敦化抽水蓄能電站不良地質段施工技術方法

閆美玲

摘要：敦化抽水蓄能電站廠房系統隧洞圍巖以Ⅱ～Ⅲ類圍巖為主，斷層帶及影響帶為Ⅳ～Ⅴ類圍巖，隧洞將穿越一些地下水較豐富地段，將會出現局部流水、涌水現象。地下洞室群會產生輕微巖爆，表現為圍巖表層有脫落、剝離現象，洞頂和側壁的劈裂-松脹等。同時，廠房上游、下游及主變洞分別有1組、4組、2組緩傾角裂隙，受該組裂隙影響，頂拱開挖后局部圍巖形成薄層狀結構，如果與其它裂隙構成不利組合關系，易發生掉塊或小塌方。本研究針對該抽水蓄能電站廠房系統隧洞不良地質地段所存在的地質問題，對施工中保證圍巖穩定和施工安全技術進行研究。

關鍵詞：敦化；抽水蓄能電站；廠房系統；圍巖穩定；施工安全

1不良地質段施工一般方法

（1）軟弱夾層與節理裂隙組合容易發生巖石掉落、塌方等情況，給施工帶來較大的困難，因此在進行上述各部位開挖施工時要及時采取預支護和預加固措施對圍巖進行有效的處理。開挖前首先要探明層間、層內錯動帶的具體情況，包括錯動帶的大小、寬度、破壞程度，錯動帶內的構造巖的成分，以及隧洞軸線和錯動帶構造線方向的組合關系等。施工中一定要采取“超前支護、勤量測、短進尺、弱爆破、及時反饋、及時補強”等措施。在不良地質段施工中，常用的施工方法有：超前砂漿錨桿、超前自進式錨桿、超前小導管、噴鋼纖維混凝土、掛網噴混凝土、錨噴支護等。在爆破過程中，采用“小爆破、短進尺、多循環”的爆破方法，盡量減少爆破對圍巖的震動。在錯動層地帶中，開挖完成后立即噴射一層混凝土，隨后的各項支護施工工序盡快進行，以減少巖層的暴露、松動和地壓的增大。如果發生塌方，應對塌方相鄰部位作強支護，控制塌方的發展和蔓延，再采用管棚、管棚加注漿或預注漿等方法加固圍巖，然后按“邊開挖、邊支護、邊襯砌”的方法進行施工。

（2）對不穩定塊體、集中發育的緩傾角和層內錯動帶在頂拱埋深較淺部位，除增加隨機錨桿（具有內錨頭的長錨桿，且錨入穩定巖層）、隨機預應力錨桿和及時噴鋼纖維砼等支護外，視情況增加錨筋樁或預應力錨索進行錨固。層內錯動帶洞段開挖后，立即進行初噴混凝土，其施工程序為超前支護（必要時）→爆破→危石處理→初噴混凝土→出渣→強支護（必要時加掛鋼筋網）→下一循環。

（3）加強圍巖變形觀測。按規范要求布置圍巖收斂監測斷面，定期觀測，并及時分析和整理觀測數據，以確保施工安全，并指導施工。

（4）如圍巖存在塌方危險，則開挖一段，砼襯砌一段。

（5）布設適當排水孔，以減緩圍巖內水壓力。

2巖爆洞段施工

在開挖過程中，由于地應力因素，巖體內儲存著很大的應變能，這種能量隨著洞室的開挖而釋放，可能會產生圍巖掉落、彈射等巖爆現象。巖爆現象主要發生在隧洞頂拱的導洞開挖過程中，在兩側擴挖中發生的概率比較小。巖爆控制的主要方法可以分為兩類，一類以釋放圍巖應力為途經，另一類則以降低開挖擾動為途徑。以防為主方案主要目的是防止巖爆發生或者降低巖爆發生的等級，以使損失降低到最小。根據不同的巖爆機制及巖爆烈度級別，以防為主方案重點包括：改善圍巖物理力學性質、應力釋放法、調整作業、待避政策。以治為主的加固圍巖具體包括：噴、錨、格柵鋼架等加固措施。本工程若發生巖爆現象，將采取以下的施工措施：

