李海軍

（遼寧潤中供水有限責任公司，沈陽 110166）

越南上昆嵩水電站引水隧洞超前支護施工

李海軍

（遼寧潤中供水有限責任公司，沈陽 110166）

上昆嵩水電站引水隧洞工期緊，地質(zhì)情況復雜，因埋深大、地應力高、存在高壓涌水區(qū)段和多條斷層破碎帶等不良地質(zhì)條件，易發(fā)生塌方、涌水、巖爆等地質(zhì)災害，所以必須采取相應的施工輔助工法以防止上述事故的發(fā)生，減少對設備、人身安全和工期的影響。施工過程中根據(jù)上昆嵩水電站的地質(zhì)條件和現(xiàn)場施工條件，采用了超前錨桿、超前小鋼管支護、超前小導管注漿加固、管棚支護等超前支護方法，為不良地質(zhì)段施工積累了一定的經(jīng)驗。

水電站；引水隧洞；不良地質(zhì)；施工輔助工法；超前支護

1 工程概況

上昆嵩（ThuongKonKum）水電站位于越南崑嵩?。↘onTum）公伯隴縣（KonPlong），最大發(fā)電水頭944m，裝機總容量220MW，年發(fā)電量為 1.094×109kWh。

上昆嵩水電站引水隧洞長17483.00m，其中TBM法（Tunnelboringmachine全斷面巖石隧道掘進機）開挖12403m（5＋000～17＋403），其余洞段采用鉆爆法開挖，開挖洞徑4.5m。

2 工程地質(zhì)

上昆嵩水電站引水隧洞沿線地表植被茂密、山峰連綿起伏、覆蓋層厚、沖溝發(fā)育，共有18條Ⅳ級斷層，24條Ⅴ級斷層，斷層多為陡傾角，與隧洞軸線近直交。Ⅳ－13斷層與洞軸線夾角小，僅為23°，（產(chǎn)狀 N20～30°ENW∠80°，影響帶寬 8～10m），對施工安全影響較大。

上昆嵩水電站引水隧洞表層巖石風化強烈，受巖石成分、地形形態(tài)、地貌、褶皺、構造等因素的影響，風化帶分布復雜，地下水含量豐富，地下水埋深只有6～28.1m。

3 超前支護的必要性

上昆嵩水電站引水隧洞工期緊，存在洞室埋深大、高地應力、高壓涌水、斷層破碎帶等多種不良地質(zhì)條件洞段，在Ⅳ類、Ⅴ類圍巖等自穩(wěn)時間較短的不良洞段，如軟弱破碎洞段、斷層影響帶施工時，易發(fā)生大規(guī)模塌方、涌水事故，圍巖完整性雖較好但存在高地應力的洞段易發(fā)生巖爆事故。

施工中如果發(fā)生上述事故將對TBM主機造成嚴重破壞，掌子面坍塌可能會掩埋刀盤及主機，洞壁發(fā)生坍塌將導致TBM的撐靴無法支撐，使TBM無法向前推進，涌水量過大會淹沒TBM主機和后配套，甚至發(fā)生傷人事故，而且事故的影響也很嚴重，一旦發(fā)生將占用數(shù)月工期才能處理完畢。

比如，遼寧省某大型輸水工程I期工程TBM1施工段因地質(zhì)不良發(fā)生塌方事故，掩埋TBM刀盤，影響工期數(shù)月；錦屏水電站因為高埋深，存在特別高的地應力，在排水洞施工時發(fā)生嚴重巖爆事故導致一臺TBM主機報廢。

綜合以上原因，上昆嵩水電站輸水洞施工時，在做好地質(zhì)預報的基礎上，根據(jù)預報的結果和掌子面曝露的圍巖情況，采取有效的超前支護措施，防止或減少巖爆、涌水、圍巖坍塌等不良地質(zhì)災害，對于保證施工安全和工期是十分必要的。

4 超前支護施工方法

根據(jù)上昆嵩水電站的地質(zhì)條件和現(xiàn)場施工條件，采用的超前支護的方法有超前錨桿、超前小鋼管支護、超前小導管注漿加固、管棚支護。

這些超前支護施工方法有不同的施用范圍和特點，分別介紹如下：

4.1 超前錨桿的施工方法

超前錨桿用于圍巖穩(wěn)定性一般，有局部掉塊的地段，為把松動圈內(nèi)圍巖拉結一起，改變圍巖的應力分面，防止進一步坍塌，超前錨桿一般布置在拱頂，如果邊墻圍巖穩(wěn)定性不好，有局部地質(zhì)不良體，易發(fā)生塌方時也可布置。

