(河南省白龜山水庫(kù)管理局，河南 平頂山 467000)

1 工程概況

白龜山水庫(kù)位于淮河流域沙潁河水系沙河干流，距平頂山市區(qū)9km，是一座集防洪、城市供水、農(nóng)業(yè)灌溉為一體的大(Ⅱ)型綜合利用水利工程。水庫(kù)控制流域面積2740km2,總庫(kù)容9.22億m3。水庫(kù)興利水位103m，汛限水位102m,兩水位之間0.61億m3庫(kù)容水量在每年5—10月汛期間無(wú)為棄掉，造成巨大浪費(fèi)。經(jīng)過論證，在北干渠上修建一座水電站，分別利用北干渠渠首閘和張莊閘蓄水后形成的水位差和下泄水量發(fā)電。水電站主要包括進(jìn)水閘、廠房、尾水隧洞，以及機(jī)電設(shè)備及安裝。電站尾水隧洞上接尾水明渠，下接北干渠下游河道，全長(zhǎng)57.36m,開挖斷面5.83×5.78m；隧洞穿越市政道路及管網(wǎng)，距交通橋、體育館等建筑物較近，地質(zhì)條件和環(huán)境復(fù)雜，開挖支護(hù)難度很大，需要采用可行的施工方法，以確保隧洞順利建成。

2 水文氣象和工程地質(zhì)

2.1 水文氣象

白龜山水庫(kù)多年平均降雨量963.9mm。6—8月降雨量占全年總降雨量的60%以上，本流域暴雨多集中在汛期。沙河天然徑流主要由降雨形成，徑流在年際間和年內(nèi)分布不均,最大與最小年徑流量相差近20倍。

2.2 工程地質(zhì)

該工程地質(zhì)從上到下地層有四層。其特性如下：

層狀灰?guī)r(層序號(hào)16)：厚約13m，灰色，具條帶狀層理。巖石新鮮完整，鉆探地質(zhì)取巖率在80%以上。

條礫狀灰?guī)r(層序號(hào)17)：厚約26m，棕灰色及深灰色中夾豹皮狀灰?guī)r團(tuán)塊。巖石新鮮，除喀斯特發(fā)育處以外，巖石完整，鉆探地質(zhì)取巖率在90%以上。

灰?guī)r夾微薄鈣質(zhì)頁(yè)巖(層序號(hào)18)：厚約14m，灰?guī)r呈淺灰色，新鮮堅(jiān)硬，分布多在本層下部，鈣質(zhì)頁(yè)巖為淺紫紅色，致密，在渠道右岸呈弱風(fēng)化狀態(tài)。較破碎，地質(zhì)取巖率在50%以上。

灰?guī)r夾頁(yè)巖(層序號(hào)19)：厚約15m，二者均呈薄層或微薄層狀?；?guī)r堅(jiān)硬，較完整，頁(yè)巖在地面以下2m范圍內(nèi)，為強(qiáng)風(fēng)化狀態(tài)(多呈泥土狀)，底部為弱風(fēng)化狀態(tài)。破碎，地質(zhì)取巖率一般為30%。

喀斯特主要發(fā)育于第16、17、18三序地層中。從鉆孔中了解，在80m高程以上最為嚴(yán)重，往下發(fā)育程度則逐漸減弱。溶蝕縫隙寬度一般為10～50cm，最寬處已成為4m以上。溶洞一般為黏土巖屑所填充，但不密實(shí)。無(wú)充填物及充填密實(shí)之情況均占少數(shù)。

隧洞的圍巖主要是灰?guī)r，但部分灰?guī)r中夾雜著弱風(fēng)化易碎鈣質(zhì)頁(yè)巖和風(fēng)化破碎頁(yè)巖，且有喀斯特地貌。部分洞段灰?guī)r新鮮堅(jiān)固完整；部分洞段灰?guī)r有破碎軟弱帶，圍巖穩(wěn)定性差且有地下水；部分洞段位于喀斯特發(fā)育的石灰?guī)r上，隧洞的喀斯特有的被黏土巖屑所填充，有的無(wú)充填，情況甚不均一。綜上所述，該隧洞地質(zhì)條件和環(huán)境復(fù)雜。

