王 軍 紅

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 概 述

固增水電站引水隧洞位于木里河左岸，設(shè)計(jì)全長11.06 km，縱坡降i=2.086 9‰，沿線垂直埋深為60～760 m，隧洞過撒洼溝段埋深最淺，該段隧洞垂直埋深約60 m，由6條施工支洞輔助施工。襯砌后凈斷面尺寸為6.1 m×7.8 m。引水線路位于高山峽谷地貌區(qū)，地形高差懸殊，沿線溝谷深切，多呈不對稱的“U”和“V”型谷，植被較發(fā)育；隧洞區(qū)處于前山背斜和甲溝向斜NW末端，地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，規(guī)模較大的斷層有4條，分別為：基洼斷層、撒洼斷層、索根斷層和曼念吉岡斷層，斷層破碎帶一般寬約20～40 m，其中撒洼、索根斷層寬達(dá)50～100 m，由碎裂巖、糜棱巖、角礫巖、少量斷層泥、裂隙密集帶等組成，斷層均為非活動(dòng)性斷層；地質(zhì)調(diào)查顯示巖體中小斷層、層間錯(cuò)動(dòng)帶較為發(fā)育，小斷層破碎帶寬一般為0.5～2 m；地層中揉皺、撓曲等小褶皺現(xiàn)象普遍，巖層產(chǎn)狀變化較大，構(gòu)造節(jié)理較為發(fā)育。引水隧洞復(fù)雜特殊地質(zhì)洞段主要具有前方圍巖復(fù)雜多變、預(yù)判不準(zhǔn)、暴露時(shí)間過長、易發(fā)生垮塌、突發(fā)大型事件風(fēng)險(xiǎn)過高、不明氣體引發(fā)的二次爆炸措施準(zhǔn)備不足、全斷面連續(xù)蠕變在100 m以上，難以保證后續(xù)施工的安全可靠和松散薄層炭質(zhì)板巖夾炭質(zhì)頁巖開挖支護(hù)處理經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致易垮塌的施工難點(diǎn)。

2 針對引水隧洞不良地質(zhì)洞段施工難點(diǎn)采取的應(yīng)對措施

(1)參照現(xiàn)有的施工經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合先進(jìn)的勘探技術(shù)，采用多種超前勘探方法以提高圍巖預(yù)判的準(zhǔn)確性；

(2)深埋類覆蓋層圍巖變化多樣，體現(xiàn)出施工工法選擇準(zhǔn)確和及時(shí)的重要性，必須嚴(yán)抓工序循環(huán)，及時(shí)封閉；

(3)針對較大反坡超長洞段突發(fā)特大涌水的應(yīng)急措施合理，及時(shí)消除了風(fēng)險(xiǎn)且須加強(qiáng)后續(xù)應(yīng)對措施；

(4)洞內(nèi)突發(fā)泥石流誘發(fā)大型塌方的施工工法選擇、控制施工成本和提高進(jìn)度。

2.1 超前地質(zhì)預(yù)判

該引水隧洞地質(zhì)條件變化復(fù)雜，根據(jù)掌子面揭露的圍巖判定前方巖性不準(zhǔn)確易造成現(xiàn)場施工盲目，風(fēng)險(xiǎn)較高。

總包部采用先進(jìn)的俄羅斯TGS～360pro、美國TRT儀器超前地質(zhì)預(yù)報(bào)120 m左右(直段)，用以預(yù)判前方大致的圍巖變化情況；對變化明顯的區(qū)域接近掌子面30 m時(shí)采用地質(zhì)雷達(dá)再次進(jìn)行超前預(yù)報(bào)[1](地質(zhì)雷達(dá)預(yù)報(bào)相對準(zhǔn)確，對水的預(yù)報(bào)更敏感)；對于超前預(yù)報(bào)圍巖變化較大且富含水和圍巖明顯變差區(qū)域布置2～3個(gè)超前勘探孔[2](用100B鉆孔，深25～30 m)，對鉆孔速度、聲音、出水顏色和鉆渣情況做好詳細(xì)記錄，并將其匯報(bào)給設(shè)計(jì)地質(zhì)工程師結(jié)合地質(zhì)勘探資料做出正確的判定，并交代現(xiàn)場技術(shù)質(zhì)量管理人員對施工班組進(jìn)行交底以指導(dǎo)現(xiàn)場施工；現(xiàn)場鉆工可根據(jù)4.5 m或6 m鉆桿鉆孔速度的情況并結(jié)合已開挖洞段的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，控制鉆孔深度、間排距和裝藥量，以減少因爆破振動(dòng)對周邊圍巖的擾動(dòng)。