超前錨桿與鋼拱架或鋼格柵配合使用，其尾部焊接在鋼拱架或鋼格柵的腹部。

超前錨桿主要有砂漿錨桿、邁式錨桿、藥包錨桿等，上昆嵩水電站引水隧洞采用價格低、適用性強的注漿錨桿。

施工時先測量放點，TBM施工時用超前鉆機鉆孔，鉆爆法施工時用 YT28氣腿鉆鉆孔，孔徑為42mm，孔深3.5～4m，然后用早強水泥砂漿進行滿孔注漿，隨即將錨桿插入孔底，在孔口安裝托板固定。

為便于焊接在鋼拱架或鋼格柵的尾部，錨桿尾部外露10～150mm。為保證形成可靠的空間組合受力體，超前錨桿的縱向水平投影搭接長度≥1.0m。

4.2 超前小鋼管施工方法

超前小鋼管效果好于超前錨桿，用于節(jié)理裂隙較發(fā)育的洞段或圍巖含夾層的洞段中，布置方法同超前錨桿。

先在圍巖上測量放點，TBM施工時用超前鉆機鉆孔，鉆爆法施工時用 YT28氣腿鉆鉆孔，孔徑為42mm。

為容易打入鉆孔，超前小鋼管頂部需加工成尖錐，同時為防止打入鉆孔時管尾開裂，還需在管尾焊一道鋼筋箍。用錘擊或鉆機法把超前小鋼管頂入鉆孔內(nèi)。

超前小鋼管一般長3.2m，為保證形成可靠的空間組合受力體，兩排超前小鋼管的縱向水平投影搭接長度≥1.0m，外露部分處理方法同超前錨桿［1］。

4.3 超前小導管注漿的施工

超前小導管注漿的性能比超前錨桿和超前小鋼管更好，適用于軟弱圍巖，開挖后拱部不能自穩(wěn)的洞段。

超前小導管注漿由于增加了注漿過程，漿液能充填圍巖內(nèi)的各種縫隙，固化后不僅能提高圍巖的整體性和強度，還能使小導管和周圍巖體固結成一體，共同形成承載殼，可有效控制拱頂下沉，防止坍塌，保證施工安全。

超前小導管采用φ42無縫熱軋鋼管加工而成，長3.5m，為方便插打，防止?jié){液向前沖，其前端加工成錐形。

超前小導管外壁梅花形鉆設溢漿孔，孔距15cm左右，鉆孔直徑為8mm左右，為防止漏漿尾部1.0m范圍內(nèi)不鉆孔，在超前小導管末端焊一道φ6環(huán)形箍筋以防止打入圍巖時開裂，影響注漿管的聯(lián)接。

超前小導管一般布置在隧洞頂部120°范圍內(nèi)，沿隧洞縱向向外以10°～30°外插角鉆孔打入圍巖，一般環(huán)向間距200～500mm，為保證形成可靠的空間組合受力體，兩排超前小導管縱向水平搭接長度≥1.0m，超前小導管的布設方法類同超前錨桿和超前小鋼管［2］。

超前小導管注漿法施工時為防止漏漿，先在掌子面附近洞壁上噴50～100mm厚混凝土進行封閉，再測量放點，TBM法施工時用超前鉆機鉆孔，鉆爆法施工時用 YT28氣腿鉆鉆孔，鉆頭直徑不小于42mm，用氣動錘將小導管振入孔內(nèi)，在圍巖松軟時，可采用風鎬將小導管直接打入圍巖。

小導管插入圍巖后應及時進行注漿，先用高壓風清掃小導管，再根據(jù)地質(zhì)情況按可灌比或滲透系數(shù)確定注漿類型，上昆嵩水電站引水隧洞施工過程中采用造價較低的水泥漿灌注，在工程實踐中如需要漿液快速凝固時，也可以使用成本高但凝固時間更短的水泥—水玻璃雙液漿灌注。

水泥單液注漿采用型號為UB8.0灌漿泵灌注水泥漿，用分漿器進行多管并聯(lián)自下而上注漿，漿液水灰比按照1.5∶1，1∶1，0.8∶1共 3個等級由稀到濃逐級變換。注漿壓力控制在0.5～1.0MPa，為防止?jié){液外流，注漿完成后立即用止?jié){塞堵住孔口。

注漿中若發(fā)生與多孔串漿時，先將串漿的孔用止?jié){塞臨時封堵，本批次注漿完成后，立即對串漿孔進行注漿，拔出臨時止?jié){塞，如果有漿液外流，就直接接管注漿，如果無漿液外流則用高壓風或水清洗超前小導管后再接管注漿。

注漿過程中如果發(fā)現(xiàn)注漿壓力突升，應立即停機檢查是否發(fā)生堵管并及時清理堵塞物；如果注漿壓力長時間達不到標準，應檢查是否有漿液流到別處的現(xiàn)象或輸漿管窩漿現(xiàn)象，如果有流到別處的現(xiàn)象可以調(diào)整漿液配合比，縮短膠凝時間，進行小量低壓或間歇性注漿，如果采用間歇注漿法則間歇時間不應超過膠凝時間［3］。