（1）加強超前勘探，以利采取相應預防和治理措施

施工中，根據已有的地質資料，同時運用超前地質探測和超前鉆孔探測法分析前方地質狀況，預測巖爆的可能性，對可能發生巖爆的部位，預先制定巖爆防治措施。

（2）改善圍巖物理性能

采用噴霧灑水卸壓法，目的是增加巖石濕度，一定程度上可以降低表層圍巖的強度，松馳巖體中積累的構造應力。

超前鉆孔卸壓法，在可能發生巖爆的掌子面上鉆數個孔徑60～80cm，孔深10m的鉆孔，釋放巖體中的構造應力，同時向巖體高壓均勻注水。

（3）改善圍巖應力條件

采用光面爆破，使開挖成型好，改善周邊應力集中狀況；超前鉆孔，中導洞領先，分部開挖，逐步卸荷；采取短進尺，少藥量，控制光爆效果，以減少圍巖表層應力集中現象。輕微、中等巖爆段盡可能采用全斷面一次開挖成型的施工方法，以減少對圍巖的擾動。施工中應盡量減少爆破震動觸發巖爆的可能性，采取超前鉆孔應力解除、松動爆破或震動爆破等方法，使巖體應力降低，能量在開挖前釋放。

（4）加固圍巖

對巖爆段，采用噴錨支護，噴15cm厚的混凝土；錨桿采用Ф32、@1.2×1.2m、L=3.5m～4.0m的梅花型布置方案，錨桿加墊板；Ф8mm的鋼筋網，間距為20×20cm。

（5）人員穿防彈背心，戴鋼盔，反鏟、裝載機等設備加鋼筋網等防護設施。

2.1圍巖滲漏、承壓水處理施工

（1）處于地下水位以下的洞段，施工過程中可能出現地下水活動嚴重的地段，在滲水嚴重及涌水段施工時采用“排、堵、截、引”相結合的方法進行處理。

（2）對于地下水首先做好超前地質預報，對滲水量較小的洞段，可在拱頂部打一定數量的超前鉆孔作為排水減壓孔，根據估算的涌水量選擇排水設備。對較大的突發性涌水洞段，可采用“引、堵”結合的辦法處理。采用導管引流，治分散為集中，用排水管集中引水，然后再噴射混凝土。當圍巖出現淋水情況時，首先應根據地質情況，在穿越透水層部位布置一定數量的排水孔，用長40～70 cm，直徑20～25mm的排水管插入排水孔內，插入深度為30～60 cm。排水管與巖壁的空隙用棉紗封緊，再用1：1的摻加速凝劑的水泥砂漿堵在棉紗外部，以迫使地下水沿鋼管排出。如果開挖面上有淋水，且可以推測鉆孔爆破后圍巖有大的涌水時，可采用“超前排水法”，具體施工方法是在開挖爆破前距掌子面輪廓線外20cm處斜向上前方25°鉆孔，間距30～60 cm，當水沿鉆孔流出后，在鉆孔內打入縫管式錨桿，利用錨桿一側的縫隙將水引入錨桿內，同時還可以起到加固圍巖的作用。

（3）在圍巖特別破碎的地段，可以采用超前預固結灌漿或超前帷幕灌漿進行灌漿封堵，同時起到堵水和加固圍巖的作用。并在開挖后的掌子面上掛鋼筋網噴混凝土進行支護，控制圍巖變形。

（4）加快排水廊道施工，降低地下水位，減小巖溶滲水量，對于涌水加強抽排，并灌漿處理。

3結論

施工中，針對不良地質段采取超前支護、管棚、管棚加注漿或預注漿等方法加固圍巖、“邊開挖、邊支護、邊襯砌”、布設適當排水孔、超前預固結灌漿或超前帷幕灌漿等多種有效措施，保證了圍巖穩定，顯著提高了施工效率，施工安全性也得以大幅提升。

參考文獻：

[1]劉永峰.敦化抽水蓄能電站輸水發電系統勘察重點探析[J].資源環境與工程，2016，30（3）：374-378.

[2]蘇曼.敦化抽水蓄能電站上水庫進/出水口水力學數值模擬[D].天津大學，2011.

（作者單位：中國水利水電第六工程局有限公司）