某水電站千枚巖洞段變形處理施工技術

龔萬鵬， 郭必麗， 方 元

(中國水利水電第十四工程局有限公司， 云南 昆明 650041)

1 概 述

金元水電站3號施工支洞上游引5+830 m～引5+430 m段變形嚴重，已嚴重侵占二襯結構線，從而導致施工人員在開挖結束后不得不對已侵占結構線的洞段進行處理，以滿足該洞段的施工尺寸要求。變形段處理遵循盡量處理邊墻和底板，個別洞段允許全斷面拆除拱架以滿足設計斷面尺寸要求的原則。

該變形段處理需拆除原有的噴混凝土、拱架、掛網、錨桿和清除占結構線的巖石等，并可能需要在處理好后進行重新支護；然而，該變形段巖石以千枚巖為主，巖石穩定性差，在拆除原有支護過程中存在的施工難度及安全風險極大，同時，為了響應業主的投產發電的工期要求，不得不加大施工人員、設備及安全保證措施等投入。

2 變形處理原則

(1)變形段處理之前，先對需要處理的變形段邊墻或頂拱進行小導管固結灌漿，如灌漿過程不吸漿或吸漿很少，可試驗加密L=4.5 m、Ф50 mm的灌漿小導管或Ф25 mm灌漿中空自進式錨桿的方法進行處理。

(2)在固結或錨固完成后拆除需要處理的部位，且在需拆除的拱架兩側施工注漿小導管進行錨固，即務必以確保該拱架的穩定和施工期間的設備人員安全為主，從而降低拱架拆除時的安全風險。

(3)盡量采用比較簡單的施工工藝，達到縮短整個施工時間的目的。

3 變形段處理施工方法

3.1 變形段換支等具體處理施工程序

首先，對需要處理的變形段邊、頂拱按變形處理原則(1)進行處理；對圍巖進行加固后，根據初期支護斷面測量成果，確定初期支護侵占范圍，在現場畫出換拱范圍，每次用風鎬鑿除1榀鋼拱架初期支護，割除侵占部分工字鋼拱架、鋼筋網片、連接筋、錨桿等，按設計開挖輪廓線人工用風鎬修出占結構線部分圍巖，如有需要，可按設計要求掛設鋼筋網，換上新加工的鋼拱架并進行可靠連接、加固，然后噴射混凝土，完成一次換拱循環；其中5+520 m～5+430 m需先用注漿小導管在頂拱大范圍內的拱架兩側垂直巖壁進行預注漿加固，小導管環向間距為10～25 cm，待注漿達到一定強度后再拆除初期支護，并置換拱架。

變形段換支處理施工程序為：小導管固結灌漿或Ф25 mm中空灌漿錨桿加固后→拆除原占結構部位→按原支護方案恢復原鋼拱架。施工程序見圖1。

3.2 施工方法

3.2.1 小導管固結灌漿

3.2.1.1 鉆 孔

小導管固結灌漿孔以YT28手風鉆造孔為主，QZJ-100B潛孔鉆造孔為輔，沿變形段邊、頂拱布孔，灌漿孔間排距為1 m，小導管固結灌漿管(花管)直徑50 mm，管長4.5 m。鉆孔方向應與巖面保持垂直，鉆孔孔位偏差不大于10 cm，孔深滿足設計要求。鉆孔結束后，采用壓力水敞開孔口的方式對鉆孔孔壁進行沖洗，將水管放至孔底，向孔內通入大流量水流，污水自孔口返出，直至回水清為止。沖洗后孔內沉碴不大于20 cm。鉆孔需在孔口處編號，以防孔位混亂，查找不清。

圖1 變形段換支處理施工程序

3.2.1.2 裂隙沖洗

(1)固結在灌漿前，視具體情況對灌漿孔段進行裂隙沖洗。對于采用自上而下灌漿的孔段，每段均進行裂隙沖洗；對于采用自下而上灌漿的孔段，孔底段進行裂隙沖洗，孔口段不再進行裂隙沖洗，以免影響前一段漿液凝固。裂隙沖洗根據地質條件分兩種類型進行沖洗：第一類是在正常地質條件下，采用常規的壓力水沖洗，或采用風水聯合沖洗的方式；第二類是對于軟弱結構面及巖層內部的軟弱夾層采用風吹的方法進行。

