新疆某水電站引水隧洞過河施工技術(shù)探析

張仲貴

1 隧洞過河段地質(zhì)條件

隧洞過河段河谷深切，地形起伏較大。現(xiàn)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(shù)較大。下伏基巖為片麻狀花崗巖，強(qiáng)風(fēng)化層厚2～3 m，弱風(fēng)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(xiàn)象，洞室圍巖局部穩(wěn)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(jù)上述地形地質(zhì)條件，按照判定的圍巖類別，結(jié)合隧洞過河段斷面設(shè)計(jì)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(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)，遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、多循環(huán)、早預(yù)報(bào)、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?yàn)椋孩箢悋鷰r段隧洞開挖→一次支護(hù)→地表預(yù)加固灌漿→Ⅳ類圍巖段隧洞開挖→一次支護(hù)→Ⅲ類圍巖段隧洞開挖→一次支護(hù)→鋼管安裝→砼回填→回填灌漿→接觸灌漿→固結(jié)灌漿。

2.2 地表預(yù)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(shí)可能有突水和涌水現(xiàn)象發(fā)生，對洞室穩(wěn)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(jìn)行超前地表灌漿處理，預(yù)先灌漿完畢后再進(jìn)行隧洞開挖[1]。

沿洞線在隧洞開挖斷面兩側(cè)一定范圍內(nèi)進(jìn)行地表預(yù)加固灌漿。灌漿按不同深度分為二個區(qū)，隧洞開挖斷面外兩側(cè)為Ⅰ區(qū)，孔深深入隧洞開挖斷面底部2 m，隧洞開挖斷面范圍內(nèi)為Ⅱ區(qū)，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(cè)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(jìn)行灌漿。如圖1所示。

圖1 地表預(yù)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(jié)石情況良好，灌漿后基礎(chǔ)巖體縱波波速≥4000 m/s，在鉆進(jìn)的過程中，可以進(jìn)一步了解地下地質(zhì)情況，掌握河底隧洞穿越段巖體的特性，以確定切實(shí)可行的施工開挖方案[2]。

2.3 超前地質(zhì)探測

按照“長期預(yù)報(bào)與鉆孔直接預(yù)測相結(jié)合、區(qū)域性地質(zhì)預(yù)報(bào)與掌子面地質(zhì)預(yù)報(bào)相結(jié)合”的原則，及時(shí)做好地質(zhì)預(yù)報(bào)并貫穿全程。特別在斷層破碎帶和節(jié)理密集帶的巖體中采取合理、有效的地質(zhì)超前探測方式，如地質(zhì)素描、超前物探、超前導(dǎo)洞等方法，加強(qiáng)對圍巖的監(jiān)測，進(jìn)一步了解前方圍巖裂隙的風(fēng)化程度及滲水情況，為施工提供可靠的技術(shù)依據(jù)。

2.4 分次爆破擴(kuò)挖

預(yù)加固完成后進(jìn)行隧洞開挖施工。根據(jù)隧洞開挖設(shè)計(jì)斷面，跨河段施工采用：開挖小導(dǎo)洞→掌子面分次爆破擴(kuò)挖的施工程序。

2.4.1 小導(dǎo)洞

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

2.4.2 掌子面擴(kuò)挖

掌子面擴(kuò)挖過程中，進(jìn)行分塊爆破施工。根據(jù)導(dǎo)洞探明情況確定炮眼數(shù)目、每孔藥量，將每循環(huán)進(jìn)尺控制在1.5～2.0 m，當(dāng)掌子面擴(kuò)挖至離小導(dǎo)洞端凈距1 m時(shí)，停止掌子面擴(kuò)挖，進(jìn)行小導(dǎo)洞掘進(jìn)，小導(dǎo)洞掘進(jìn)和掌子面擴(kuò)挖循環(huán)進(jìn)行，保證小導(dǎo)洞始終在掌子面前方。

2.5 開挖過程中的一次支護(hù)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(dǎo)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(fā)生坍塌，在圍巖破碎、涌水洞段拱頂150°范圍進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿，其主要作用是封堵裂隙，隔離水源，堵塞水點(diǎn)，以減少洞內(nèi)涌水量來改善施工條件，同時(shí)固結(jié)破碎圍巖，提高圍巖自穩(wěn)能力，如圖2所示。

圖2 注漿小導(dǎo)管布置示意圖

2.5.2 砼噴護(hù)、掛網(wǎng)支護(hù)和格柵拱架強(qiáng)支護(hù)

每一循環(huán)開挖完成后，立即按照初噴→錨桿→鋼筋網(wǎng)→格柵拱架→復(fù)噴的工序進(jìn)行初期支護(hù)，并噴護(hù)C25砼至二襯設(shè)計(jì)線。

噴錨、掛網(wǎng)支護(hù)：每一循環(huán)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(dá)10～20 cm。

格柵拱架強(qiáng)支護(hù)：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(jié)組成，每節(jié)之間由鋼板連接。每榀拱架之間由ф22鋼筋連接，環(huán)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(shè)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(shí)。[4]

鋼拱架強(qiáng)支護(hù)：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(huán)向間距為1.0 m。拱架與圍巖或噴砼面一定要設(shè)有鋼楔塊楔牢、焊死；拱架與錨桿、鋼筋網(wǎng)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(shí)，如圖3所示。

圖3 格柵總裝示意圖

2.6 施工排水

在發(fā)電洞河底段開挖施工前地表已預(yù)先進(jìn)行了加固灌漿。參照國內(nèi)已有的工程經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過預(yù)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(jié)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(yīng)根據(jù)現(xiàn)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(fā)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(nèi)部水流的狀態(tài)進(jìn)行評估，為水平孔，長10 m；3#～5#排水孔兼做降壓孔以及小導(dǎo)管灌漿孔（需要時(shí)），向右上方傾斜9°，長10 m。

3 結(jié)論

隧洞過河段是本工程施工的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，通過采取地表預(yù)加固灌漿、超前地質(zhì)探測、分次爆破擴(kuò)挖、具有針對性的一次支護(hù)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(xiàn)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(jīng)濟(jì)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(shè)計(jì)規(guī)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(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[4]水利水電部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)院主編.水利水電工程地質(zhì)手冊[M].北京：水利電力出版社，1985.

[5]陸兆溱等.工程地質(zhì)學(xué)[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(zhì)勘察報(bào)告（內(nèi)部資料）[R].2016.