楊 爽， 余 文 華

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

固增水電站位于四川省涼山州木里縣境內(nèi)的木里河干流上，采用引水式開發(fā)。工程的主要任務(wù)為發(fā)電，兼顧下游生態(tài)環(huán)境用水要求。該電站的裝機容量為172 MW，引用流量為185.2 m3/s，水庫正常蓄水位高程2 215 m，總庫容48.4萬m3，利用落差127 m。

固增水電站主要由首部樞紐、引水隧洞、調(diào)壓室、壓力管道、廠房等建筑物組成。其中引水隧洞調(diào)壓室位于廠房旁的山體中，平面形狀為橢圓型，垂直高度為84 m，長度方向為42 m,寬度方向為18 m，調(diào)壓井洞室圍巖以變質(zhì)石英砂巖夾板巖為主。上覆圍巖厚度為121～140 m，上游側(cè)水平埋深約81～110 m，垂直方向的水平深度為135～160 m，穹頂高12 m(高程在2 245.7～2 257.7 m之間)。為方便施工，現(xiàn)場施工了一條交通洞至調(diào)壓室穹頂?shù)撞?高程2 245.7 m)。

固增水電站調(diào)壓室穹頂跨度大，施工難度大、施工安全風(fēng)險高，施工工程中采取了多項施工措施，解決了大跨度穹頂開挖的一系列技術(shù)難題。闡述了固增水電站調(diào)壓室穹頂開挖支護采用的施工技術(shù)。

2 施工程序及方法

2.1 穹頂開挖與支護

固增水電站調(diào)壓室穹頂開挖與支護施工的總則：采用“先導(dǎo)洞，再分層、分段開挖，邊開挖邊支護”的施工方法。首先在交通洞搭設(shè)施工排架作為開挖、支護的施工平臺，然后在交通洞與調(diào)壓室相接部位以22%～27%的坡度進行導(dǎo)洞的開挖施工，施工導(dǎo)洞的斷面尺寸與交通洞尺寸相同，施工導(dǎo)洞需開挖至調(diào)壓室另一側(cè)結(jié)構(gòu)線位置；施工導(dǎo)洞的臨時支護應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場圍巖情況進行相應(yīng)的施工。施工導(dǎo)洞的開挖及臨時支護完成后，返回交通洞與調(diào)壓室相接部位，開始對施工導(dǎo)洞上方穹頂進行分塊擴挖至穹頂?shù)脑O(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸線并進行永久支護施工[1]。完成施工導(dǎo)洞上部穹頂施工后轉(zhuǎn)向兩側(cè)施工，形成兩個工作面，在將穹頂全部開挖至結(jié)構(gòu)線并進行永久支護后，再向下層開挖至穹頂?shù)撞扛叱?，繼而完成穹頂開挖。調(diào)壓室開挖分塊情況見圖1。

圖1 調(diào)壓室開挖分塊示意圖

2.2 穹頂開挖采用的主要施工方法

將調(diào)壓室穹頂開挖分為兩個區(qū)域：(1)調(diào)壓室施工導(dǎo)洞頂部穹頂區(qū)域；(2)調(diào)壓室施工導(dǎo)洞穹頂左右兩側(cè)區(qū)域。將兩個區(qū)域劃分為兩層開挖：第一層高7 m，高程為2 257.7～2 250.7 m；第二層高5 m.高程為2 250.72～2 245.7 m。

