玉田電站地下洞室不良地質(zhì)段施工作業(yè)指導(dǎo)書

1、玉田電站地下洞室不良地質(zhì)段施工作業(yè)指導(dǎo)書玉田電站地下洞室不良地質(zhì)段施工作業(yè)指導(dǎo)書一、工程概述玉田水電站位于四川省涼山州甘洛縣嘎日鄉(xiāng)和越西縣白果鄉(xiāng)境內(nèi)，為大渡河中游右岸支流尼日河梯級電站的第四級。為引水式開發(fā)的高水頭電站，它由首部樞紐、引水系統(tǒng)、廠區(qū)樞紐三部分組成。上游水庫總庫容49.8萬m3，正常蓄水位1279.0 m，設(shè)計水頭162 m，設(shè)計引用流量57 m3/s，裝機容量3×35MW，保證出力20.2MW，年利用小時5360h，多年平均發(fā)電量43400kWh。尼日河流域大地構(gòu)造部位上處于川滇南北向構(gòu)造帶之東北帶大涼山斷褶帶。沉積層出露較全，反映該區(qū)為長期的沉降帶。巖漿活動集中于前

2、震旦紀(jì)及晚二迭紀(jì)，但以早震旦世最為強烈，產(chǎn)生大量酸性基性火山巖和侵入巖，由于“四川運動”作用的結(jié)果，產(chǎn)生大量北北西向為主的褶皺和斷裂，迭加于早期東西向及南北向構(gòu)造形跡之上，使之構(gòu)造背景復(fù)雜化有壓隧洞具備成洞工程地質(zhì)條件，本工程隧洞最大埋深450m，最淺處僅50m，隧洞穿越地層多，且?guī)r性復(fù)雜，有震旦系寒武系、奧陶系、二迭系、三迭系及侏羅系地層，為白云巖、灰?guī)r、玄武巖、砂頁巖及含煤等。同時，隧洞通過新基姑向斜、拉爾背斜、阿則爾及向斜、玉田背斜，并將遇到近10條斷裂構(gòu)造，以壓性、壓扭性為主。圍巖多以堅硬、完整性較好的玄武巖、白云巖、灰?guī)r、砂巖等為主。二、地下洞室不良地質(zhì)段施工的基本原則（1）降低地下

3、水位，提高圍巖自穩(wěn)能力；（2）加強滲水控制，完善洞室排水管道，建立應(yīng)急排水系統(tǒng)，利用超前探孔、掌子面爆破孔、超前錨桿孔等探測前方地下水狀況，發(fā)現(xiàn)滲水異常則立即采取灌漿等防滲措施，“堵排”結(jié)合，控制滲水；（3）為查明巖體變化趨勢，必要時在掌子面鉆設(shè)超前探測孔或探洞，超前獲取巖體變化資料，為施工提供依據(jù)；（4）按“新奧法”原則組織地下洞室的開挖支護(hù)施工，洞室爆破采用非電毫秒雷管微差起爆網(wǎng)絡(luò)，開挖邊線按光面爆破設(shè)計，控制最大一響起爆藥量，盡可能地減少爆破施工對圍巖的擾動，加強現(xiàn)場測量，適時進(jìn)行噴錨支護(hù)；（5）爆破試驗：在開挖前，結(jié)合工程的具體情況進(jìn)行必要的爆破試驗，內(nèi)容包括：火工性試驗、爆破振動試驗

4、、光面及預(yù)裂爆破試驗、平洞開挖爆破試驗等，每一工作面初期爆破施工均具有試驗性質(zhì)；（6）在不良地質(zhì)段，視實際情況采用超前固結(jié)灌漿、超前錨桿、綜合支護(hù)等安全支護(hù)技術(shù)，提高圍巖的自穩(wěn)定能力。必要時，采取分步開挖，減少一次開挖斷面尺寸、分部及時支護(hù)的施工方法；（7）在施工時對圍巖進(jìn)行實時監(jiān)測，根據(jù)檢測成果，及時調(diào)整施工程序、開挖方法，選取合適的支護(hù)方式，以保證圍巖的穩(wěn)定；（8）采用“緩沖層”爆破技術(shù)開挖洞室，減少爆破振動波對保留巖體的影響，提高半孔率，確保圍巖的穩(wěn)定性。三、地下洞室不良地質(zhì)段開挖支護(hù)施工工藝3.1 常用的開挖施工工藝（1）“眼鏡法”開挖?！把坨R法”開挖并配合臨時聯(lián)合支護(hù)是組織斷層段施工