通過上述超前地質(zhì)判定并對前期預(yù)報(bào)的情況進(jìn)行分析后決定后續(xù)勘探的必要性，將掌子面前方圍巖的變化情況完全掌握。技術(shù)質(zhì)量人員根據(jù)判定選擇相應(yīng)的應(yīng)對技術(shù)措施，以解決前方預(yù)判圍巖施工困難的問題，對施工作業(yè)班組詳細(xì)交底，指導(dǎo)操作，同時(shí)為施工指明方向。該措施的優(yōu)點(diǎn)是對施工的安全、質(zhì)量、進(jìn)度提供了有利的保障，降低了風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率、減少了損失并消除了工人的畏懼抵觸心理。

2.2 特殊洞段的處理

2.2.1 深埋類覆蓋層的處理

1#支洞及其上游段主洞800 m為Ⅴ類覆蓋層開挖。根據(jù)已開挖揭露的Ⅴ類覆蓋層特點(diǎn)，所采取的處理技術(shù)措施不同。

對凝結(jié)力較強(qiáng)、無特大孤石、穩(wěn)定性好的Ⅴ類覆蓋層，采用破碎錘全斷面0.5～1 m短進(jìn)尺開挖，強(qiáng)支護(hù)(I16工字鋼)跟進(jìn)，無需超前支護(hù)，嚴(yán)禁爆破掏槽深孔開挖。該措施的優(yōu)點(diǎn)是單循環(huán)進(jìn)度耗時(shí)少，處理速度快，施工工藝靈活，超挖控制好。

對于含有特大孤石、穩(wěn)定性差、少量滲水的Ⅴ類覆蓋層，采用φ25，L=4.5～6 m的超前錨桿加強(qiáng)支護(hù)，上下半洞短進(jìn)尺循環(huán)開挖。超前支護(hù)鉆孔施工出現(xiàn)卡鉆、塌孔現(xiàn)象時(shí)，采用I16工字鋼開孔內(nèi)穿φ42，L=4.5～6 m的超前小導(dǎo)管進(jìn)行固結(jié)注漿支護(hù)；出現(xiàn)不吸漿時(shí)采取小導(dǎo)管內(nèi)插φ25，L=4.5～6 m的錨桿以提高超前支護(hù)的強(qiáng)度。該措施的優(yōu)點(diǎn)是操作靈活，施工占用時(shí)間較短。

對于含有斷層裂隙、大量孤石、穩(wěn)定性極差的Ⅴ類覆蓋層，采用φ108，內(nèi)插3Φ28錨筋束大管棚超前固結(jié)灌漿的施工方法(管棚的長度和環(huán)數(shù)應(yīng)根據(jù)勘探孔揭露預(yù)判塌方范圍確定)進(jìn)行處理。開挖采用短進(jìn)尺，支護(hù)根據(jù)現(xiàn)場情況施工超前小導(dǎo)管、Ⅰ16工字鋼等加強(qiáng)支護(hù)。該措施的優(yōu)點(diǎn)是安全可靠，質(zhì)量有保證。缺點(diǎn)是耗用時(shí)間、資金較高，一般為防止發(fā)生大型塌方時(shí)實(shí)施。

2.2.2 特大反坡特長洞段突發(fā)特大涌水的處理

引水隧洞上游段0～4 100區(qū)域底板高程接近天然河床水位，在地下水位線以下且其灰?guī)r和砂巖裂隙空腔發(fā)育較多，儲(chǔ)水量大，造成1#支洞控制段下游開挖掌子面(T)1+370突然出現(xiàn)特大涌水。高峰期涌水量約為3 500 m2/h，1 h控制段下游長530 m的底板被涌水淹埋。1#洞施工支洞和控制段下游為倒坡，支洞長508.41 m，坡比為4.52%，支洞三岔口距出水點(diǎn)530 m，總抽排水高差為24.09 m，長1 038.41 m。

