巖墻隔開，這樣既有利于一側通道溜碴（溜井位于尾調室中心一側），另一側通道保持暢通，又有利于尾調室圍巖的穩定及開挖設備從中間巖墻上撤退。同時，在尾調室最后一層開挖時，分兩部分開挖，盡量減少其開挖對通道的影響。

尾水調壓室球形頂拱體型復雜，只有一次支護，開挖質量要求高，采取在尾調室頂拱增設施工支洞，以改善施工環境，利于機械作業，加快施工進度。從頂拱施工支洞進入尾調室后，先挖尾水調壓室頂拱周邊環形導洞，再挖中間巖柱，所有周邊孔采用手風鉆短進尺，沿切線方向鉆孔，逐孔精確放樣，標出鉆孔方向，以保證鉆孔精度，開挖過程中及時進行頂拱錨噴支護。尾水出口施工包含尾水洞出口段30 m洞挖，采取分三層施工，一枯完成第一層施工，第一層先鎖口，然后兩側導洞先行開挖，中間巖柱開挖滯后跟進。開挖時采用超前錨桿等超前支護措施，短進尺、弱爆破，開挖后及時施作鋼支撐，加深頂拱的錨桿深度，確保圍巖穩定。

2.3 支護措施

對上、下平洞段開挖與支護，當開挖至地質不利結構面出露位置處，除控制藥量及減小循環進尺以減少對圍巖穩定影響外，還應及時采取超前支護以及架設鋼支撐等加強支護措施。

本工程施工時采取合理安排交叉洞室的施工程序，6條引水洞、6條母線洞、6條尾水支洞與主廠房、尾調室的高邊墻的交叉洞口，均采用先將引水洞、母線洞、尾水支洞等較小洞室在大洞室開挖其上一層前挖至大洞室邊墻以內2 m，并及時做好鎖口噴錨支護。在大洞室開挖至交叉口附近時，采取嚴格的控制爆破。在開挖后的高邊墻開洞口時，采取鎖口錨桿、超前錨桿對邊墻進行超前錨固，必要時進行超前預注漿加固、小導洞淺孔短進尺爆破、短進尺密孔小藥量擴大開挖跟進等措施。

另外，對Ⅲ、Ⅳ級結構面，蝕變巖體等不良地質洞段的施工，嚴格按照“新奧法”原理進行，根據不同地質情況和部位，采取“超前預測，超前支護、短進尺、弱爆破、少擾動、早封閉、強支護、勤測量”等措施，確保圍巖的穩定，避免圍巖塌方。配備有豐富地下工程經驗的地質工程師，及時預測預報工程地質情況，分析工程地質問題。

2.4 爆破處理措施

對各洞（井）交叉口1.50倍洞徑范圍在開挖后及時實施加強支護，在必要情況下可實施超前錨桿或進行超前預灌漿等措施。

合理應用光爆、小藥量短進尺等控制爆破技術進行洞（井）開挖規格控制，保證洞挖成型質量，減少開挖對圍巖的影響，開挖后適時支護，避免塌方。

加強圍巖安全監測，建立安全預報制度。開挖過程中根據開挖部位和地質條件，及時根據要求設置安全監測點和圍巖收斂監測斷面，及時溝通信息，以便調整開挖鉆爆程序和鉆爆參數，減輕開挖爆坡對圍巖穩定的影響。

對于地質條件較差的洞段，開挖后用鋼格柵、鋼支撐等進行支護，在2#壓力管道鄰近廠房段開挖時，在錨桿超前施工的基礎上還應限定單響起爆藥量，保證圍巖穩定。

嚴格按規范要求開挖、支護，在主變室開挖交叉洞室的洞口時，應采取控制爆破，并根據設計要求完成交叉洞室鎖口錨桿支護。對較大規模斷層、軟弱夾層開挖時采用工字鋼拱架或格柵鋼拱架支撐，以保證洞室的穩定。對較大規模斷層、軟弱夾層，開挖后按設計要求和監理人指令，及時采取挖槽、錨固、回填混凝土及灌漿措施。對于主變室開挖時段，巖壁吊車梁混凝土正在施工，為控制其開挖對巖錨梁的震動影響，主變洞開挖進行爆破試驗；開挖均采取合理的控制爆破手段，控制最大單響裝藥量，加強爆破震動監測，以防止爆破振動損傷巖壁梁混凝土。

3 結語

針對水電站洞室開挖工程實例，洞室存在開挖跨度大、開挖高差大等特點，為了防止圍巖的松弛變形和破壞，需要及時進行支護。結合開挖順序、洞室之間交叉施工、爆破技術的處理，支護結構的優化等施工技術和措施，通過洞室開挖時采取以上有效處理措施，保證開挖后圍巖穩定。從本工程實施效果可以看出，洞室開挖技術是可行安全的，可為同類工程提供參考。

［1］張華.地下洞室開挖過程中的高邊墻安全與穩定控制［J］.四川水力發電，2016（8）：38-41.

［2］賴躍強，姜小蘭.彭水樞紐地下洞室開挖應力及穩定試驗研究［J］.長江科學院院報，2014（8）：80-82.

［3］張建，沈軍.大跨度洞室開挖施工方案研究［J］.煤田地質與勘探，2006（6）：115-118.

編輯：符蕾

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1673-8853（2017）07-0044-02

2017-04-10