(2)沖洗壓力：常規沖洗水壓采用灌漿壓力的80%，當壓力超過1 MPa時，采用1 MPa。當采用壓力水射流沖洗工藝時，水壓力不低于1.5 MPa。

(3)裂隙風吹時間應以無松動塊狀為止。

(4)灌漿孔(段)裂隙沖洗(吹)后，該孔(段)應立即連續進行灌漿作業，因故中斷時間間隔超過24 h時，應在灌漿前重新進行裂隙清理。

3.2.1.3 壓水試驗

小導管固結灌漿選取總孔數的5%進行壓水試驗(Ⅰ、Ⅱ序孔均應進行壓水試驗，Ⅰ序孔為3%，Ⅱ序孔為2%)，壓水試驗采用單點法。其余孔段可進行簡易壓水，簡易壓水與裂隙沖洗工藝相同，可結合進行。小導管固結灌漿孔的壓水試驗在鉆孔沖洗和裂隙沖洗完成后進行。壓水試驗全孔一次進行，壓力值采用0.8 MPa，每5 min 測讀一次壓入流量，取最后4次讀數的平均值作為計算流量，成果以透水率表示。在遇水后性能易惡化的巖層中進行灌漿時，可不進行裂隙沖洗和壓水試驗。

3.2.1.4 灌漿材料

(1)水泥。用于回填灌漿的水泥強度等級為P.O42.5，由業主指定供應商供應。水泥符合GB175要求，細度要求通過80 μm方孔篩的剩余量不得大于5%。

(2)水。灌漿用水采用系統水，按規定定期進行水質化驗，符合JGJ63-89的規定，拌漿用水的溫度高于5℃，但不得高于40℃。

(3)摻合料。水泥漿液中的摻入料包括：砂、黏性土、粉煤灰和水玻璃等摻合料。各種摻合料質量須符合DL/T5148中有關規定，其摻入量通過試驗確定。

(4)外加劑。摻入水泥漿液中的外加劑包括速凝劑以及監理人指定或批準的其他外加劑。各種外加劑的質量符合DL/T5148有關規定，其最優摻加量通過室內試驗和現場灌漿試驗確定。所有能溶于水的外加劑以水溶液狀態加入。

3.2.1.5 小導管固結灌漿具體施工方案

(1)灌漿單元劃分、分序。將變形段小導管固結灌漿10m劃分為一個單元(小于10 m也劃分為一個單元)。灌漿按環間分序、環內加密的原則進行，環間分2序進行，采用隔孔分序的原則進行，環內孔隔孔分兩序施工。

(2)灌漿方法選擇。加快施工進度，擬采用孔口循環純壓式灌漿。 采用單機單孔灌注，在巖石條件較好，鉆孔吸漿量較小或當發生串孔時，且灌漿泵的排漿量能滿足孔段吸漿的條件下，可采取并聯灌注，但一次并聯孔數不多于3個孔，并控制好并聯灌漿孔的間距。

(3)灌漿壓力。小導管固結灌漿采用純壓式孔口循環灌漿法施工，壓力計及壓力表安設在進漿管路上。小導管固結灌漿原則上宜單機單孔灌注，當灌漿孔相互串通時，串通孔采用棉絮、麻刀等物堵塞，灌漿結束后對串通孔重新掃孔灌注。小導管固結灌漿的灌漿壓力取0.6～0.8 MPa。

(4)漿液配比。小導管固結灌漿水灰比擬采用3 ∶1、2 ∶1、1 ∶1、0.5 ∶1四個比級，開灌水灰比為3 ∶1。

(5)漿液變換。小導管固結灌漿按規定水灰比由稀至濃逐級變換，當某一級漿液的注入量大于300 L或灌注時間已達1 h，而灌漿壓力或注入率均無顯著改變時，應改濃一級灌注；當某一級漿液的注入率大于30 L/min時，可越級變濃。