在1#洞下游突發(fā)涌水前，根據(jù)掌子面探孔的出水已預(yù)備了三級(jí)抽排系統(tǒng)，其用電相互獨(dú)立，分別為一級(jí)三岔口抽排系統(tǒng)3 m×1.5 m×2 m(長×深×寬)的集水坑(樁號(hào)0+840)，共配備388 kW水泵，管路齊全；二級(jí)抽排系統(tǒng)為5 m×3 m×3.4 m(長×深×寬)的集水坑(樁號(hào)1+250)，配備352 kW水泵，管路齊全；三級(jí)抽排系統(tǒng)跟進(jìn)掌子面，配備118 kW水泵和自流。掌子面爆破時(shí)移除第三級(jí)抽排系統(tǒng)(防止爆炸損壞)，待出渣后恢復(fù)。掌子面(樁號(hào)1+370)爆破突發(fā)特大涌水后一級(jí)和二級(jí)抽排系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行，因突水量大，水位上漲較快，二級(jí)抽排系統(tǒng)在配電設(shè)備還剩50 cm被淹時(shí)關(guān)閉電路，以防止發(fā)生觸電事故。維護(hù)一級(jí)抽排系統(tǒng)正常超負(fù)荷運(yùn)行，積極組織添加抽排管路，新增了一臺(tái)75 kW潛水泵和一臺(tái)132 kW離心泵，抽調(diào)場內(nèi)焊工緊急安裝管路搶險(xiǎn)。施工過程中，為防止涌水上漲淹沒一級(jí)抽排系統(tǒng)，將配電設(shè)備根據(jù)水位上漲情況搭設(shè)排架兩次抬高，總共抬高2 m以維持正常抽排。經(jīng)過8 h搶險(xiǎn)安裝管路，1#支洞內(nèi)左側(cè)一趟管徑φ273、配備75 kW潛水泵的抽排系統(tǒng)投入使用，水位平緩持續(xù)3 h后緩慢下降，涌水得到控制。后續(xù)支洞左側(cè)新增φ200管路和132 kW水泵的投入，加快了抽排速度。為保證抽排系統(tǒng)正常運(yùn)行并預(yù)防后續(xù)施工再次發(fā)生涌水增大，在1#支洞左側(cè)增加了1趟管徑φ273管路。后續(xù)施工結(jié)合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和勘探孔出水流速，間斷性對管線、水泵、變壓器等進(jìn)行檢修，在掌子面采用地質(zhì)鉆機(jī)造多個(gè)超前排水孔[3]，長度在40 m左右，以保證抽排能力大于涌水強(qiáng)度。預(yù)計(jì)排水計(jì)算能力大于爆破后的涌水速率時(shí)，掌子面采用短進(jìn)尺爆破放水；掌子面無積水時(shí)，對涌水部位加強(qiáng)支護(hù)，預(yù)留排水孔。該措施的優(yōu)點(diǎn)是處理速度快；缺點(diǎn)是抽排管路等設(shè)施費(fèi)用高。

2.2.3 突發(fā)泥石流引發(fā)大型塌方封洞的處理

2#支洞控制段上游開挖(T)2+693出現(xiàn)小型垮塌伴隨泥石流導(dǎo)致渣體封洞，采取及時(shí)撤離人員及設(shè)備、待泥石流過后加強(qiáng)觀察的措施確保穩(wěn)定后對發(fā)生部位墊渣，預(yù)留排水溝，邊墻用地質(zhì)鉆機(jī)施工多個(gè)排水孔泄水。涌水全部通過泄水孔排除，掌子面渣體無大量流水時(shí)增加堆渣以提高抵抗力，防止垮塌區(qū)擴(kuò)大。退后安全距離27 m到(T)2+720巖石較好的洞壁擴(kuò)挖60 cm，搭設(shè)排架，采用地質(zhì)鉆機(jī)施工φ108，內(nèi)插3Φ28，長度為33～36 m的大管棚，管壁梅花型布設(shè)直徑為0.5 mm的滲漿小孔，間距30 cm，有壓注漿固結(jié)。管棚施工完采用上半斷面微臺(tái)階[4]并結(jié)合預(yù)留核心土[5]開挖，洞壁進(jìn)行4.5 m固結(jié)灌漿，孔徑50 mm，長度深入基巖10 cm(浮渣1.5 m),排距3 m交替布置；灌漿漿液的水灰比為2、1、0.8、0.5 四個(gè)比級(jí)，灌注時(shí)由稀至濃逐級(jí)變換。注漿壓力為0.2～0.5 MPa；結(jié)合已施工的超前大管棚，掌子面頂拱施工φ42小導(dǎo)管，超前固結(jié)灌漿5 m，孔徑50 mm，傾角13°～15°，孔間距45 cm，固結(jié)后形成抵抗拱圈以保證開挖過程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定(注漿壓力和漿液比參考上述要求)。塌方處理至掌子面，可根據(jù)已開挖揭露的圍巖條件選擇性施工φ42，L=4.5 m的超前小導(dǎo)管，小導(dǎo)管的注漿根據(jù)巖性選擇是否采用有壓注漿，注漿壓力不大于0.5 MPa。系統(tǒng)錨桿因巖性卡鉆可改用Φ25，L=4.5 m的自進(jìn)式錨桿。該措施的優(yōu)點(diǎn)是處理大型塌方及泥石流等效果良好，確保了質(zhì)量與安全；缺點(diǎn)是占用時(shí)間和成本較高。