5、的重要手段。其施工原則為：先灌漿、再護(hù)頂、嚴(yán)支護(hù)、快襯砌。隧洞段面劃分為三個部位開挖，首先開挖兩側(cè)邊導(dǎo)洞（第一部分），再開挖頂拱部分（第二部分），最后處理中心巖體（第三部分）。第一部分開挖完后，立即噴射砼對開挖面進(jìn)行初期封閉，并做好整體支護(hù)的基礎(chǔ)，如砼拱腳、鋼支撐、鋼格柵等的下半部分，之后利用噴射砼對鋼支撐、鋼格柵進(jìn)行第二次封閉，然后隨第二部分的開挖，順序施工初噴射砼、安裝鋼格柵鋼支撐、二次噴射砼封閉，形成整體支護(hù)。在整體支護(hù)下，最后開挖核心部位的巖體。（2）先導(dǎo)洞后擴挖。先導(dǎo)洞后擴挖的施工技術(shù)，其原理分次開挖隧洞，減少一次起爆藥量，降低爆破振動速度，減輕保留巖體的破壞程度。同時利用導(dǎo)洞，起前

6、探測前方圍巖的變化趨勢，為調(diào)整施工方案提供依據(jù)。3.2 常用的支護(hù)施工工藝3.2.1 鋼支撐（型鋼拱架或格棚拱架）安裝施工 拱架與噴砼結(jié)合形成肋拱可單獨用于支護(hù)，也可與超前小導(dǎo)管、管棚、超前錨桿等聯(lián)合使用，進(jìn)行受地質(zhì)構(gòu)造影響嚴(yán)重、節(jié)理裂隙發(fā)育、巖石破碎等不良地質(zhì)段的施工。鋼支撐施工要求做到以下幾點：（1）緊帖巖石布置，脫空較大的部位設(shè)拱上拱。（2）鋼支撐間采用22鋼筋連為一體以增加整體性，連接鋼筋沿鋼支撐周邊交錯布置，間距50100。（3）部分洞段鋼支撐腳部安設(shè)工字鋼底梁以擴大支承面積，增加地基承載力，工字鋼底梁要求埋于土體內(nèi)3040，與各榀鋼支撐底端側(cè)面焊接在一起。（4）鋼支撐采用固定錨桿和

7、鎖腳錨桿與巖體固定，對于特殊地質(zhì)洞段需加長鎖固錨桿，或采用注漿錨管鎖固。（5）各類錨桿要求與拱架焊結(jié)為一體。（6）鋼支撐就位后鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，以防止巖石掉塊。鋼支撐與圍巖間空隙部位采用噴射砼或M10漿砌石回填密實，至其表面完全覆蓋。3.2.2 預(yù)注漿 預(yù)注漿的作用是將水泥漿液壓入需加固的地層中，經(jīng)過凝膠硬化作用后充填和堵塞地層中的裂隙，減小注漿區(qū)地層的滲水系數(shù)，并固結(jié)軟弱和松散巖體，使圍巖強度和自穩(wěn)能力得到提高。該方法與管棚法、錨桿法等結(jié)合，可作為處理斷層破碎帶等不良地質(zhì)段的重要措施。3.2.3 大管棚預(yù)支護(hù) 大管棚支護(hù)結(jié)構(gòu)由鋼管及鋼架組成，在掌子面上，以鋼架為支撐點，按設(shè)計的間距和角度打設(shè)一定深

8、度的鋼管，使鋼管和鋼架一起組成超前支護(hù)結(jié)構(gòu)。（1）大管棚布置。大管棚沿設(shè)計開挖輪廓線以外1015布置。頂拱部位管棚間距為2040，邊墻部位3050。實際施工中在保證洞室穩(wěn)定的情況下可根據(jù)巖體條件靈活調(diào)整間距。管棚與洞軸線準(zhǔn)平行，外插角控制在5。10。每兩循環(huán)之間縱向水平搭接長度200300，跟管鋼管選用108特制接頭鋼管。大管棚詳見下圖（2）施工準(zhǔn)備。每棚大管棚起始端部位擴挖，擴挖段面采用型鋼拱架支護(hù)。施工前采用鋼管腳手架搭設(shè)鉆機平臺，平臺要求基礎(chǔ)穩(wěn)定，搭設(shè)牢固，以防止鉆孔時鉆機不均勻沉降、位移或晃動導(dǎo)致成孔質(zhì)量不付佳。（3）鉆 孔。采用YG-80型工程錨固鉆機鉆進(jìn)，跟管護(hù)壁工藝，QCW-10

