乌宋岗电站不良地质洞段的施工实例与经验

乌宋岗电站不良地质洞段的施工实例与经验

宁洪利孙勇

宁洪利孙勇（库尔滨流域水电公司）

摘要：乌宋岗水电站遂洞洞口穿过强风化岩层，为维持进口边坡稳定，对边坡喷锚支护，洞口采用钢拱架支护及侧向支撑，并挂钢筋喷锚。根据既有资料分析不良地址构造的位置、边界、组成、特性及对工程的影响，并通过常规计算和工程类比提出相应的开挖和支护设计。

关键词：隧洞工程喷锚支护不良地段工程经验监控测量

1不良地质洞段施工实例

1.1在强风化岩层中的洞口工程乌宋岗水电站遂洞洞口穿过强风化岩层，为维持进口边坡稳定，对边坡喷锚支护，洞口采用钢拱架支护及侧向支撑，并挂钢筋喷锚。施工中采用上半洞正台阶式开挖，并对围岩稳定性进行监测，根据变形曲线，围岩开挖后在10~14d内趋于稳定。最终实现在强风化岩层中进洞。

1.2断层破碎带洞段在桩号0+96~0+134处，是隧洞通过的一大断层破碎带，总长38米，含黄色断层角砾岩，糜棱岩及断层泥。地下水呈股状溢出，流量为0.1L/s。该段隧洞设计为组合式衬砌，喷混凝土厚5~8cm，设置径向锚杆及超前锚杆，内衬混凝土边强厚60cm，拱厚50cm，底板厚80cm，与边墙连接，呈封闭式整体结构。

该洞段开挖采用控制爆破（周边孔距0.25~0.4m），用上台阶法掘进，超前锚杆与径锚杆相结合。施工时，在主断层部位设置监控断面，埋设单点位移和收敛计。监测结果表时，围岩变形在7~8d后，即趋于稳定，而内衬时间则在8个月后，在此期间未发现围岩失稳的迹象。

此列说明，在此不良地质条件下，采用控制开挖，喷锚支护、监控测量能够安全、高效地完成开挖与衬砌工作。由于初期支护效果良好，在大断层破碎带洞段实现了单薄型新型组合式衬砌。

1.3通过沟谷浅埋段的洞段隧洞通过草坑坳的洞段，为黑云斜长片麻岩，有多处岩脉侵入，该洞段设计采用组合式衬砌，喷混凝土厚5~8cm，内层混凝土厚50cm，由于地处沟谷，地下水出露较多，能否在“大淋水”条件下进行开挖与衬砌，成为该洞段工程的关键。经现场勘察，地下水出露较多，主要以线流、股流形式溢出，有丰沛的补给源。处理的方式是结合工程地质资料，查清主水源的通道，然后打排水孔（或群孔）将主流集中导出，并在排水孔内插入带孔的钢管，钢管与孔壁的间隙用棉纱封紧，用速凝水泥沙浆堵在棉纱外部，再用塑料软管与钢管联结，将渗水导引到底板，防止渗水沿洞壁下流，影响混凝土浇筑作业。在完成上述步骤后，开始以排水孔为中心，由四周向中心围喷混凝土。对于开挖面的深水，则采用超前排水锚杆，即由钢板卷焊成开口式的“摩擦锚杆”，既可加固围岩又可排水。在处理完淋水后，进行该洞段的施工，最后顺利通过草坑坳洞段。

2不良地址洞段的施工经验

2.1查明地址情况是打通不良地质洞段的基础根据既有资料分析不良地址构造的位置、边界、组成、特性及对工程的影响，并通过常规计算和工程类比提出相应的开挖和支护设计。开挖后则应加强超前勘探，做好地址预报，并通过监测和经验调整开挖方案和支护参数。