3 尾水隧洞開挖支護(hù)施工程序及方法

3.1 施工布置

3.1.1 施工道路

尾水隧洞開挖施工道路布置如下所示：

尾水隧洞→北干渠尾水口圍堰→原有施工公路→碴場(chǎng)。

3.1.2 供風(fēng)及通風(fēng)

尾水洞出口布置2臺(tái)20m3/min移動(dòng)式電動(dòng)空壓機(jī)供風(fēng)。用φ48mm鋼管延伸進(jìn)隧洞開挖工作面供風(fēng)。

采用壓入式通風(fēng)方式。在尾水洞口采用一臺(tái)7.5kW軸流式風(fēng)機(jī)配φ800風(fēng)筒壓入式通風(fēng)。

3.1.3 供水

施工用水從北干渠直接用φ32mm鋼管引水進(jìn)洞，延伸至工作面供水。

3.1.4 供電及系統(tǒng)

施工用電高壓電源接線點(diǎn)布置的一臺(tái)變壓器，在變壓器的接口端，通過12m長(zhǎng)的水泥電桿架空線路至各施工工作面。

在整個(gè)施工期配置1臺(tái)150kW柴油發(fā)電機(jī)，作為備用電源。一旦電力系統(tǒng)停電及供電不足，備用電源自動(dòng)投入，解決基坑抽排水和照明用電的急需。

3.1.5 排水

在隧洞施工時(shí)，在洞內(nèi)開挖排水明溝和集水井，把集水井的水用水泵從洞內(nèi)抽出。

3.2 施工程序

尾水隧洞開挖施工程序如圖1所示：

圖1 尾水隧洞開挖程序框圖

3.3 隧洞開挖施工方法

開挖前進(jìn)行鉆爆方案設(shè)計(jì)，為確保開挖洞簾邊坡及隧洞圍巖穩(wěn)定安全，開挖前期進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)，以確定合理、經(jīng)濟(jì)、安全的爆破參數(shù)。爆破試驗(yàn)的主要內(nèi)容有：爆破器材性能檢測(cè)試驗(yàn)；邊坡預(yù)裂爆破控制試驗(yàn)；開挖爆破網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)；爆破飛石距離控制試驗(yàn)。

3.3.1 測(cè)量放線

a.按照現(xiàn)行水利測(cè)量規(guī)范要求進(jìn)行。

b.使用儀器：GPS、全站儀、水準(zhǔn)儀。

c.測(cè)引坐標(biāo)和高程控制點(diǎn)：先按照?qǐng)D紙要求，利用GPS把施工圖上有關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo)引測(cè)到施工現(xiàn)場(chǎng)，并利用全站儀把絕對(duì)高程和相對(duì)高程控制點(diǎn)引入施工現(xiàn)場(chǎng)附近且做標(biāo)識(shí)。上述坐標(biāo)點(diǎn)和控制點(diǎn)用作整個(gè)施工過程的控制。

d.依據(jù)施工圖和控制點(diǎn)，把隧洞洞口的開挖尺寸線和軸線、標(biāo)高全部測(cè)記到洞口巖壁上。

e.洞內(nèi)開挖的輪廓線，依據(jù)全站儀測(cè)得的軸線、高程進(jìn)行控制，以防超挖和欠挖。

3.3.2 鉆孔、爆破、出渣

a.為保證鉆孔質(zhì)量，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)鉆孔位置、間距、傾角等要求進(jìn)行鉆孔，且對(duì)鉆工做好技術(shù)交底和采取必要安全措施。

b.在合格的鉆孔內(nèi)按爆破方案，依據(jù)不同的孔類、孔深、孔徑裝入不同類型炸藥和不同藥量，此次使用的炸藥為2號(hào)巖石硝銨炸藥和2號(hào)光爆炸藥。

c.爆破完成后，立即進(jìn)行通風(fēng)排煙，等到煙霧消散后，再使用噴淋系統(tǒng)進(jìn)行除塵。隨后派爆破工巡查是否有啞炮并立即處理。

d.尾水隧洞開挖石渣選用150型挖掘機(jī)10t自卸汽車運(yùn)至棄渣場(chǎng)。

具有代表性的圍巖炮孔布置如圖2所示。

圖2 尾水隧洞圍巖炮孔布置 (單位：cm)