(6)小導管固結灌漿結束標準。小導管固結灌漿采用自動記錄儀進行注入率測記，在設計壓力下，注入率不大于1 L/min時，續灌30 min后結束。

(7)質量檢查。第一，小導管固結灌漿施工完成3～7 d后，在堵頭混凝土端部采用手風鉆造斜孔，做壓水試驗檢查。該檢查采用單點法，檢查孔數量和位置由監理人根據灌漿施工成果資料共同確定。檢查孔壓水試驗與壓水試驗壓力相同。第二，小導管固結灌漿壓水試驗合格標準為透水率不大于5 Lu，或孔段合格率不小于85%，不合格孔段透水率值不超過設計規定值的150%，且不集中，灌漿質量可認為合格。第三，對檢查孔檢查完后采用灌漿封堵。

(8)封孔。洞內小導管固結灌漿可采用壓力灌漿法(水平及仰孔)或機械壓漿法封孔，封孔后若脫空深度大于1 m，需進行補封，脫空深度小于1 m時，脫空部分使用干硬性水泥砂漿人工封填密實并抹平。

3.2.1.6 特殊情況處理

(1) 冒(漏)漿處理。灌漿過程中若巖壁發生冒(漏)漿現象時，可根據(漏)漿量的大小，采取如下方法處理：當冒漿量較小時，可不作專門處理，正常灌注至達灌漿結束標準；當冒漿量較大時，一般采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌注等方法處理，必要時采取嵌縫、地表封堵方法處理。

(2)地質構造處理。當鉆孔穿過斷層、破碎帶，發生塌孔、掉塊或集中滲漏時，應立即停鉆查明原因。通常采取縮短段長進行灌漿處理后再進行下一段的鉆灌作業。

(3)串漿處理。鉆灌過程中若發生灌漿孔串通現象，應先查明串通量和串通孔數、范圍，并按下述方法處理：①當串通孔的串通量相差懸殊時，單機同時灌注，并分別控制灌漿壓力，各自變漿，使各串通孔不發生互串現象；串通孔灌漿時，先預留足夠的排漿孔，采取一灌一排的方式間歇性(間隔時間可按15 min左右控制)排放稀漿，待排漿孔排出的漿液濃度與灌漿孔漿液濃度一致時，將排漿孔重新掃孔灌注。②當串通孔不具備灌漿條件時，若串通孔正在鉆進應立即停鉆；當串漿量較小時，可在灌漿同時對被串孔通水，使被串孔不被漿液充填；當串漿量較大時，將阻塞器阻塞于被串孔串漿部位上方(孔口方向)1～2 m處，對灌漿孔繼續進行灌漿，灌漿結束后立即將串通孔內的阻塞器取出，并掃孔，待凝后進行灌漿；串通孔灌漿結束后，待凝24 h，方可進行下一段的鉆灌作業。

(4)中斷處理。灌漿過程中，因故被迫中斷時，應立即用清水沖洗，保持灌漿系統通暢，并及早恢復灌漿，恢復灌漿時使用開灌水灰比漿液灌注，如注入率與中斷前相近，可改用中斷前水灰比的漿液灌注。中斷時間大于30 min或注入率較中斷前減少很多，且在短時間內停止吸漿，則清洗至原孔深后恢復灌漿，此時若灌漿孔仍不吸漿，則重新就近鉆孔進行灌漿并報告監理工程師定奪。

(5)大漏量孔段處理。灌漿時若遇注入率大、灌漿難以正常結束時，暫停灌漿作業。對灌漿影響范圍的隧洞、結構分縫、地質缺陷等進行徹底檢查，如有串通，采取措施處理后再恢復灌漿。灌漿時可采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿法灌注，必要時亦可摻加適量速凝劑灌注，該段經處理后待凝24 h，再重新掃孔、補灌。灌漿資料要及時報送監理、設計人員，以便工作人員根據灌漿情況及該部位的地質條件，分析、研究是否需進行補充鉆灌處理。

3.2.2 其他預加固圍巖方法

例如：小導管固結灌漿過程不吸漿或吸漿很少，可試驗加密小導管灌漿錨桿或灌漿中空自進式錨桿的方法進行處理，上述施工方法中自進式錨桿間排距為0.5 m，恢復拱架的位置根據現場實際情況確定。

