侯彥君，謝劍波，王 黎

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 工程概述

寧朗水電站位于四川省涼山州木里縣境內(nèi)，為金沙江左岸支流——水洛河干流、額斯～捷可河段“一庫十一級(jí)”中的第九個(gè)梯級(jí)電站，額定水頭81 m，裝機(jī)容量114 MW。工程以發(fā)電為主，采用引水式開發(fā)。該工程由取水大壩、引水系統(tǒng)、發(fā)電廠房、尾水渠段等組成。其中引水隧洞為有壓隧洞，斷面為平底馬蹄形，開挖尺寸:Ⅱ～Ⅳ類圍巖為7.45 m×8.87 m、Ⅴ類圍巖為 7.74 m ×9.27 m;襯砌后凈斷面尺寸為6.95 m ×8.07 m(寬 ×高)。

2 工程地質(zhì)特征

樁號(hào)(隧)4+835～5+005為區(qū)域斷裂拐少踢斷裂破碎帶及其下盤影響帶，產(chǎn)狀為N60°～70°W/SW∠80°～90°，該斷裂發(fā)源于奧陶系燈影組大理巖中，破碎帶巖石成碎塊狀結(jié)構(gòu)，塊石之間多為砂土充填。巖石層理構(gòu)造難辨，基本無地下水活動(dòng)，巖石成干燥或潮濕狀。破碎帶巖溶發(fā)育，隧洞開挖過程中多處揭露直徑為1～2 m之巖溶洞穴，其深度目不能及，洞內(nèi)存在大量溶蝕碎屑，成分為白云母含量極高的砂土。當(dāng)掌子面揭穿溶蝕洞穴時(shí)，大量砂土從溶洞流出(俗稱流砂)涌向洞內(nèi)，在掌子面附近形成長(zhǎng)約10 m的扇形堆積體，穩(wěn)定性極差，需采取特別的封堵措施后方可掘進(jìn)，不宜強(qiáng)行掏挖。

3 現(xiàn)場(chǎng)情況

在開挖過程中，樁號(hào)(隧)4+878頂拱處出現(xiàn)了一較大溶隙，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察，溶隙橫向?qū)捈s4～5m，縱向及高度不詳，其走向與隧洞中心線成30°夾角靠右側(cè)方向向上延伸，且拌有大量流塑性粉質(zhì)細(xì)砂及淺黃色泥土從溶隙間涌出形成堆積體。

4 施工程序

4.1 總體原則

遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、不爆破、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)、速反饋”的施工原則。

4.2 施工總體方案

采用全封閉超前鋼管棚，在管棚上方實(shí)施“超前小導(dǎo)管固結(jié)灌漿”以固結(jié)周圍不穩(wěn)定粉質(zhì)砂土層，增強(qiáng)整體性并減少流沙滲漏量，待強(qiáng)后用人工開挖管棚下方的流沙土并及時(shí)進(jìn)行鋼拱架縱橫向加強(qiáng)支撐，然后遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、不爆破、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)、速反饋”的施工原則進(jìn)行開挖。必要時(shí)，按設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行永久支護(hù)，以保證施工的質(zhì)量和施工期的安全(圖1)。

5 開挖及支護(hù)施工技術(shù)

5.1 施工準(zhǔn)備

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，備足相應(yīng)的管材(花管)、鋼筋、木板、水泥、注漿機(jī)、噴漿機(jī)、型鋼拱架及造孔設(shè)備，并配置有經(jīng)驗(yàn)的施工人員和管理人員。

施工前搭設(shè)簡(jiǎn)易工作平臺(tái)，具體布設(shè)位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工需要確定，通道采用木板或竹夾板鋪設(shè)，用鐵絲綁扎牢固。施工材料均采用機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)入備用。

施工過程中的用風(fēng)、用水、用電均利用隧洞開挖期間布置好的線路及管道，視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及施工需求從相應(yīng)位置接入。