圍巖炮孔特性及工序作業(yè)循環(huán)時(shí)間見表1和表2。

表1 圍巖炮孔特性

表2 圍巖工序作業(yè)循環(huán)時(shí)間

3.3.3 施工機(jī)械配置

尾水隧洞開挖施工機(jī)械設(shè)備見表3。

3.4 隧洞支護(hù)施工方法

隧洞洞簾頂部寬12.14m、高11m范圍采用錨桿和掛鋼絲網(wǎng)噴射混凝土進(jìn)行支護(hù)：錨桿采用φ25一級(jí)鋼、L=2000mm和L=3000mm、間距1.5×1.5m，錨桿梅花布置，錨孔內(nèi)灌注1∶2的水泥砂漿；鋼絲網(wǎng)150mm×150mmφ2鐵絲、外框φ6圓鋼筋，噴漿厚度80mm的C20混凝土。

表3 尾水隧洞開挖施工機(jī)械設(shè)備

隧洞內(nèi)部采用錨桿和掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土進(jìn)行支護(hù)：錨桿采用φ22螺紋鋼、L=4000mm、間距1.5×1.5m，錨桿與洞頂水平夾角10°，錨桿梅花布置，錨桿外漏20cm，錨孔內(nèi)灌注1∶2的水泥砂漿；鋼筋網(wǎng)150mm×150mmφ6鋼筋、加勁筋φ10圓鋼筋，噴漿厚度200mm的C25混凝土。

3.4.1 施工順序

安裝自動(dòng)升降操作平臺(tái)→清理基巖面→施工放線→定位錨桿孔并鉆孔→錨桿制安灌注→巖面編網(wǎng)固定噴護(hù)。

3.4.2 施工方法

a.把巖面打掃干凈后，依據(jù)施工圖，在巖面上逐個(gè)定出錨桿孔位置，并用紅漆做標(biāo)記。

b.錨桿成孔：根據(jù)位置及高程不同孔深為2m、3m、4m,且采用無(wú)水進(jìn)孔工藝進(jìn)行施工。根據(jù)不同地質(zhì)情況，先用不同的鉆進(jìn)參數(shù)，試鉆開始時(shí)慢速鉆進(jìn)，待正常后全速鉆進(jìn)?？咨顟?yīng)比錨桿錨固深度深20cm。成孔后采用高壓風(fēng)管進(jìn)行清孔，將孔內(nèi)巖粉、巖屑、沉渣清除干凈，孔底沉渣厚小于5cm。

c.錨桿制安：根據(jù)施工圖把不同鋼筋下料，按要求焊制。距離錨桿頭部，焊接φ8L=58mm、傾角30 ° 的燕尾叉。制作完成后逐一檢查質(zhì)量且分別堆放。接著把錨桿和注漿管一起插入孔內(nèi)。安裝時(shí)要控制錨桿端部距孔底20cm,為水泥砂漿留位，尾端露出巖面20cm，以便與鋼網(wǎng)鏈接。

d.錨孔灌漿：材料采用P.O 42.5硅酸鹽水泥，中砂。按1∶2配置砂漿，水灰比控制在0.4～0.45。漿液配好后，把注漿管與壓降機(jī)連接后，按設(shè)計(jì)要求調(diào)節(jié)壓力表，加壓送漿液入孔，直至保壓充滿整個(gè)孔深且有漿液從孔口流出為止。每次每批注漿隨機(jī)取樣兩組，28天時(shí)做抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

e.拉拔試驗(yàn)：水泥砂漿凝固到期后，按設(shè)計(jì)要求的數(shù)量進(jìn)行試驗(yàn)，若不滿足進(jìn)行補(bǔ)打。

f.鋼筋網(wǎng)制安：在巖面上選定編網(wǎng)區(qū)域，然后進(jìn)行鋼筋下料。洞外巖面用φ2鐵絲，按150×150mm間距編制后，用φ6鋼筋壓邊；洞內(nèi)采用φ6鋼筋，按150×150mm間距編制后，用φ10鋼筋加勁。上述鋼筋網(wǎng)與錨桿焊牢。

g.混凝土噴面：在施工現(xiàn)場(chǎng)密閉工作間內(nèi)，分別拌制C20和C25細(xì)石混凝土，然后用噴漿機(jī)噴射混凝土面層。根據(jù)不同位置要求，采用不同標(biāo)號(hào)混凝土和不同厚度，每層噴30～50mm,分3～4次噴射完成，并按要求養(yǎng)護(hù)。