(1)調(diào)壓室施工導(dǎo)洞頂部穹頂區(qū)域采用的開挖施工方法。固增水電站調(diào)壓室穹頂開挖時，首先在交通洞與調(diào)壓室相接部位進行施工導(dǎo)洞的開挖。施工導(dǎo)洞為城門洞型，開挖斷面尺寸和調(diào)壓室交通洞一致，均為5.5 m×6 m(寬×高)。施工導(dǎo)洞采用三排斜向掏槽孔，主爆炮孔交錯均勻布置，掏槽孔、輔助孔采用φ32 mm藥卷連續(xù)裝藥，周邊孔采用φ25 mm藥卷間隔裝藥，若遇圍巖很軟時則采用導(dǎo)爆索代替炸藥卷；施工導(dǎo)洞的爆破開挖進尺根據(jù)不同圍巖劃分為三種：Ⅲ類圍巖每循環(huán)進尺1.5 m，Ⅳ類圍巖每循環(huán)進尺1.2 m，Ⅴ類圍巖每循環(huán)進尺0.6 m。在施工導(dǎo)洞開挖過程中，每個開挖循環(huán)均進行臨時支護，對于一般圍巖噴5 cm厚混凝土，對于圍巖差的部位施工隨機錨桿。當(dāng)施工導(dǎo)洞開挖至調(diào)壓室穹頂設(shè)計結(jié)構(gòu)線后，將開挖工作面調(diào)整至交通洞與調(diào)壓室相接部位；沿施工導(dǎo)洞進行施工導(dǎo)洞上方調(diào)壓室穹頂?shù)拈_挖。隨著施工導(dǎo)洞上方穹頂開挖的施工，開挖的進尺、弧度會有所增大，進而對爆破的要求也有所提高。為保證開挖質(zhì)量，將開挖進尺每循環(huán)控制在1 m。測量放線前，計算出掌子面各個周邊孔孔深向上的傾斜角度，并在現(xiàn)場用油漆繪出至穹頂中心方向的尾線。鉆孔施工時，要求根據(jù)傾斜角度調(diào)整鉆機的角度以保證施工質(zhì)量。穹頂開挖情況見圖2。

圖2 調(diào)壓室穹頂開挖示意圖

(2)調(diào)壓室施工導(dǎo)洞穹頂左右兩側(cè)區(qū)域采用的開挖施工方法。由于調(diào)壓室穹頂跨度為18 m,安全風(fēng)險高，在施工導(dǎo)洞上方穹頂系統(tǒng)支護全部完成后，對穹頂兩側(cè)的開挖進行了生產(chǎn)性試驗以確定最終的開挖方法。每側(cè)劃分為15個施工區(qū)域，將每個開挖循環(huán)控制在1.8 m。開挖過程中，周邊孔的孔距按照0.5 m布置，鉆孔的角度控制按照同心圓同一高程進行控制，測量放線時以同心圓原理先計算周邊孔各個孔的進尺末端與周邊孔形成的方向角，依此放出各孔位線[2]。調(diào)壓室施工導(dǎo)洞穹頂左右兩側(cè)區(qū)域開挖情況見圖3。

圖3 調(diào)壓室施工導(dǎo)洞穹頂左右兩側(cè)區(qū)域開挖示意圖

2.3 穹頂支護采用的施工方法

設(shè)計支護參數(shù)：①頂拱部位：帶墊板的砂漿錨桿直徑為32 mm(L=9 m)，普通砂漿錨桿的直徑為28 mm(L=6 m)，交錯布置，環(huán)向間距為1.2 m，縱向排距為1 m，錨桿外露20 cm；噴混凝土C25，厚25 cm；掛鋼筋網(wǎng)φ6.5 mm@15 cm×15 cm，布置I20b鋼拱架，間距1 m；在拱腳附近2 252.3 m高程、2 251.1 m高程設(shè)置兩層鎖腳帶墊板(墊板尺寸為15 cm×15 cm×0.6 cm)砂漿錨桿，直徑為32 mm(L=12 m)[4]，縱向間距1 m，錨桿外露12 cm。②2 245.7 m高程以上邊墻、端墻部位：噴混凝土C25，厚15 cm；掛鋼筋網(wǎng)φ6.5 mm@15 cm×15 cm；帶墊板砂漿錨桿直徑32 mm(L=12 m)，普通砂漿錨桿直徑32 mm(L=9 m)，交錯布置，間排距1.2 m，外露12 cm。

在調(diào)壓室穹頂開挖、支護過程中，其支護類型分為臨時支護和永久支護。臨時支護在施工導(dǎo)洞開挖過程中施工，其余支護為永久支護。調(diào)壓室支護施工步驟為：開挖完成→清理掌子面→掌子面封閉噴護→6 m錨桿施工→鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)→安裝I20b工字鋼→9 m帶墊板錨桿施工→噴射混凝土施工→下一循環(huán)開挖施工。