5.2 上半部開挖

圖1 流沙段施工示意圖

5.2.1 超前管棚及橫向鋼支撐加固

超前管棚工藝原理:超前管棚鋼管安裝完成后的固結(jié)灌漿能將管棚施作范圍內(nèi)的松散圍巖有效地固結(jié);固結(jié)灌漿完成后，在鋼管內(nèi)進(jìn)行水泥砂漿充填，以提高鋼管的抗彎曲能力，承擔(dān)不穩(wěn)定段的塌落壓力;固結(jié)灌漿所形成的穩(wěn)定區(qū)域與鋼管共同形成棚狀連續(xù)支撐，其前端固定于尚未開挖的洞段直到穩(wěn)定洞段，后端連接于已完成支護(hù)的開挖完成區(qū)域，從而保證了施工安全及成型穩(wěn)定。

鋼拱架工藝原理:利用鋼拱架的高強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特征，將加工好的鋼拱架固定在破碎的巖石層面上，起到支撐和控制變形的作用。采用噴護(hù)和加固相結(jié)合的施工辦法，將鋼拱架很好的與巖石有機(jī)地結(jié)合在一起，利用鋼拱架的穩(wěn)定性，改變了巖石整體的穩(wěn)定情況;同時(shí)，由于采用鋼拱架支護(hù)形式，大大改變了巖石受力情況，提高了圍巖自穩(wěn)能力，從而確保了圍巖的穩(wěn)定。

施工方法:采用人工方式清理松動(dòng)巖石并在腰線處形成可靠平臺(tái)，在兩端拱腳基巖部位設(shè)鎖定錨桿，錨桿為φ25，L=3.5 m。利用I16型鋼拱架沿橫向略大于設(shè)計(jì)開挖線(10～15 cm為宜)腰線以上設(shè)立第一榀支撐拱架，并與鎖定錨桿焊接牢固。人工手持式Y(jié)T－28手風(fēng)鉆沿已形成的拱架上部與水平成15°傾角緊密貫入φ48、長(zhǎng)4～6 m的鋼管，作用在鋼拱架和未開挖巖層的兩個(gè)支座點(diǎn)上形成全封閉管棚狀。鋼管貫入時(shí)應(yīng)在橫向保持同一截面，縱向應(yīng)達(dá)到“平、順、直”的要求。待鋼管布置完好后，用注漿機(jī)向其管內(nèi)注入水泥砂漿形成實(shí)體柱，增強(qiáng)鋼管的剛度，使其具有更好的支撐能力承載流沙土的垂直壓力。

5.2.2 超前小導(dǎo)管固結(jié)灌漿支護(hù)

工藝原理:在破碎松散巖體中超前鉆孔，打入小導(dǎo)管并灌注具有膠凝性質(zhì)的漿液，漿液在壓力的作用下呈脈狀快速滲入破碎松散巖體中，并將其中的空氣、水分排出，使松散破碎體膠結(jié)、膠化，形成具有一定強(qiáng)度和抗?jié)B阻水能力的、以漿膠為骨架的固結(jié)體，從而提高圍巖的整體性、抗?jié)B性;使超前小管棚與固結(jié)體形成一個(gè)具有一定強(qiáng)度的殼體，在殼體的保護(hù)下進(jìn)行開挖支護(hù)施工。

