新疆某水電站引水隧洞過河施工技術探析

張仲貴

1 隧洞過河段地質條件

隧洞過河段河谷深切，地形起伏較大。現代河床寬23～25 m，河床為第四系沖積含漂石砂卵礫石，厚度12～13 m，滲透系數較大。下伏基巖為片麻狀花崗巖，強風化層厚2～3 m，弱風化層厚度3～5 m，隧洞上覆巖體最薄處僅為12 m。隧洞過河段在開挖過程中可能伴有線狀流水現象，洞室圍巖局部穩定性較差，圍巖類別以Ⅲ類圍巖為主，局部為Ⅳ類圍巖。

2 施工方案

根據上述地形地質條件，按照判定的圍巖類別，結合隧洞過河段斷面設計要求，考慮隧洞埋深條件，擬定隧洞過河段施工方案。

2.1 施工方案擬定

根據類似工程經驗，遵循“短進尺、弱爆破、強支護、多循環、早預報、勤量測”的原則組織施工，確保順利通過此段。

施工主要方案及程序為：Ⅲ類圍巖段隧洞開挖→一次支護→地表預加固灌漿→Ⅳ類圍巖段隧洞開挖→一次支護→Ⅲ類圍巖段隧洞開挖→一次支護→鋼管安裝→砼回填→回填灌漿→接觸灌漿→固結灌漿。

2.2 地表預加固灌漿處理

隧洞過河段上覆巖體厚度最薄處為12 m，成洞條件差，施工時可能有突水和涌水現象發生，對洞室穩定影響較大，圍巖類別為Ⅳ類，為確保施工安全，提高圍巖的自承能力，需進行超前地表灌漿處理，預先灌漿完畢后再進行隧洞開挖[1]。

沿洞線在隧洞開挖斷面兩側一定范圍內進行地表預加固灌漿。灌漿按不同深度分為二個區，隧洞開挖斷面外兩側為Ⅰ區，孔深深入隧洞開挖斷面底部2 m，隧洞開挖斷面范圍內為Ⅱ區，孔深自隧洞開挖斷面頂部深入隧洞3.7 m。

灌漿孔排距為1.5 m，共布置灌漿孔8排，間距為2.0 m，灌漿范圍沿河道寬度方向向兩側延伸，共50 m。梅花形布置，分為兩序施工。地表至基巖之間的砂礫石不進行灌漿。如圖1所示。

圖1 地表預加固灌漿示意圖

灌漿后檢查孔透水率不大于3 Lu，檢查孔巖芯獲得率及結石情況良好，灌漿后基礎巖體縱波波速≥4000 m/s，在鉆進的過程中，可以進一步了解地下地質情況，掌握河底隧洞穿越段巖體的特性，以確定切實可行的施工開挖方案[2]。

2.3 超前地質探測

按照“長期預報與鉆孔直接預測相結合、區域性地質預報與掌子面地質預報相結合”的原則，及時做好地質預報并貫穿全程。特別在斷層破碎帶和節理密集帶的巖體中采取合理、有效的地質超前探測方式，如地質素描、超前物探、超前導洞等方法，加強對圍巖的監測，進一步了解前方圍巖裂隙的風化程度及滲水情況，為施工提供可靠的技術依據。

2.4 分次爆破擴挖

預加固完成后進行隧洞開挖施工。根據隧洞開挖設計斷面，跨河段施工采用：開挖小導洞→掌子面分次爆破擴挖的施工程序。

2.4.1 小導洞

斷面爆破開挖前需對隧道前方的圍巖及地下水情況進行探明，從而指導下一步工作及為洞內排水提供參考。因此，采用拱頂小導洞先行的方法。小導洞位于拱頂正中間，凈高2 m，凈寬2 m，每5 m為一循環[3]。

2.4.2 掌子面擴挖

掌子面擴挖過程中，進行分塊爆破施工。根據導洞探明情況確定炮眼數目、每孔藥量，將每循環進尺控制在1.5～2.0 m，當掌子面擴挖至離小導洞端凈距1 m時，停止掌子面擴挖，進行小導洞掘進，小導洞掘進和掌子面擴挖循環進行，保證小導洞始終在掌子面前方。

