新疆ABH某一級電站地下工程特殊地質(zhì)處理實(shí)例剖析

張山勇

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 830000）

地下開挖存在許多不可預(yù)見性因素，地質(zhì)條件的好壞直接影響到施工進(jìn)度和施工質(zhì)量，如何應(yīng)對復(fù)雜多樣的地質(zhì)變化對開挖帶來的負(fù)面影響就顯得尤為重要。

新疆ABH某一級電站位于新疆博州境內(nèi)，為埋藏式地下工程，由引水隧洞、調(diào)壓室、壓力管道、廠房、主變室、排風(fēng)洞、排水洞、交通洞、生態(tài)防水洞等地下洞室建筑群組成。本文根據(jù)新疆ABH某一級電站地下工程開挖過程中遇到的各種特殊地質(zhì)情況，對特殊地質(zhì)段開挖采取的施工措施和方法進(jìn)行分析。

1 隧洞邊頂拱塌方處理

1.1 塌方基本情況

當(dāng)引水隧洞開挖至某樁號時，開挖掌子面頂拱出現(xiàn)掉塊、塌方、滲水現(xiàn)象，為了確保施工安全，不得不暫停施工，頂拱塌方隨滲水量的增加持續(xù)擴(kuò)大，24個小時后，在該段頂拱形成3 m高的空腔。雖然在該段按設(shè)計要求已完成Ⅰ期支護(hù)，Ⅰ期支護(hù)是隨機(jī)錨桿φ25，長3 m,并噴厚5 cmC20砼，但由于處于斷層帶上，巖石破碎夾泥，再加上受滲水的影響，造成原頂拱Ⅰ期支護(hù)破壞，從而引起塌方，不良地質(zhì)條件下洞室在開挖過程中出現(xiàn)邊頂拱塌方是比較常見的工程事件，塌方程度可能不同，但實(shí)質(zhì)是一樣的，均發(fā)生在洞室卸荷階段。均與洞室?guī)r石破碎及裂隙(發(fā)育程度)有關(guān)，一般情況出現(xiàn)塌方的洞室?guī)r石情況一般巖石破碎、裂隙發(fā)育、斷層出露，向斜結(jié)構(gòu)。

1.2 處理方法

支撐封閉法：由于頂拱滲水，再加上掉塊，塌方高度較大，鉆孔施工錨桿存在較大安全風(fēng)險，故首先將頂拱素噴C20砼5 cm進(jìn)行封閉，再支護(hù)鋼支撐，鋼支撐的間距為0.6 m～1 m，鋼支撐一般采用支撐強(qiáng)度適中的I18工字鋼進(jìn)行制作，I18工字鋼適用于洞挖斷面面積在35 m2～25 m2之間的隧洞，隧洞塌方體頂拱與鋼支撐圈拱之間采用拱上拱工字鋼進(jìn)行支撐。相鄰鋼支撐之間采用螺紋鋼筋連接，連接螺紋鋼筋可選用Φ25鋼筋，間距根據(jù)塌方具體情況可宜按50 cm～30 cm布置，再掛鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為φ8 mm＠15 cm，接著噴C20砼，在支立工字鋼時，適當(dāng)布置工字鋼加固錨桿，噴砼以將鋼支撐與巖面之間填實(shí)噴平為準(zhǔn)，以保證圈拱整體受力良好。邊頂拱空腔噴護(hù)施工方法詳見邊墻空腔噴護(hù)（見圖1）和頂拱空腔噴護(hù)（見圖2），為了確保頂拱回填密實(shí)，保證圍巖自身拱效應(yīng)及受力效果，在噴護(hù)前在頂拱預(yù)埋回填灌漿管，噴護(hù)完成后再進(jìn)行回填灌漿。為了加快噴護(hù)速度，在邊墻空腔內(nèi)噴護(hù)時，可拋入約30%的塊石。

在巖石破碎，易發(fā)生塌方洞段，需要進(jìn)行超前錨桿進(jìn)行超前支護(hù)，超前錨桿一般布置在拱圈上，間距選為30 cm～50 cm、仰角10°～15°。具體詳見隧洞一般塌方段安全支護(hù)（如圖3所示），這一處理洞室塌方的施工方法在新疆ABH某一級電站地下洞室得到推廣和應(yīng)用，并取得了良好的效果。