花管制作:采用φ48熱軋鋼管，長(zhǎng)4～6 m，每根管壁上每隔15 cm交錯(cuò)鉆直徑為6～8 mm的孔眼，即形成花管。

漿液選型:本工程選用穩(wěn)定漿液，即在水泥漿液中摻有少量穩(wěn)定劑，析水率不大于5%。

花管布設(shè):沿管棚上方縱向與水平成15°傾角打入φ48自制有孔花管，可與管棚鋼管間隔布置。

灌漿要求:采用專用注漿泵經(jīng)花管向砂層內(nèi)注入穩(wěn)定漿液，注漿壓力為0.6～1 MPa。當(dāng)注漿進(jìn)漿量小于5 L/min時(shí)即可結(jié)束注漿。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)調(diào)整漿液的配合比，一般在注漿量較大、注漿壓力較低時(shí)，漿液的濃度應(yīng)調(diào)高，膠凝時(shí)間縮短，控制漿液的擴(kuò)散范圍和注漿量;在注漿量較小、注漿壓力高的場(chǎng)合，漿液的濃度應(yīng)適當(dāng)降低，膠凝時(shí)間也應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)，從而使?jié){液得到充分地?cái)U(kuò)散，保證注漿質(zhì)量。發(fā)生漏漿時(shí)，通過調(diào)整漿液配合比使其濃度加大，膠凝時(shí)間縮短，并采取間隔注入的方法，可有效地將其控制住。

5.2.3 人工開挖及縱向支撐加固

待固結(jié)漿液達(dá)到一定強(qiáng)度后，采用人工刨或由人持風(fēng)鎬將拱架下方的粉質(zhì)砂土(小范圍進(jìn)行清理，不宜大于0.5 m，以滿足下一步施工需要即可)開挖掉，頂拱出露后直接掛φ8@10 cm并與管棚焊接牢固，噴10～15 cm厚C20混凝土進(jìn)行上半部封閉。待噴混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后按此方法進(jìn)行下榀拱架施工，并及時(shí)與相鄰拱架沿縱向設(shè)φ25鋼筋連接并焊接牢固形成整體，將排距控制在0.3～0.5 m之間。以此方法向前掘進(jìn)至3～5 m后再進(jìn)行下步開挖處理。按此方法支撐加固在管棚出露至三分之二(根據(jù)實(shí)際情況可增長(zhǎng)搭接長(zhǎng)度)時(shí)，用同樣的方法貫入下排管棚，以確保管棚的連續(xù)性，有效搭接形成整體，截?cái)嗔魃惩痢?/p>

5.3 下半部開挖及強(qiáng)支護(hù)

待上半部的超前管棚及橫向、縱向加強(qiáng)支護(hù)及其頂部噴錨支護(hù)完全封閉后，方可進(jìn)行下半部的開挖。在掘進(jìn)出露第一榀拱架時(shí)停止出渣工序，將拱架與上部拱腳焊接牢固并延伸至設(shè)計(jì)開挖底板高程，及時(shí)與鎖腳錨桿焊接牢固，并按5.2.3節(jié)中所選的縱向支撐加固方法進(jìn)行施工，必要時(shí)，可結(jié)合永久襯砌先澆筑2 m高的邊墻混凝土穩(wěn)定拱架，防止流沙土垂直壓力擠壓產(chǎn)生沉降位移變形，確保支撐效果.

6 變形觀測(cè)

在開挖支護(hù)過程中，對(duì)每榀承重拱架共布設(shè)了7個(gè)變形觀測(cè)點(diǎn)，具體分布在腰線兩側(cè)、頂拱部位(圖1)。通過勤觀測(cè)、勤分析、勤比較，確保施工安全。

7 結(jié)語

總體來說，在流沙土的開挖支護(hù)過程中，嚴(yán)格按照科學(xué)合理的施工方案，分上下臺(tái)階施工，并遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、不爆破、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)、速反饋”的施工原則進(jìn)行開挖掘進(jìn)。特別需要注意的是加強(qiáng)鋼支撐的穩(wěn)定性，增強(qiáng)其承載能力，不斷收集變形觀測(cè)數(shù)據(jù)，通過固結(jié)灌漿，及時(shí)跟進(jìn)網(wǎng)噴混凝土聯(lián)合進(jìn)行封閉等強(qiáng)力技術(shù)手段，為施工安全提供有力保障。實(shí)踐證明，在寧朗水電站引水隧洞特殊地質(zhì)流沙層開挖過程中，僅用了不足3個(gè)月時(shí)間，取得了完成112 m且無一安全事故發(fā)生的可喜成績(jī)。