3.2.3 小導管的制作

小導管桿體由Φ50 mm熱軋無縫鋼管制作，壁厚3.5 mm，每段長4.5 m。管壁按梅花型布鉆注漿孔，孔眼直徑Φ5～8 mm，每排3個注漿孔，排距為250 mm。為防止漏漿，管口段1.0 m鋼管不開孔。管前端用Φ42 mm熱軋無縫鋼管鍛成20 cm錐頭，并與Φ50 mm鋼管進行焊接，并在止漿段和注漿段均設置一道Φ8 mm加勁箍。鋼管加工形式如圖2所示(小導管固結灌漿的導管制作也相同)。

3.2.4 噴混凝土鑿除

使用風鎬鑿除噴射混凝土，鑿除混凝土時在支撐結構上搭設防護網等安全防護措施，以免下落混凝土塊對人和機械構成威脅。

圖2 小導管加工示意(帶錐頭)

3.2.5 清除侵占結構線巖石

換支部位在割除侵占部分工字鋼拱架鋼筋網片、連接筋后，人工使用風鎬處理小于20 cm侵占結構線部位，對于大于20 cm的侵占結構線部位采用反鏟液壓沖擊錘清除；若因變形段斷面高度及寬度不夠，底板需采用風鎬或反鏟液壓沖擊錘進行下挖及拓寬。

3.2.6 拱架拆除

混凝土鑿除后及時進行換拱部位原初期支護縱向連接筋、鋼筋網及鋼架等的割除。為了安全起見，每次使用風鎬拆除1榀鋼拱架時，同時用30裝載機對每榀拱架頂拱進行臨時支撐。在拱架拆除后根據設計開挖輪廓線，人工使用風鎬等工具修整開挖斷面，并進行后續的噴錨支護施工。

3.2.6.1 換拱架施工方法

(1)在根據測量斷面的測量結果鑿除侵占結構部位的噴射混凝土和巖石時，應在拱架切割口上部多鑿除20～30 cm混凝土，用于事前砂漿錨桿的固定。固定方法為：在拆除拱架切口上20 cm左右處，未拆拱架兩側各打設2根鎖腳砂漿錨桿，砂漿錨桿規格為Ф25 mm，長度4.5 m。

(2)在頂拱加固完成后，先按設計要求制作好I18鋼拱架，計算好下料長度，備好焊接用的連接鋼板。

(3)把焊好的鋼拱架運至作業平臺上拼裝鋼架，就位調整后定位；同時在新接拱架施工前完成Φ8@15 cm×15 cm的鋼筋網片掛設。

(4)換上的鋼拱架與原拱鋼架進行對接焊好后，分別在對接的工字鋼腹板或者翼板上貼板10 cm左右處補塊進行加強焊接固定，接頭采用螺栓連接。

(5)按要求對拱架之間焊接間距為0.5～1 m、Ф25 mm的縱向連接筋；同時新接拱架兩側分別施工間距為1 m、L為3 m、2Ф25 mm的砂漿錨桿，并與拱架進行焊接固定。

(6)在掛網、拱架、固定錨桿、接結鋼筋等完成后，噴射20 cm厚的C20混凝土；同時采用同樣標號的混凝土將拱架后的所有空腔噴填密實，以上所有工序所發生工程量均以現場實際發生量計。

3.2.6.2 換鋼架施工工藝要求

(1)嚴格按照現場實際要求加工鋼拱架，檢查其尺寸、焊接質量等，要符合設計、規范等要求。所用鋼材進場時按批量和型號分批試驗、檢驗，內容包括：標志、廠家、品種、數量、外觀等，并按規定的抽樣做力學性能試驗，符合要求后才能使用。

(2)根據中線、水平、隧道斷面和預留沉落量等，將鋼拱架架設在中線方向的平行面上，并力求整齊。

(3)新拱架與原拱架間焊接要牢靠、平順。

(4)鋼架平行于隧洞中線，上下、左右允許偏差±5 cm，鋼架傾斜度不得大于2°。

4 變形處理注意事項

(1)小導管固結灌漿易出現外漏現象，壓水、灌漿過程中需仔細觀察，發現冒漿(水)、漏漿(水)情況，應及時采取嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量、間歇灌漿等方法進行處理，必要時漿液中摻加速凝劑。如遇特殊情況時，及時上報業主、監理等相關單位，以便制定相應的處理措施。