2.5 開挖過程中的一次支護措施

隧洞過河段分為三個施工段落：Ⅲ類圍巖段、Ⅳ類圍巖普通段和Ⅳ類圍巖河底段，詳見表1。

表1 隧洞過河段不同段落施工特性表

2.5.1 超前小導管注漿

為防止河水通過裂隙滲流影響安全，避免圍巖破碎地段發生坍塌，在圍巖破碎、涌水洞段拱頂150°范圍進行超前小導管注漿，其主要作用是封堵裂隙，隔離水源，堵塞水點，以減少洞內涌水量來改善施工條件，同時固結破碎圍巖，提高圍巖自穩能力，如圖2所示。

圖2 注漿小導管布置示意圖

2.5.2 砼噴護、掛網支護和格柵拱架強支護

每一循環開挖完成后，立即按照初噴→錨桿→鋼筋網→格柵拱架→復噴的工序進行初期支護，并噴護C25砼至二襯設計線。

噴錨、掛網支護：每一循環開挖后，立即噴一層砼；出渣后，安裝徑向錨桿，噴第二層砼，使噴砼總厚度達10～20 cm。

格柵拱架強支護：格柵拱架主筋采用3×ф25螺紋鋼，附筋采用ф12+ф8鋼筋，組成“Δ”，每榀拱架由四節組成，每節之間由鋼板連接。每榀拱架之間由ф22鋼筋連接，環向間距為1.0 m，拱架間距為0.8～1.2 m。拱架與圍巖或噴砼面一定要設有鋼楔塊楔牢、焊死；拱架與洞壁之間的所有間隙用噴砼充填密實。[4]

鋼拱架強支護：在河底段斷層通過部位采用18號工字鋼制成鋼拱架。每榀拱架間距0.5 m，拱架之間縱向連接采用φ22鋼筋，環向間距為1.0 m。拱架與圍巖或噴砼面一定要設有鋼楔塊楔牢、焊死；拱架與錨桿、鋼筋網也必須焊連；拱架與洞壁之間的所有間隙，必須用噴砼充填密實，如圖3所示。

圖3 格柵總裝示意圖

2.6 施工排水

在發電洞河底段開挖施工前地表已預先進行了加固灌漿。參照國內已有的工程經驗，經過預加固的隧洞，在開挖過程中，可觀察到斷層破碎帶及裂隙中有水泥膠結物，洞室地下水以局部滴水為主，僅有少部分見有滲～流水。因此，在本段的開挖施工中，應根據現場的滲漏情況采取合適的排水措施[5]。

超前深孔主要布置在發電洞河底薄覆蓋層段及斷層通過地段，其布置如圖4所示。

圖4 排水孔布置示意圖

1#、2#排水孔兼做檢查孔，可對內部水流的狀態進行評估，為水平孔，長10 m；3#～5#排水孔兼做降壓孔以及小導管灌漿孔（需要時），向右上方傾斜9°，長10 m。

3 結論

隧洞過河段是本工程施工的關鍵節點，通過采取地表預加固灌漿、超前地質探測、分次爆破擴挖、具有針對性的一次支護方案、排水等措施，保障了該工程隧洞過河段的順利貫通，在施工過程中未出現大量涌水、圍巖坍塌等重大事故，保證工程的順利開展，避免了損失，獲得了經濟效益，為其他類似工程過河段施工擬定方案提供了參考[6]。

[1]SL 279-2016，水工隧洞設計規范[S].

[2]熊啟鈞.取水輸水建筑物叢書（隧洞）[M].中國水利水電出版社，2002年9月第一版.

[3]GB 50287-2016，水利發電工程地質勘察規范[S].

[4]水利水電部水利水電規劃設計院主編.水利水電工程地質手冊[M].北京：水利電力出版社，1985.

[5]陸兆溱等.工程地質學[M].第二版.北京：中國水利水電出版社，2002.[6]新疆某水電站工程地質勘察報告（內部資料）[R].2016.