為保證漿液的凝固時間，使圍巖形成足夠的強度，根據(jù)漿液種類在超前小導管注漿完成后4～8h后再進行開挖施工。為防止下一次注漿時孔口跑漿，開挖時保留1.5～2.0m長已注漿洞段用做止?jié){墻。

4.4 管棚的施工

管棚造價高、施工難度大，工期長，能把很長的不良地質(zhì)段的圍巖通過棚管、鋼拱架、注漿等方式組合成一個空間受力體，使隧洞開挖和二次襯砌在管棚的保護下安全施工，主要用于嚴重風化巖或斷層破碎巖體，開挖后圍巖不能自穩(wěn)或只能在很短時間內(nèi)自穩(wěn)的情況下。

管棚分為長管棚和短管棚，一般長5～30m，沿隧洞斷面環(huán)向布設，棚管中心距為管徑的2～3倍。管棚的棚管有一定的外張角，棚管又較長，其末端必然距隧洞開挖邊線較遠，因此為保證拱頂圍巖的穩(wěn)定，兩組管棚的縱向搭接長度應≥3m。

管棚的鋼管內(nèi)徑為75mm，壁厚5mm，接頭采用絲扣長150mm的厚壁管箍連接，為使棚管的接頭錯開布置，棚管分4、5、6m3種長度，第一節(jié)管交替使用4m、6m長的鋼管，后續(xù)管使用5m長的鋼管。管棚鋼管上鉆直徑8mm的小孔，孔間距25cm，梅花形布置。

管棚按以下步驟施工：

4.4.1 鉆孔

TBM法施工時用超前鉆機，鉆爆法施工時用100B鉆機。

先在隧洞拱部鉆設仰角為 5°～7°，孔徑為105mm的超前孔。因鉆孔較深，鉆進過程中需接長鉆管，采用與鉆桿同材質(zhì)的鉆桿連接套連接鉆桿，鉆桿連接套的兩端加工成內(nèi)螺紋與鉆桿首尾端的外螺紋配合連接。

超前孔直徑大于管棚外徑5～20mm，孔深大于管長0.5m。

鉆孔完成后要用鉆機清除孔底浮渣，再用高壓風吹掃鉆孔，用測桿測量孔深，以確?？讖?、孔深滿足要求。

4.4.2 頂管

超前孔鉆完后立即進行頂管作業(yè)，把鉆機的沖擊壓控制在 1.8～2.2MPa，推進壓控制在 4～6MPa，不使用回轉壓力將安有工作管頭的棚管沿鉆孔低速推進，當孔外剩余30～40cm長棚管時，鉆機反轉分離頂進連接套和棚管，裝上第二節(jié)棚管，鉆機再緩慢低速前進對準前一節(jié)棚管的尾部，連接棚管，然后再次低速頂進棚管，重復上述步驟直到管棚達到設計長度。

4.4.3 棚管補強

為提高管棚的剛度和強度，按設計點位將鋼管全部安裝完畢后，清理管內(nèi)殘渣，進行棚管補強。管棚支護中一般采用造價較低的水泥漿，利用水泥漿把棚管周圍的巖石縫隙填充固結，形成一個整體，共同受力。

水泥漿水灰比控制在1∶1～3∶1，注漿初壓0.5～1.0MPa，終壓為1.0～2.0MPa，注漿結束后用 M10水泥砂漿填充棚管，形成鋼管混凝土。

TBM在管棚的支護洞段采用短進尺開挖，每次進尺0.6～0.9m，換步時立即支立鋼拱架，進行錨噴支護。

5 總 結

對于上昆嵩水電站引水隧洞這種埋深大、地應力高、高壓涌突水、斷層破碎帶多等復雜地質(zhì)條件下的工程，在超前地質(zhì)預報的基礎上，根據(jù)地質(zhì)條件和現(xiàn)場施工條件，采用超前錨桿、超前小鋼管支護、超前小導管注漿加固、管棚支護等超前支護方法，能有效減少地質(zhì)災害的發(fā)生，保證施工安全，為類似工程的施工積累了經(jīng)驗。

［1］宋濤.TBM不良地質(zhì)地段施工技術［J］.湖南水利水電，2010（04）：19－22.

［2］劉曉舟.小導管超前支護技術在引水隧洞工程中的應用［J］.西部探礦工程，2010（07）：148－150.

［3］周衛(wèi)霞.TBM在富水帶的施工技術措施［J］.石家莊鐵路職業(yè)技術學院學報，2013（03）：27－31.

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1007－7596（2014）08－0094－03

2014－04－25

李海軍（1983－），男，內(nèi)蒙古和林格爾人，工程師，從事水利工程施工管理和運行管理工作。