2.2.4 不明氣體二次爆炸的處理

4#支洞控制段下游多次出現(xiàn)不明氣體及二次爆炸，無色無味。爆炸發(fā)生后首先撤離人員以確保安全，加強(qiáng)通風(fēng)24 h，安全人員協(xié)同氣體檢測專家攜帶氧氣瓶、佩戴防毒面具進(jìn)行掌子面氣體檢測并采用活禽試驗(yàn)的方式。經(jīng)檢測，結(jié)果良好，遂對施工人員進(jìn)行安全培訓(xùn)后進(jìn)洞加強(qiáng)支護(hù)，防止塌方擴(kuò)大。后續(xù)施工時(shí)，每次進(jìn)洞前對工人進(jìn)行班前5 min安全教育，詳細(xì)登記進(jìn)出洞時(shí)間，須檢查操作人員佩戴防毒面具、氧氣瓶和對講機(jī)，支洞三岔口和洞外留守專人對接信息。在洞壁和掌子面不同位置采用氣退鉆鑿孔收集氣體，送成都院物探檢測公司檢測無誤后啟動(dòng)恢復(fù)施工。在距掌子面100 m處安裝直流通風(fēng)機(jī)加強(qiáng)通風(fēng)，掌子面擺放φ120 cm的逃生鋼管。向掌子面垮塌區(qū)域洞壁用100B造30 m深孔排氣，等待12 h無氣體放出后安排施工，塌方的處理結(jié)合上述不同類型施工超前管棚支護(hù)[6]，處理過程加強(qiáng)氣體的安全檢測。塌方處理完成后，在掌子面掘進(jìn)施工時(shí)采用超前地質(zhì)鉆進(jìn)造深孔勘探，確保無誤后進(jìn)行正常掘進(jìn)。該措施的優(yōu)點(diǎn)是施工安全，處理到位；缺點(diǎn)是占用時(shí)間長。

2.2.5 連續(xù)蠕變張裂的處理

3#支洞控制段下游、4#支洞控制段下游和5#支洞控制段上游均出現(xiàn)了連續(xù)蠕變張裂，4#支洞控制段下游伴隨塌方和不明氣體的二次爆炸，采取了清除開裂噴射的混凝土塊、重新掛網(wǎng)噴混凝土封閉的措施；對蠕變較小的洞段，采用Φ28，L=6 m的錨桿加強(qiáng)工字鋼鎖腳鎖腰；對于蠕變使工字鋼扭曲嚴(yán)重的洞段，在原工字鋼旁再安裝I16型鋼拱架加強(qiáng)支護(hù)以增加剛度，再采用Φ22連接筋將該段所有工字鋼進(jìn)行連接以形成整體受力，底板結(jié)構(gòu)線以下采用I18工字鋼進(jìn)行對撐，邊墻施工Φ28，L=9 m或L=12 m的錨筋樁，對其進(jìn)行錨固以防止邊墻向內(nèi)側(cè)擠壓，針對圓弧范圍采用φ42花管、L=4.5 m或L=6 m進(jìn)行固結(jié)灌漿，對松散巖體進(jìn)行穩(wěn)固，防止松動(dòng)巖體擴(kuò)大。在底板采用I18工字鋼對撐，澆筑鎖腳混凝土進(jìn)行加固，危險(xiǎn)洞段邊墻擺放Φ120 cm的逃生管道。處理完成后及時(shí)設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，加強(qiáng)檢測頻次，及時(shí)匯報(bào)分析以便于動(dòng)態(tài)掌控，指導(dǎo)施工。經(jīng)組織專家多次勘探和對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析得知，蠕變緩慢持續(xù)，但不易發(fā)生垮塌。襯砌混凝土施工階段逐步處理因變形導(dǎo)致的欠挖，及時(shí)支護(hù)，襯砌混凝土跟進(jìn)。該措施的優(yōu)點(diǎn)是處理及時(shí)，確保安全；缺點(diǎn)是處理時(shí)間過長，無法徹底排除蠕變和對工人造成的心理壓力。

