張 峰

（山西省小浪底引黃工程建設(shè)管理局，山西 太原 030002）

引水隧洞下穿河流，由于埋深淺，地質(zhì)條件復(fù)雜，河水對洞內(nèi)滲水量存在一定的補給，隨著隧洞的開挖掘進，洞內(nèi)涌水水量及跨河時突水的風(fēng)險將加大，開挖難度也加大。針對該施工條件，提出總體施工思路，超前補充地質(zhì)探測和超前探水孔，探明圍巖富水區(qū)及圍巖裂隙發(fā)育情況，并針對性進行堵水灌漿；對于不良地質(zhì)洞段、圍巖極差部位采用超前支護結(jié)合系統(tǒng)支護加固圍巖。

1 工程概況

山西省小浪底引黃工程引水干線取水樞紐工程，從取水口至出水池段，沿線長約6.2 km，設(shè)計取水流量20 m3/s，泵站裝機容量8.4萬kW。主要建筑物包括取水口、有壓引水隧洞、調(diào)壓井、引水壓力管道、地下泵站、出水壓力管道和出水池等。

引水隧洞上方約70 m為板澗河，河床底部為砂卵石土，巖石厚約50 m。引水隧洞穿過板澗河段樁號為S5+650～S5+770，總長120 m。該段為淺黃色~灰黃色薄層含泥質(zhì)白云巖夾燧石條帶狀白云巖、灰黃色薄層泥灰?guī)r、黑灰色薄層~中厚層泥巖夾條帶狀灰?guī)r、棕黃色~棕紅色薄層泥質(zhì)白云巖，為極軟巖~中硬巖，圍巖結(jié)構(gòu)松散、破碎，裂隙發(fā)育，裂隙面平直粗糙，局部巖溶溶蝕較嚴(yán)重，裂隙發(fā)育，泥質(zhì)物充填，洞段有較大涌水，主要集中在掌子面兩側(cè)壁中下部，隧洞掘進過程中涌水量呈增大趨勢，頂拱及兩側(cè)壁坍塌嚴(yán)重，圍巖極不穩(wěn)定，鑒定為V類圍巖。在樁號S5+750處發(fā)育一條走向為NE40°SE∠70°的F24斷層。

2 施工方案

2.1 圍巖超前探測

引水隧洞跨板澗河段開挖前，先對圍巖進行超前探測，超前探測共分為兩部分，超前地質(zhì)補充勘察探測，掌子面超前探水孔。

2.1.1 超前地質(zhì)補充勘察探測

由于隧洞穿板澗河段地質(zhì)條件差，為探明隧洞前方富水情況以及巖體的構(gòu)造、裂隙發(fā)育區(qū)情況等。在隧洞內(nèi)樁號S5+542.8 m位置，分別采用地震波法（TSP）和瞬變電磁探測（U型探測方式）進行探測；在樁號S5+548.2 m～S5+838.2 m范圍內(nèi)的地面，采用瞬變電磁探測沿隧道掘進走向由北向南（調(diào)壓井至1號隧洞停頭）進行剖面測量，共布置三條測線，即隧道中線、西線、東線，測線間距基本保持10 m，測點間距約5 m，三條測線共布置121個測量點；在樁號S5+548.2 m～S5+838.2 m范圍內(nèi)的地面，采用直流電法探測沿隧道掘進走向布置測量，共布置三條測線，即隧道中心線、西線、東線，測線間距基本保持10 m，電極距約5.5 m。對探測數(shù)據(jù)分析后，得出如下結(jié)論：

在樁號S5+575～S5+615 m、高程200～220 m處，裂隙發(fā)育富水區(qū)，掘進至此處可能出現(xiàn)頂板出水。由于位于掘進正前方，建議加強超前探放水。

在樁號S5+580～S5+630 m、高程240～280 m處，裂隙發(fā)育富水區(qū)，掘進過程擾動可能下導(dǎo)通，形成水源補給，增大了頂板出水的可能性。建議進行超前探放水或地面注漿。

在樁號S5+635～S5+660 m，高程245～265 m處，裂隙發(fā)育富水區(qū)，掘進過程存在頂板出水可能性。建議進行超前探放水或地面注漿。

在樁號S5+715～S5+745 m、高程210～250 m處，板澗河床底板存在封閉水體，分析為板澗河河床裂隙被泥沙等物質(zhì)充填后，在深部存在富水區(qū)或泥沙充填區(qū)。建議掘進過程中注意防水及潰沙。

在樁號S5+755～S5+790 m處，電性變化分界面，斷層破碎帶位置，上盤裂隙發(fā)育，富水性較弱，但是在掘進過程中受地表水補給，可能形成季節(jié)性富水通道。建議進行地面注漿。

2.1.2 超前探水孔

超前探水孔分掌子面水平超前探水孔和掌子面周邊超前探水孔。根據(jù)超前地質(zhì)補充勘察探測成果，對掌子面富水集中段增設(shè)水平探水孔，水平探水孔布設(shè)在掌子面中部，取1～3個，在富水段布設(shè)的水平探水孔可兼做卸壓孔和超前堵水灌漿時的灌漿孔，探水孔孔深15～20 m，孔徑76 mm；掌子面周邊超前探水孔利用掌子面頂部左側(cè)及底部右側(cè)的超前預(yù)注漿孔作為探水孔，探水孔孔深15.4 m，孔徑76 mm沿開挖輪廓線進行布置。若在鉆孔過程中出現(xiàn)較大涌水，則停止鉆孔立即進行灌漿，完成后重新進行掃孔鉆進。