頂拱開挖后及時噴射5 cm厚混凝土對巖體進行封閉，然后安裝φ6.5 mm@15 cm×15 cm鋼筋網(wǎng)，再安裝I20b鋼拱架。為保證錨桿質(zhì)量，噴混凝土?xí)r采用分層噴護(預(yù)留10 cm厚度)方式，待錨桿檢測合格后再噴至設(shè)計厚度。由于調(diào)壓室穹頂鋼拱架拱腳處受力較大，為保證穹頂I20b鋼拱架的支護質(zhì)量，拱腳處必須按照設(shè)計圖紙進行施工。

錨桿施工：錨桿造孔采用潛孔鉆，臨時錨桿造孔采用手風(fēng)鉆；對于長度12 m的錨桿采用套筒連接。當(dāng)拱肩長9 m的錨桿在現(xiàn)場無法安裝時，采用套筒連接。錨桿的安裝施工采用腳手架作為施工平臺，配合手拉葫蘆和裝載機進行安裝。

因調(diào)壓室穹頂開挖支護分區(qū)導(dǎo)致現(xiàn)場出現(xiàn)多個臨時斷面，為保證施工安全，在圍巖較差的部位施工隨機錨桿。

錨桿采用先插桿后注漿的方式施工，帶墊板的錨桿在錨桿砂漿終凝后再加裝墊板，加裝墊板時必須保證螺母車絲牢固，墊板采用15 cm×15 cm×0.6 cm的A3鋼板。錨桿安裝后，在砂漿強度未達到70%前避免敲擊、碰撞和拉拔錨桿。帶墊板錨桿情況見圖4。

圖4 帶墊板錨桿示意圖

網(wǎng)噴混凝土施工：清除松動危石，對于欠挖的部位先行進行局部處理。掛網(wǎng)噴護部位采用φ6.5 mm@15 cm×15 cm單層鋼筋網(wǎng)；系統(tǒng)錨桿施工完成后開始安裝鋼筋網(wǎng)，利用系統(tǒng)錨桿固定鋼筋網(wǎng)，如系統(tǒng)錨桿間距過大，可以采用錨釘進行固定。

鋼拱架施工：在穹頂布置I20b鋼拱架，間距1 m，拱架間布置φ25 mm的螺紋鋼筋@1 m，鋼拱架與錨桿通過鎖定鋼筋焊接連接。鋼拱架施工情況見圖5。

圖5 鋼拱架施工示意圖

單榀I20b工字鋼由6節(jié)拼裝組成，相鄰兩節(jié)之間通過兩塊28 mm×28 mm×15 mm的鋼板和4套M24螺栓螺母連接。工字鋼連接板情況見圖6。

圖6 工字鋼連接板示意圖

架設(shè)鋼架在簡易改裝的臺車上進行?，F(xiàn)場的工字鋼采用裝載機或吊車結(jié)合人工進行吊裝。在工字鋼架設(shè)的同時，用Φ25 mm聯(lián)系鋼筋與上一榀工字鋼進行連接，聯(lián)系筋間距1 m。每架設(shè)一節(jié)時，先上好M24連接螺栓(不上緊)，用臨時支撐撐住工字鋼，再用Φ25 mm聯(lián)系鋼筋與上一榀工字鋼連接，安裝完成后檢查工字鋼與測量參照點引線的誤差后再進行局部調(diào)整。

排水口施工：對于調(diào)壓室2 246 m高程以上的井筒四周以及穹頂布置系統(tǒng)排水孔，孔深深入基巖3 m。穹頂環(huán)向間距為2.4 m，縱向排距為2 m；邊墻及端墻的間排距為2.4 m。開挖過程中，在地下水集中出露位置增設(shè)排水孔用于引排。

安全監(jiān)測：在調(diào)壓室穹頂開挖、支護施工過程中，安排專業(yè)監(jiān)測人員在現(xiàn)場布置臨時監(jiān)測點和永久監(jiān)測點，劃分觀測標段并安裝觀測儀器，監(jiān)測人員每天對觀測結(jié)果進行收集和分析并提供給施工方。施工方根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整下一階段的施工方法以保證施工安全及質(zhì)量。具體設(shè)置要求為：在穹頂頂部設(shè)置14個錨桿應(yīng)力計和6套多點位移計。