2.2.6 松散薄層炭質(zhì)板巖夾炭質(zhì)頁巖的開挖處理

3#施工支洞控制段上游薄層炭質(zhì)板巖夾炭質(zhì)頁巖受揉皺影響產(chǎn)狀局部變化較大，巖層面結(jié)合差，巖體內(nèi)短小裂隙發(fā)育多，巖體破碎，巖體以薄層狀結(jié)構(gòu)為主，地下水以滴水～串珠狀滴水為主。開挖難成型，小范圍連續(xù)垮塌擴(kuò)大，掉塊手捏成泥狀，因巖性含飽和水軟化，超前卡鉆不滲漿。

針對以上問題，經(jīng)短時(shí)間進(jìn)行開挖支護(hù)總結(jié)，決定采用上下臺(tái)階、左右半幅、預(yù)留核心土超前φ42小導(dǎo)管支護(hù)[7]開挖。上下臺(tái)階錯(cuò)開5 m，上臺(tái)階高度為2 m，以便于人工操作。先施工上臺(tái)階半幅，人工用電鎬沿設(shè)計(jì)輪廓線摳槽寬20 cm，將I16工字鋼嵌入安裝，間距50～80 cm，施工錨桿固定，工字鋼勁板開φ45孔徑、間距30 cm。采用φ42、長4.3 m超前小導(dǎo)管，管壁開鉆花孔以便于注漿，孔間距35 cm、梅花形布置，孔徑5 mm，小導(dǎo)管端頭加工成尖。導(dǎo)管套在4.5 m鉆桿通過工字鋼穿孔，氣腿鉆施工、人工輔助入巖，克服卡鉆，導(dǎo)管入巖外露50 cm，內(nèi)插Φ28，L=4 m的錨桿，導(dǎo)管封孔，有壓注漿，使內(nèi)部鋼筋、導(dǎo)管和周圍巖石形成厚30 cm的固結(jié)柱，小導(dǎo)管之間采用固結(jié)連接以形成封閉圈待凝8 h。人工開挖內(nèi)側(cè)核心土，循環(huán)進(jìn)尺控制在1 m，工字鋼之間用Φ22鋼筋、50 cm加密連接，及時(shí)掛φ6.5@20 cm×20 cm，噴C20混凝土左右半幅交替施工，上部臺(tái)階施工完成后進(jìn)行下部臺(tái)階的施工，下部臺(tái)階施工參考上部臺(tái)階的施工工藝，挖機(jī)配合人工開挖，后續(xù)安裝臨時(shí)安全監(jiān)測點(diǎn)觀測變形。該措施的優(yōu)點(diǎn)是預(yù)防了垮塌，保證了施工質(zhì)量與安全，對主洞開挖支護(hù)進(jìn)行了總結(jié)并積累了經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)培養(yǎng)了一批高素質(zhì)的一線施工人員；缺點(diǎn)是施工降效，成本較高。

3 結(jié) 語

固增水電站充分發(fā)揮了EPC總承包模式的特點(diǎn)，針對復(fù)雜多變的地質(zhì)特點(diǎn)，不斷進(jìn)行技術(shù)探索優(yōu)化，廣泛收集相關(guān)資料，及時(shí)進(jìn)行技術(shù)總結(jié)，對引水隧洞涌水、大型連續(xù)塌方、突發(fā)泥石流、不明氣體二次爆炸、連續(xù)蠕變張裂等做到技術(shù)先行，確保了施工安全可靠、質(zhì)量有保證，從成本和效益方面控制了固增水電站履約。