圖1 邊墻空腔噴護(hù)

圖2 頂拱空腔噴護(hù)

圖3 隧洞一般塌方段安全支護(hù)

2 隧洞裂隙泥石流涌現(xiàn)處理

2.1 洞室發(fā)生泥石流原因分析

洞室泥石流涌現(xiàn)是地下開挖工程極不常見的事例,但在新疆某一級電站引水隧洞開挖至某樁號時，在出渣過程中，頂拱大斷層帶不斷涌出大量泥石流（主要為軟化的綠泥片巖、千枚巖散體粘稠土石混合物）并夾雜著股水流出，將上游洞段及支洞喇叭口處淤滿，致使引水隧洞洞挖施工無法進(jìn)行。最初處理方法是對涌現(xiàn)的泥石流進(jìn)行清運(yùn)，但隨著清運(yùn)的強(qiáng)度增大，泥石流的滲現(xiàn)量也隨著增大，泥石流開始沿著已開挖的洞室淤積，針對這一難題，增加了抽水設(shè)備，但由于流石流流動性大，裝運(yùn)非常困難，加上受支洞錯車道等條件影響，只能采用裝載機(jī)進(jìn)行倒運(yùn)且每次端泥石流少，清理速度較慢。影響直線工期27天時間。主要原因是地下水特別豐富，洞室覆蓋層處于飽和狀態(tài)，斷層內(nèi)為軟弱泥質(zhì)千枚巖、泥質(zhì)綠巖，受飽和水浸泡成流態(tài)狀，于是斷層就成為泥石流通道，受壓力水?dāng)D壓形成一能量體，洞室開挖出露斷層，于是成為泥石流突破口，源源不斷地從斷層涌出，形成極為少見的洞室泥石流現(xiàn)象。

2.2 洞室泥石流處理

灌漿管棚布置在隧洞頂拱180°范圍內(nèi)。用地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔，孔間距0.4 m。鉆孔深入斷層流態(tài)內(nèi)部，采用固結(jié)灌漿的方式，將流態(tài)泥石流快速凝固，從而阻止泥石流不斷涌出。灌漿采用雙漿液灌漿法，即采用兩臺注漿機(jī)同時向灌漿孔內(nèi)注漿，一臺注入0.5∶1的水泥漿液,另一臺注入水玻璃溶液,水環(huán)璃溶液占整個灌注漿液的30%。因斷層帶已成為泥石流的通道，在鉆孔時，為了防止塌孔，在施工過程中采用跟管鉆進(jìn)工藝，即邊鉆進(jìn)邊跟管，以防塌孔埋鉆。成孔后套管不拔出，留在孔內(nèi)形成鋼管群體。為增加鋼管的剛度，向鋼管內(nèi)插入鋼筋并注入水泥漿。鋼管采用ф114×14熱軋無縫鋼管。為使管棚能有效地發(fā)揮支撐作用及防止清渣后斷層帶泥石流繼續(xù)向外涌出，需將斷層帶散狀物進(jìn)行灌漿固結(jié)，開挖輪廓線外邊頂拱固結(jié)厚度不宜小于2 m。在鋼管上鉆一定數(shù)量的小孔，通過鋼管向周圍巖體灌漿。管棚應(yīng)和工字鋼（高16 cm）支撐形成聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)，管棚前后兩端鋼支撐間距按1 m控制，中間部位間距按2 m控制。用于固定鋼支撐的錨桿采用φ25，長3 m的自進(jìn)式錨桿，間距1.5 m。由于錨桿在散狀物中支護(hù)效果不理想，需在鋼支撐底部加橫撐，以防鋼支撐在圍巖壓力作用下向開挖斷面內(nèi)收斂。管棚超前支護(hù)和洞室鉆爆開挖交替進(jìn)行，洞室開挖在管棚保護(hù)下作業(yè)。

管棚的施工參數(shù)為（1）孔徑：直徑114 mm。（2）開孔角度：處于由隧道半徑和隧道中心線所構(gòu)成的平面內(nèi)，且向外呈發(fā)射狀與隧洞中心線呈5°～10°的夾角。（3）孔深：10 m～12 m。