3 針對不良地質(zhì)洞段采用的施工方法

3.1 不良地質(zhì)洞段的開挖

在調(diào)壓室開挖過程中會遇到各種不良地質(zhì)情況，為保證施工安全及質(zhì)量，項目部堅持采用了“短進尺，弱爆破，強支護，勤觀測”的施工方法[4]。

(1)涌水段采用的開挖措施。根據(jù)水文地質(zhì)資料和對交通洞已經(jīng)開挖情況進行分析得知：調(diào)壓室的圍巖以Ⅳ類為主，地下水較豐富，存在塌方和涌水的可能。主要采取“防、排、引”相結(jié)合的工程措施。在排水設(shè)施上，做到有充裕的排量準備。項目部根據(jù)已掌握的地質(zhì)資料，對可能出現(xiàn)突水涌水的洞段加強了觀測并密切關(guān)注。

(2)破碎段采用的開挖措施。在開挖過程中，如遇斷層、軟弱夾層或破碎帶時，項目部會同地質(zhì)工程師、工程技術(shù)人員、設(shè)計代表和現(xiàn)場監(jiān)理工程師一起查明現(xiàn)場詳細的地質(zhì)條件，并視具體情況分別采取了以下處理方法：

①在不良工程地質(zhì)洞段中開挖洞室時，必須制定切實可行的施工方案，一般應(yīng)遵守下列原則：進一步調(diào)查地質(zhì)條件，必要時可采用超前鉆探、打探洞等方法進一步了解地質(zhì)情況，做好地質(zhì)預(yù)報。減少對圍巖的擾動，采用“短進尺、弱爆破、及時加強支護和勤觀測”的原則進行洞挖施工。

②在松散、軟弱破碎的巖體中開挖洞室，盡量減少對圍巖的擾動，宜采用先護后挖、邊挖邊擴或先對巖體進行加固后再開挖等方法?；蛘卟扇∫痪蛞恢ёo，穩(wěn)步推進，即每開挖完成—循環(huán)后先噴混凝土、然后打錨桿、掛網(wǎng)，再噴混凝土至設(shè)計厚度的方法，如此循環(huán)掘進。當(dāng)圍巖穩(wěn)定性特別差時，爆破后立即噴混凝土封閉巖面，出渣后再安裝工字鋼、打錨桿、掛網(wǎng)、噴混凝土。

③在圍巖較差洞段設(shè)置臨時變形觀測點并加強對該部位的觀察。如果后續(xù)發(fā)現(xiàn)變形，將根據(jù)變形情況采取不同的支護措施。

3.2 針對不良地質(zhì)洞段采用的處理方法

對于施工過程中遭遇到的斷層破碎帶、塌方、涌水、裂隙等不良地質(zhì)洞段，項目部采取了安全防護、超前地質(zhì)預(yù)報、安全監(jiān)測等處理措施進行治理[5]。

對于不良工程地質(zhì)洞段的施工，一般遵守以下原則：

(1)詳細調(diào)查該洞段的地質(zhì)條件，必要時可布置勘探孔、勘探洞等進一步了解地質(zhì)情況，做好地質(zhì)預(yù)報。

(2)減少對圍巖的擾動，采用短鉆孔、弱爆破和多循環(huán)作業(yè)措施。

(3)做好排水工作，鎖好洞口，清除危石，做到一掘一支護。

(4)分部開挖、分部支護。

(5)采用小導(dǎo)管加注漿或預(yù)注漿等方法進行超前支護，然后按照邊開挖、邊支護、邊襯砌的方法施工。

(6)掌握不良工程地質(zhì)問題的性質(zhì)，及時采取有效的支護措施。

(7)加強監(jiān)測，勤檢查、勤巡視并及時分析所取得的監(jiān)測成果和檢查情況。

4 結(jié) 語

固增水電站引水隧洞調(diào)壓室造型獨特，平面呈橢圓型，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且多變，開挖時存在諸多問題，針對這些問題，施工中采用“先導(dǎo)洞，再分層、分段開挖”的施工工藝，使用普通錨桿與帶墊板錨桿結(jié)合的支護方法，并在施工過程中進行了安全監(jiān)測，取得了較好的施工效果，保證了調(diào)壓室穹頂開挖的施工安全及施工質(zhì)量。