2.2短进尺、少扰动、分部开挖和及时支护不良地址洞段岩体破碎，围岩稳定性差，一般宜不放炮或放小跑，以尽量减少对围岩的扰动，进尺宜控制在1.0m以下，必要尽可采用钢管超前顶进形成管棚，钢管间距40cm，一次顶进2~2.5m。一般不良地址洞段可采用正台阶法开挖，对不大的隧洞可全断面开挖或一次开挖顶拱分层下卧，避免先挖中导洞再挖顶拱两侧。开挖后及时支护往往是保证围岩稳定的关键，许多工程实践都证明，只要及时支护，工程事故就大为减少。

2.3治塌先治水治水前先查明水源和补给关系，若层间局部存水，其水量一般不大，且一定时间后水量将逐渐减少，应以堵排为主，将大股水排走，其余则封闭。若有较大补给源，则应以排为主，打排水孔，设排水锚杆。施工中应先挖底导洞或先挖双侧壁导洞，形成排水洞，再逐步扩挖。

2.4采用早强水泥和喷钢纤维混凝土不良地质洞段岩体破碎，围岩早期变形大，变形速率快，易于失稳。为尽早发挥喷锚作用，可采用加速凝剂硫铝酸盐水泥，8h强度较同期硅酸盐水泥提高了7倍。也可采用喷钢纤维混凝土，掺入钢纤维80kg/m3，同时掺10%硅粉，喷混凝土回弹率下降到8%，1d抗压强度可达15.6Mpa。

2.5采用早强锚杆采用硫酸盐水泥作为锚杆注浆材料，Φ25mm锚杆长1.5m，安装后5h抗拔力可达1.0t，22h后抗拔力可达7.8t。在地下水丰富的地区，既要求早强，又要排水，采用Φ40mm钢管排水锚杆。该锚杆为空心，以水利排水，眼锚杆全长有1道缝，钢管打进小于其直径的钻孔中，受到挤压，依靠其弹性对孔壁产生压力，锚杆打进去即可承载。

2.6钢拱架及其侧向支撑不良地质洞段为采用钢筋拱架喷锚支护法加强临时支护。钢拱架既可快速抑制毛洞径向变形，又可为超前锚杆提供支座，还可与喷锚联成整体，加强临时支护强度，是一种快速、有效的临时抢险支护措施。钢拱架侧向刚度较差，为增强钢拱架侧向稳定性，钢拱架间宜焊联系杆或浇筑混凝土板。

2.7洞脸喷锚支护及钢筋混凝土的组合式衬砌洞脸喷锚支护是保证在强风化岩层中洞口稳定的有效措施。对进出口岩坡喷锚支护，基本不改变山坡面貌，避免了高边坡开挖。在隧道进出口施工中先打超前锚杆，然后开挖洞口顶拱分层下卧，进尺不超过超前锚杆长度1/2，一般为0.5~0.8m，架设钢拱架，及时喷锚、及时内衬、及时锁口，是处理强风化岩体中隧洞进出口的成功经验。利用喷锚的速效、堵缝、紧密结合等特性使支护与围岩联成整体，快速形成临时支护，再利用钢筋混凝土衬砌确保长时间稳定和较好的过流条件。

2.8查明浅埋洞段顶岩体情况，采用相应的技术措施对于穿过沟谷浅埋段的隧洞，施工主要面临两个问题：一是如何保护洞顶的单薄岩层（或风化土石）；二是如何处理邻近河谷的大量渗水。据上述工程实例应首先查明洞顶单薄岩层的厚度，岩体结构的特征及其与洞室开挖边线的交汇形式，然后针对洞顶单薄岩体的情况采取相应的技术措施。这些技术措施包括：打拱部超前锚杆或超前插钢管、超前排水；正台阶掘进或斜坡短正台阶掘进；喷锚支护，必要时加设钢拱架跟进；根据需要在钢拱架间打挂板混凝土等。

2.9监控测量、信息化设计通过监控测量既可监测围岩的稳定情况，及时发出监测结果，为工程处理提供信息，又可根据反馈信息、计算岩体力学参数，为信息化设计提供条件。实践证明，监控测量、信息化设计对于穿越不良地址洞段非常有效。

参考文献：

[1]马明.水利水电工程钻探与工程施工治理技术[M].中国地质大学出版社.2009.