灌漿、管棚施工由拱頂向底板推進(jìn)，流出的散體物亦隨灌漿、管棚的施工逐步向下清理。經(jīng)管棚和灌漿處理,泥石流涌出現(xiàn)象得到控制。

3 隧洞裂隙水滲漏處理

隧洞裂隙水處理類型：地下洞室開挖過程中，可能會不同程度地遇到地下水，如何處理地下水是隧洞施工過程中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。新疆ABH某一級電站屬于地下工程，山體植被較好，且雨量充沛，洞室開挖破壞了山體水體平衡，山體貯備水量沿裂隙、斷層不斷滲透，從而形成隧洞地下水滲漏甚至噴涌，在新疆某一級電站施工過程中，針對遇到的不同滲水方式，采取了不同的處理方法，取得了卓越成效。

3.1 頂拱滲水引導(dǎo)處理方法

在引水隧洞開挖階段，由于開挖掌子面上涌水呈散狀滲水，且滲水量較大，如水潑的一般，工人在掌子面上無法睜眼，操作極為困難，為了解決這一難題，采用在頂拱安裝鍍鋅鐵皮將滲水引排到邊墻的方法，從而使開挖掌子面上的滲水適當(dāng)引排，保證了操作工人的工作空間。

采用裝載機(jī)將原鉆架平臺端至工作面作為人員操作平臺，采用電鉆在巖壁上鉆孔，再打入膨脹螺絲，再將8＃鉛絲與膨脹螺絲接牢，每個斷面打8個孔。

8＃鉛絲穿過鍍鋅鐵皮后與縱向φ20鋼筋相接，縱向鋼筋每個斷面14根，縱向φ20鋼筋外是橫向弧形鋼筋，每塊鍍鋅鐵皮布置兩排橫向鋼筋，鋼筋采用搭接，搭接長度為50 cm。縱向鋼筋充分利用I期支護(hù)的系統(tǒng)錨桿，與錨桿外露部分采用單面焊的方式連接而成。

為了防止砼澆筑時鍍鋅鐵皮變形影響阻水效果，所以在鍍鋅鐵皮相交時直接采用搭接，橫向和縱向的搭接長度均為20 cm。具體施工方法見圖4。

圖4 鍍鋅鐵皮安裝

3.2 灌漿堵水法

引水隧洞澆筑階段，由于滲水較大，將已澆筑的砼水泥漿帶走，形成砼脫空區(qū)，針對引水隧洞某段涌水最大段的灌漿難題,分別選用雙漿液灌注法、群孔群灌法、模袋堵水法、打排水孔引排法（引排是為了減輕堵水的壓力）、堵漏劑封堵法等多種方法進(jìn)行脫空區(qū)堵水灌漿施工。經(jīng)過上述幾種方法的綜合運(yùn)用，最終將由滲水而造成的砼脫空區(qū)回填密實(shí)，經(jīng)設(shè)計、監(jiān)理和施工單位共同驗(yàn)收達(dá)到預(yù)期效果。具體施工現(xiàn)場采取的施工措施如下：

（1）雙漿液灌注法：采用兩臺注漿機(jī)同時向灌漿孔內(nèi)注漿，一臺注入0.5∶1的水泥漿液,另一臺注入水玻璃溶液,水環(huán)璃溶液占整個灌注漿液的30%。

（2）群孔群灌法：在滲水較嚴(yán)重部位采用地質(zhì)鉆鉆孔，鉆孔深度入基巖面約30 cm，鉆深約1.5 m,孔徑分別為φ91和φ65，采用多臺注漿泵同時注入水玻璃及水泥漿，利用多漿液及早凝固的特點(diǎn)進(jìn)行堵水灌漿。

（3）模袋堵水法：將1寸鋼管制作成花管，然后采取土工布包裹（制成模袋），伸入排水孔內(nèi)，然后進(jìn)行灌漿堵水施工。

（4）打排水孔引排法：在涌水量特別大的上游段，多打排水孔，盡量減輕涌水壓力和涌水量，利用水流減小、減慢，采用上述方法進(jìn)行灌漿處理，慢慢將縫隙水減小而最終達(dá)到灌漿堵水的目的。

（5）堵漏劑堵水法：堵漏劑堵水主要針對底板缺陷進(jìn)行的堵水施工，為了保證底板砼的質(zhì)量，在澆筑涌水較大的底板砼前，需要將底板及邊角涌水封堵住，才能保證砼中的水泥漿液不被水流沖走，具體方法是采用大量堵漏劑將涌水點(diǎn)封堵住，堵漏劑選用品牌為堵漏王。

