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      隧洞開挖中斷層和透水層的處理方法

      2013-10-18 08:22:18張雪花
      水利技術(shù)監(jiān)督 2013年1期
      關(guān)鍵詞:支洞進(jìn)尺軸線

      張雪花

      (新疆匯通水利電力工程建設(shè)有限公司,烏魯木齊 830000)

      某二級水電站工程位于新疆維吾爾自治區(qū)沙灣縣境內(nèi),裝機(jī)容量24MW。主要由引水渠首、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、電站廠房和尾水渠組成,為?。?)型IV等工程,其中發(fā)電引水隧洞為4級建筑物。發(fā)電引水隧洞全長 5.583km,發(fā)電引水隧洞地處金溝河左岸,從攔河引水渠首進(jìn)水閘引水,經(jīng)過42.5m長矩形槽、排沙漏斗、進(jìn)水池、事故閘進(jìn)入發(fā)電引水隧洞。

      隧洞走向北偏西,為有壓隧洞,隧洞縱坡1/500,圓形斷面D=3.6m,設(shè)計流量18.2m3/s。在引水洞末端設(shè)置調(diào)壓井,型式為阻抗式,底高程1534.872m,頂高程1568.00m,阻抗孔為圓形斷面,直徑為 1.8m,調(diào)壓井直徑為 7m,調(diào)壓井最高涌浪水位1566.32m,最低涌浪水位1540.786m。

      以引水隧洞1+055-3+255段隧洞開挖、襯砌為例。隧洞開挖、支護(hù)及襯砌視圍巖情況確定,Ⅳ類圍巖橫斷面情況如圖1所示。為確保施工進(jìn)度,在引水隧洞 2+061.898 處設(shè)置了 1#施工支洞。支洞長 380m,斷面形式為城門洞形,斷面開挖面積為11.58m2。在 1#支洞施工過程中遭遇了兩個 30m的大斷層和一個50多米厚的有壓透水層。

      1 地質(zhì)簡況

      1#施工支洞(引水隧道+062)沒有進(jìn)行實(shí)質(zhì)性地質(zhì)勘探工作,引水隧洞地質(zhì)情況如圖 2。1#支洞與洞軸線夾角45°。引水隧道1+450~2+250段地質(zhì)情況如下:洞軸走向1+935處由350°轉(zhuǎn)為13°,洞室上覆巖體厚度100~170m,巖性為凝灰質(zhì)砂巖、凝灰質(zhì)粗砂角礫巖。

      該段通過斷層有:1+530處 f9破碎帶寬約0.5m,與洞軸線夾角約 35°,1+770處F5破碎帶寬約10m,與軸線夾角約40°,2+190處f10破碎帶寬約3m,與洞軸線夾角約60°,傾角均大于65°,帶內(nèi)主要為擠壓破碎巖,斷層通過處巖體較破碎,容易匯積基巖裂隙水并可能掉塊,需即時支護(hù)。

      受斷層影響,本段節(jié)理發(fā)育,主要有3組,產(chǎn)狀分別為:①290°~300°SW∠65;②350NE°∠~30~35°;③60°~80°NE∠35°~45°;圍巖穩(wěn)定性主要受巖體結(jié)構(gòu)面的控制,大多為碎裂結(jié)構(gòu)或鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)。2+000~2+050處地表為II號溝,溝底沖積有厚達(dá)18m的漂卵礫石層,溝內(nèi)常年流水,洞頂有地表入滲水的影響。

      圖1 隧洞典型斷面開挖、支護(hù)、襯砌圖

      2 實(shí)際地質(zhì)情況及出現(xiàn)的問題

      1#施工支洞實(shí)際開挖過程中遭遇二個斷層和一個透水層(如表1)。

      經(jīng)過地質(zhì)勘察設(shè)計人員跟蹤認(rèn)定:二個斷層處于復(fù)雜的地質(zhì)中,所開挖的圍巖是由擠壓而形成的扭曲和揉碎所組成的斷層帶,且其中0+183~0+223的斷層界面與左側(cè)設(shè)計開挖線平行;層間水是與緊鄰洞軸線且洞頂覆蓋層140m多2號溝中的溪間流水屬同一水源,由于節(jié)理發(fā)育 0+268~0+320間的開挖頂部已是蓄滿水的大面積水庫。

      圖2 1#施工支洞區(qū)間隧洞地質(zhì)情況圖

      表1:1#施工支洞斷層統(tǒng)計表

      3 施工組織和施工措施

      具體施工中由于前期地質(zhì)沒有反映二段擠壓而形成的扭曲、揉碎斷層帶和一段層間涌水資料。對此突發(fā)事件我標(biāo)段立即全方位的組織,打破各工種界限和管理層與施工層的界限,調(diào)動各工種的積極性。當(dāng)天迅速調(diào)集材料和組織起由管理層與施工層混合的臨時支護(hù)班組。進(jìn)行超前支護(hù)、短進(jìn)尺、快速立拱、鉆設(shè)錨桿、噴射混凝土的初期支護(hù)。