2.2 F24斷層影響帶深孔堵水灌漿

為了確保引水隧洞安全穿過F24斷層以及處理F24斷層不占用直線工期。在引水隧洞施工至F24斷層影響帶前，從地表對洞身段F24斷層影響帶進行堵水灌漿。根據(jù)《1號引水隧洞余段（300 m試驗段）超前地質(zhì)補充勘察成果》F24斷層影響帶范圍，先選取S5+730～S5+780段從地表進行深孔堵水灌漿。深孔堵水灌漿從地表進行鉆孔，采取套管跟進鉆孔，鉆孔孔徑91～130mm，鉆至引水隧洞底板以下3 m，采用下止?jié){塞對引水隧洞洞頂以上5 m至洞底以下3 m范圍進行灌漿，套管區(qū)域不進行灌漿。灌漿實際有效長度13.8 m（包括引水隧洞洞底以下3 m，引水隧洞高5.8 m，引水隧洞洞頂以上5 m），灌漿孔間距2.5 m×2.5 m，如圖1所示。

圖1 堵水灌漿橫、縱剖面示意圖

灌漿漿液采用純水泥漿或水泥加水玻璃雙漿液灌漿，遇溶洞、空腔等采用水泥砂漿灌注，灌漿最大壓力1.5 MPa。隧洞掘進到F24斷層影響范圍內(nèi)，掌子面圍巖裂隙內(nèi)可清晰看到灌漿痕跡，與未灌漿洞段相比，該洞身段出水量明顯降低，表明灌漿效果較好。

2.3 超前小導(dǎo)管支護

根據(jù)目前引水隧洞開挖揭露的巖層情況，引水隧洞穿板澗河段圍巖條件較差，隧洞后期開挖過程中存在F24斷層，遇到較大裂隙、破碎帶、傾倒荷載帶等不良地質(zhì)洞段時，隧洞存在失穩(wěn)及塌方的安全隱患較大，為保證灌漿完成后在開挖過程中洞室安全，減少隧洞塌方及超挖，在隧洞開挖過程中另行增設(shè)超前小導(dǎo)管對圍巖進行再次超前支護預(yù)注漿，并配合鋼支撐進行加強支護。

施工方法，超前小導(dǎo)管施工工序主要包括小導(dǎo)管制作、鉆孔、安裝小導(dǎo)管和注漿。

2.3.1 小導(dǎo)管制作

超前小導(dǎo)管采用直徑42 mm熱軋鋼管制作，管長4.5 m（導(dǎo)管長可根據(jù)需要作調(diào)整，預(yù)留止?jié){段不小于100 cm，每循環(huán)小導(dǎo)管搭接長度不小于1 m），桿體前端1/3～1/4桿長范圍內(nèi)的管壁上開孔，孔徑可為6～8mm，孔距沿管軸向可為100～150 mm，沿環(huán)向可為90°，開孔宜布置成梅花型，托板上應(yīng)設(shè)計約12 mm的排氣孔，采用鉆床成沖孔。導(dǎo)管加工經(jīng)質(zhì)檢人員檢驗合格后方可交付使用。

2.3.2 鉆孔和小導(dǎo)管安裝

小導(dǎo)管環(huán)向間距30～40 cm，向外傾斜角度為5°～10°，一般布置在頂拱180°和邊墻松散部位。小導(dǎo)管鉆孔前，先按施工圖紙進行孔位測量放樣，孔位測量做到位置準(zhǔn)確，鉆孔嚴(yán)格按放樣進行，避免造成串孔，影響注漿效果。鉆孔孔徑比小導(dǎo)管大20～30 mm。鉆孔完成后，先用高壓風(fēng)（或水）清孔。

2.3.3 注漿

采用壓注水泥漿進行圍巖加固，必要時在施工中對富水地段采用水泥加水玻璃雙液漿進行圍巖加固。

2.4 隧洞開挖系統(tǒng)支護

在完成引水隧洞超前支護施工后進行引水隧洞開挖，開挖采用“小藥量、短進尺、弱爆破、全斷面一次成型、強支護”的施工方法。開挖進尺每輪控制在1～1.5 m，開挖完成后及時安裝Ⅰ14鋼拱架進行支護，鋼拱架間距0.5～1 m；布設(shè)直徑8 mm鋼筋網(wǎng)，間距20 cm×20 cm；鎖腳錨桿（直徑22 mm，長3 m）六組，每組2根，如圖2所示。

圖2 鎖腳錨桿布置圖

系統(tǒng)錨桿直徑22 mm，間距1.0 m×1.0 m，長3 m，深入巖石2.88 m，梅花形布置，全斷面噴混凝土C20，厚15 cm。

2.5 隧洞圍巖變形收斂監(jiān)測

從樁號S5+650～S5+770共布設(shè)4個圍巖變形收斂監(jiān)測斷面，樁號分別為S5+690、S5+722、S5+746和S5+770。圍巖變形監(jiān)測測點布置如圖3。

通過對該4個斷面20多天的觀測，得出如下結(jié)論：各個監(jiān)測斷面圍巖收斂變形速率均小于0.2 mm/d，符合相關(guān)規(guī)范要求，圍巖趨于穩(wěn)定，觀測結(jié)果如圖4。

圖3 圍巖變形收斂監(jiān)測測點布置圖

圖4 圍巖收斂變形監(jiān)測圖

3 結(jié)語

在地質(zhì)超前預(yù)測、堵水灌漿和超前支護，結(jié)合系統(tǒng)支護等充分的工程措施的實施，灌漿效果較好，收斂變形監(jiān)測表明圍巖趨于穩(wěn)定。同時，為貫徹“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”這一方針，還應(yīng)制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，增加設(shè)備投入和及時對施工人員進行技術(shù)交底并組織應(yīng)急演練，以從容應(yīng)對各種突發(fā)情況。