(2)風鎬鑿除噴射混凝土之前，必須先把噴射混凝土的鑿除部分與不鑿除部分在分界處切開分離，以防對不鑿除部分混凝土有損傷。

(3)不能大面積拆除初期支護，防止掉塊和塌方等。

(4)拆除后必須及時進行支護。

(5)在施工過程中應隨時注意原支護拱架的安全情況，如出現任何不安全的現象，應及時停工處理，確保施工安全。

(6)在拱架拆除前就采取臨時安全措施，即用30裝載機對每榀拱架頂拱進行臨時支撐，防止頂拱拱架發生垮塌。為了更好地對拱架進行支撐，需在裝載機斗齒內布置拱形槽鋼平臺，槽鋼加工形狀根據現場實際情況確定，拱形槽鋼安放固定在斗齒上，并在斗槽內采用Ф25 mm鋼筋作為支撐桿與平臺進行焊接，將槽鋼支撐牢固，在拱架拆除并恢復后隨即展開收斂觀測。

5 施工質量及工期保證

(1)保證電焊施工質量，由專業的電焊工進行更換拱架的施工。

(2)保證施工進度，逐榀更換鋼拱架，每次循環控制在24 h范圍內，可2～3榀噴一次混凝土。

(3)更換拱架后及時打設鎖腳錨桿并注漿，保證更換后的鋼拱架牢固可靠。

(4)在施工過程中做好監控量測工作，做到時時監控，保證換拱完成后初支斷面的凈空符合要求。

6 安全措施

(1)由項目經理部安全組專職負責施工過程中的安全檢查和監察工作，協作隊伍設專職安保員，形成一個組織體系。項目部施工管理部門對內要加強安全過程巡視、檢查和宣傳教育等工作，形成安全的超前控制，并認真組織督促，確保人員設備安全。

(2)健全安全生產責任，堅持安全第一的原則，把安全放在一切工作的首位，要杜絕一切漏洞，保證安全生產。

(3)加強安全生產教育，提高全員主人翁意識和安全意識；業務安全基本知識技術教育、操作規程、排除險情和應急措施的教育；遵守規章制度和崗位作業標準教育；人員崗前安全培訓教育。

(4)建立檢查落實制度，定時召開安全會議，應會上布置，會后檢查落實，做到超前控制，明確分工，責任到人。

(5)進入施工現場的人員，應按規定配戴勞動保護用品和安全用具。作業人員不得穿拖鞋、高跟鞋、硬底易滑鞋。

(6)進行拆除施工前，先觀察周邊是否存在不安全因素，檢查臨時支撐有無松動。如有，應排除不安全因素后方可進入施工作業。

(7)拆除施工前對需拆除拱架前5～10 m采用30裝載機配合臨時槽鋼支撐需要拆除的拱架，防止拆除作業圍巖變形造成安全事故。

(8)拆除作業時，拆除臺架應具備足夠的剛度及穩定，在拆除臺架上高空作業人員應佩戴安全帶，安全帶栓在牢固的物件上，留長不宜超過2 m；拆除作業因工作面狹窄，人員不宜過多，防止發出事故后傷及多人；專職安全員全程跟班作業，注意周邊變化情況，發現有危及生命安全的情況，應及時撤出人員及設備。

(9)拱架拆除時應每次施工1榀，拆除時嚴禁交叉作業。

(10)在剝離占結構線施工前，先噴一層混凝土，防止剝離超挖施工時拱頂零星掉塊傷人。

(11)剝離完占結構線部分圍巖后，應再次噴漿，防止掉塊傷人，噴漿完后立即架立拱架。

7 結 語

金元水電站已開挖支護的千枚巖洞段，因千枚巖遇水膨脹，導致部分洞段變形嚴重侵占襯砌混凝土結構線，金元水電站在保證施工安全的前提下，采取了一系列科學合理的變形處理措施，取得了良好效果，對同類工程具有推廣價值。