      地下工程的突發(fā)事件要果斷和迅速,因?yàn)閿鄬訃鷰r的變化由穩(wěn)定到開挖后的不穩(wěn)定必須快速的使其穩(wěn)定,向上反映等待方案不僅給施工單位帶來一定信譽(yù)度及其他的損失,更主要的是給業(yè)主造成投資上的損失。

      對于擠壓而形成的扭曲、揉碎斷層帶的施工:每循環(huán)首先進(jìn)行鋼支撐的支立,隨后進(jìn)行超前小導(dǎo)管和系統(tǒng)錨桿的鉆設(shè),最后進(jìn)行鋼筋網(wǎng)片及噴射混凝土的初期支護(hù)。

      根據(jù)現(xiàn)有11.58m2小斷面的設(shè)計開挖,每循環(huán)的初期支護(hù)如圖4所示:鋼支撐選用¢22羅紋鋼為主筋的格柵拱架,拱架為三角形邊長 0.25m、拱架間距為 0.8m、拱架之間用¢22羅紋鋼進(jìn)行連接,連接筋的間距為1m。超前小導(dǎo)管是在緊靠開挖斷面支立好第一榀拱架后立即進(jìn)行 3.5m長、間距為0.35m、搭接1m的拱部鉆設(shè)。系統(tǒng)錨桿此時要從格柵拱架間鉆設(shè)并與格柵拱架焊接, 環(huán)向錨桿間距為1.5m。噴射C25混凝土、厚度為0.35m。

      對于斷層扭曲、揉碎圍巖的鉆爆,常規(guī)不超過1.5 m。在工期緊和施工進(jìn)度與成本成反比的首要前提下,在扭曲、揉碎圍巖的布眼裝藥鉆爆中,2.5m的鉆孔僅能爆出 0.6~0.7m。在上述初期支護(hù)的前提下對于這樣的進(jìn)尺根本不能滿足工期要求和實(shí)際成本要求。

      經(jīng)過幾個循環(huán)的實(shí)驗(yàn),根據(jù)隧道鉆爆中掏心創(chuàng)造臨空面的基本原理,在12.5m2的開挖斷面積中采取八字掏心法(如圖 3所示),并增加掏心孔,每排5個孔計8排,且每個孔炸藥量增加三分之一,成功的達(dá)到了每循環(huán) 2.3m的進(jìn)尺要求,同時也滿足了每天2個循環(huán)4.6m的進(jìn)度與成本要求。

      在層間涌水段的施工中,對于突發(fā)鉆爆后的涌水所造成的損失及鉆成孔中的涌水, 導(dǎo)致開挖斷面每個鉆孔均有水涌現(xiàn),其中三分之一鉆孔的涌水能把插入的鉆桿沖出。斷面水量用浮標(biāo)法測得120m3/h。對此采取5m超前鉆孔排水的方法,避免了再次爆后涌水造成的再次損失。鉆孔涌水的炸藥選用提前包裝、并防水的巖石硝胺炸藥。裝藥采取¢10鋼筋捆綁炸藥再加雙雷管的方法。在拱頂如大雨的情況下,采取后勤的飲食、醫(yī)療、勞保的保證和增加開挖人員及進(jìn)尺與報酬掛鉤的組織和措施, 在層間涌水段的施工中每天保持著2.5個循環(huán)且每循環(huán)2.2m的進(jìn)度。

      圖3 1#施工支洞鉆爆布孔圖

      圖4 1#施工支洞初期支護(hù)示意圖

      4 結(jié) 論

      該隧洞穿過的二條斷層及層間水地段,其施工難度取決于突發(fā)事件后的果斷決策和組織、斷層的性質(zhì)、斷層破碎帶的寬度、填充物、含水性和斷層活動性以及隧洞軸線和斷層構(gòu)造線方向的組合關(guān)系(正交、斜交或平行)。此外,與施工過程中圍巖自身的承載能力給開挖后圍巖自身的破壞程度、工序銜接的快慢、施工技術(shù)措施是否得當(dāng)及施工作業(yè)面狹寬大小等,均有很大的關(guān)系。

      只要決策果斷、組織得力、勤細(xì)觀察、措施正確、分工明確、責(zé)任到人、獎罰及時和分明,穿越不同斷面積及不同性質(zhì)的斷層及有水巖層都可克服并能順利通過。

      雖說不可遇見的在 11.5 m2小開挖斷面有如此長且如此復(fù)雜的地質(zhì)狀況,在二段扭曲、揉碎圍巖的施工中,使原工期計劃每天 5.5m的進(jìn)尺要74.4m/5.5m計 13.5天完成, 實(shí)際 74.4m/4.6m計16.2m僅延期了2.7天。原計劃每天不變成本4650元增加至5650元成本共計增加2700元,但是產(chǎn)值增加了 30多萬。同時由于及時處理沒有出現(xiàn)塌方和冒頂?shù)氖鹿?給業(yè)主減少了投資損失。更主要的是我們鍛煉了隊(duì)伍取得了一定寶貴的經(jīng)驗(yàn),同時在信譽(yù)程度上得到了業(yè)主及其他方面的認(rèn)可和好評。

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