h.若巖面風(fēng)化嚴(yán)重或局部軟弱破碎，則先編網(wǎng)噴護(hù)，后鉆孔制安錨桿并灌漿。

3.4.3 超前勘探

每開挖一個(gè)工作段洞室后，在尚未開挖巖體的掌子面后面鉆設(shè)勘探孔，鉆孔孔徑150mm，鉆孔深度20m左右。將超前勘探資料及時(shí)報(bào)送有關(guān)單位以復(fù)核先前地勘的準(zhǔn)確性，以便及時(shí)調(diào)整施工方案。

3.4.4 不良洞段施工

根據(jù)工程地質(zhì)資料，在尾水隧洞開挖過程中存在以下問題：存在巖石破碎軟弱帶，局部喀斯特發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性差，局部失穩(wěn)及局部塌方等問題。針對(duì)以上可能出現(xiàn)的情況，采取措施如下：

a.巖石破碎軟弱帶:超前支護(hù)一定要先跟上，邊挖邊錨、早錨早噴、弱爆破或不爆破。該工程采用管棚法，在洞頂輪廓線外10cm處，鉆外傾角為10°的孔，孔徑φ50mm，L=6m，孔距35cm，孔內(nèi)的鋼管為φ42mm花管，花管前端加工成扁尖形，灌注水泥砂漿，外露端用φ18mm鋼筋焊連并與錨桿焊接，待凝固后進(jìn)行弱爆破開挖或機(jī)械直接開挖。

b. 圍巖穩(wěn)定性差，局部失穩(wěn)及局部塌方：采用超前錨桿和鋼支撐支護(hù)(見超前錨桿斷面剖面圖)。開挖時(shí)采用超前錨桿，此錨桿為φ22螺紋鋼長(zhǎng)3m；鉆孔直徑45mm，超前錨桿傾角10°，橫向間距0.4m，縱向間距與鋼桁架相同，超前錨桿末端與鋼桁架焊接牢固。灌漿采用早強(qiáng)砂漿。開挖后及時(shí)噴混凝土封閉圍巖，接著采用鋼支撐支護(hù)，鋼支撐支護(hù)后進(jìn)行錨桿及噴混凝土支護(hù)，確保隧洞安全。

c.局部喀斯特地貌處理：若溶洞在隧洞地板，清除雜物，使用C30混凝土澆筑；若溶洞在隧洞側(cè)壁及頂，用鋼筋混凝土封堵，在溶洞四周加設(shè)錨桿，接縫處進(jìn)行防滲灌漿。

d.地下水洞段。地下水較大洞段，施工期要避開水庫(kù)高水位期，選擇在水庫(kù)枯水期進(jìn)行施工，降低水位影響程度；在廠房及閘基的來(lái)水一側(cè)開挖截水溝及集水井，設(shè)潛水泵進(jìn)行抽排，截?cái)鄟?lái)水向尾水隧洞滲漏。爆破采用不受水影響的乳化炸藥，開挖時(shí)采用邊開挖邊打泄水孔，插管后把水引入主管道再排除洞外，然后進(jìn)行錨桿和編網(wǎng)支護(hù)。

3.4.5 對(duì)建筑物影響的處理

尾水洞的爆破開挖均距離交通橋、體育館等建筑物較近，又坐落在喀斯特發(fā)育的石灰?guī)r層上，且出口處頂部巖層較薄，爆破施工對(duì)附近的建筑物造成一定的影響，對(duì)此現(xiàn)狀采取了石方洞挖進(jìn)尺控制在2.5m以內(nèi)，降低裝藥量；合理調(diào)整起爆順序，將洞內(nèi)各孔炸藥分為5段間隔起爆。

4 結(jié) 語(yǔ)

a.應(yīng)用上述綜合開挖支護(hù)技術(shù)，尾水隧洞工程順利竣工，使電站發(fā)揮了應(yīng)有作用，增加了工程經(jīng)濟(jì)效益。

b.電站的泄水解決了平頂山市湛河的多年淤積問題，使昔日的污水溝，真正變成了水清岸綠生態(tài)水系的主干道，為平頂山市打造生態(tài)城市提供了可靠保證。