3.3 化灌堵水法

引水隧洞壓力鋼管回填、固結(jié)灌漿完成后，灌漿孔內(nèi)仍存在少量滲水，這對壓力鋼管封孔帶來極大的困難，采用加大灌漿壓力進(jìn)行灌漿堵水和堵漏王進(jìn)行堵水均無法杜絕孔內(nèi)少許滲水，壓力鋼管灌漿孔出現(xiàn)滲水現(xiàn)象，經(jīng)過仔細(xì)分析確定灌漿孔滲水的原因是：砼內(nèi)部存在細(xì)小裂縫，水分通過裂縫滲入到壓力鋼管加強(qiáng)板上，滲水又通過加強(qiáng)鋼板與砼之間的收縮縫滲到灌漿孔上，故出現(xiàn)灌孔滲水不能完全封死的原故。為了盡快完成壓力鋼管灌漿孔的滲漏堵水施工，針對壓力鋼管灌漿孔的滲漏情況，采用了化學(xué)灌漿施工。化學(xué)材料選用聚胺脂A和聚胺脂B兩種化學(xué)材料混合物因兩種聚胺脂的流動性較好，且兩種聚胺脂相遇后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，3 min～5 min后產(chǎn)生一種膠質(zhì)固態(tài)材料，此材料的強(qiáng)度可達(dá)到C50砼的強(qiáng)度。聚胺脂A和聚胺脂B兩種化合物按1∶1的比例配制后立即灌入，實(shí)施較為方便，效果較好。具體方法如下：

（1）清理：詳細(xì)檢查每個壓力鋼管灌漿孔滲漏情況，確定灌漿孔深度在壓力鋼板與砼交界處。清理干凈灌漿孔內(nèi)壁，鑿除砼表面析出物，露出加強(qiáng)鋼板與砼的縫面，確保表面干凈、潤濕。

（2）鉆孔：使用電錘等鉆孔工具沿灌漿孔進(jìn)行鉆孔，鉆頭直徑為14 mm，鉆孔深度≥加強(qiáng)鋼板的厚度。

（3）埋嘴：在鉆好的孔內(nèi)安裝灌漿嘴（又稱之為止水針頭），并用專用內(nèi)六角扳手?jǐn)Q緊，使灌漿嘴周圍與鉆孔之間無空隙，不漏水。

（4）洗縫：用高壓清洗機(jī)以2 MPa～3 MPa的壓力向灌漿嘴內(nèi)注入潔凈水，觀察出水點(diǎn)情況。

（5）封縫：將洗縫時出現(xiàn)滲水的裂縫表面用快干水泥進(jìn)行封閉處理，目的是在灌化學(xué)漿時不跑漿。

（6）灌漿：使用高壓灌漿機(jī)向灌漿孔內(nèi)灌注化學(xué)灌漿料。當(dāng)灌漿壓力開始起壓至設(shè)計壓力（壓力鋼管允許的灌漿壓力），保持壓力3 min～5 min，即可停止本孔灌漿，改灌相鄰灌漿孔。

（7）拆嘴：灌漿完畢，確認(rèn)不漏即可去掉或敲掉外露的灌漿嘴。清理干凈已固化的溢漏出的灌漿液。

（8）封口：用快干水泥進(jìn)行灌漿口的修補(bǔ)、封口處理。

（9）防水：用聚氨酯防水材料將化學(xué)灌漿部分涂三遍（底涂、中涂、面涂）以作表面防水處理。

4 結(jié)論

在新疆某一級電站隧洞開挖過程中，針對邊頂拱塌方、洞內(nèi)泥石流、邊頂拱滲水引排、已澆砼脫空區(qū)堵水灌漿、壓力鋼管灌漿孔堵漏等難題，制定了對應(yīng)的施工方法，均取得較好的效果。

目前水電站隧洞較多，而針對各種不同的特殊地質(zhì)條件和滲漏堵水難題，可以靈活采用不同的施工方法進(jìn)行處理。新疆某一級電站隧洞施工中遇到的工程實(shí)例所采用的方法和施工參數(shù)可以為類似工程提供有益的借鑒。