9、0型沖擊器配130偏心沖擊鉆頭成孔。鉆孔在腳手架平臺上施工，采用活動桿件配合搗鏈以利于孔位轉(zhuǎn)移，孔向采用全站儀進(jìn)行控制，并定時校核鉆機導(dǎo)向桿方向，保證管棚偏差滿足要求。（4）灌 漿。灌漿前距掌子面1.5m范圍內(nèi)的洞段及掌子面采用噴射30厚砼封閉，作為止?jié){墻。為了防止?jié)B水對砼的稀釋，施工中采取臨時加大水泥、速凝劑用量等措施，以利砼盡快凝結(jié)。根據(jù)圍巖的穩(wěn)定情況，在頂拱部位可選取一部分大管棚制作成花管?；ü艽蠊芘镞M(jìn)行控制性灌漿，加固周邊的圍巖。灌漿時重點控制進(jìn)漿量和漿液的擴散范圍，灌漿壓力控制在0.20.3MPa，滲漏嚴(yán)重的孔段摻加適量的水玻璃、進(jìn)行小流量低壓注漿或間歇式注漿，以縮短漿液的膠化固結(jié)時

10、間，減小其擴散半徑。普通大管棚里面直接注0.5：1的濃漿充填，充填范圍為鋼管內(nèi)腔及鋼管與巖壁之間的空隙，以提高鋼管自身的剛度?；ü芄芘锱c普通管棚間隔布置。另外，預(yù)灌漿與管棚預(yù)支護(hù)相結(jié)合的技術(shù)是進(jìn)行斷層及破碎帶等不良地質(zhì)段施工的重要手段?？筛鶕?jù)圍巖特性，采用a、先注漿后下管：在圍巖破碎、成孔困難時采用該種施工方式。B、先下管后灌漿：其目的是采用注漿加固圍巖，以減輕管棚承受的荷載。3.2.4 超前錨桿及超前錨注法在不良地質(zhì)段采用超前錨桿預(yù)支護(hù)(必要時配合超前灌漿)施工技術(shù)。超前錨桿支護(hù)每循環(huán)開挖前施作，采用拱架支撐式，其前端沿頂拱斜上方插入圍巖體內(nèi)，末端支承在拱架上方并焊結(jié)牢固，使其起到支護(hù)掘進(jìn)進(jìn)

11、尺范圍內(nèi)拱部上方并有效約束圍巖在開挖后的一定時間內(nèi)不發(fā)生松弛坍塌，為錨噴支護(hù)和安裝拱架創(chuàng)造條件。超前錨桿按1530間距于頂拱設(shè)計輪廓線以外1015左右處布置，根據(jù)圍巖情況，間距可作適當(dāng)調(diào)整。如圍巖情況特別不良好，可采用二到三層結(jié)構(gòu)，層間上下交錯，保證其加固厚度。超前錨桿根據(jù)圍巖類別調(diào)整采用22、25、28，L=3.55m規(guī)格錨桿,仰角5。15。超前錨桿前后循環(huán)搭接長度不小于1.5m，超前錨桿要全部固定在拱架的頂部，形成聯(lián)合受力結(jié)構(gòu)。該錨桿起插板作用，用以支托爆破后掌子面上部臨空的巖體。超前錨桿的作用機理是：（1）超前錨桿起到釋放或削弱掌子面圍巖應(yīng)力作用；（2）及時提供支護(hù)抗力，改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)

12、；（3）早期發(fā)揮錨固巖體作用，防止掉塊、塌方。3.2.5 超前小導(dǎo)管注漿 （1）主要施工程序 每循環(huán)施工前布置超前小管棚或超前小錨桿配合超前小管棚注漿進(jìn)行預(yù)支護(hù)，防止圍巖松弛，提高掌子面的穩(wěn)定性。小管棚鉆設(shè)后立即壓灌水泥漿固結(jié)洞室周邊巖體，使其形成具有一定強度的殼體。一次注漿完成后采用短進(jìn)尺多次開挖，具體開挖次數(shù)根據(jù)一次預(yù)支護(hù)長度與掌子面圍巖情況確定。洞室必要時可采用短臺階分層開挖，“錨噴網(wǎng)+鋼支撐（格柵拱架）+注漿小導(dǎo)管（或徑向錨桿）”聯(lián)合支護(hù)，對于底板特別松散的洞段設(shè)型鋼橫梁或鋼筋砼地梁加強支護(hù)。進(jìn)入下一循環(huán)預(yù)支護(hù)段施工可同時安排對已開挖的頂拱及邊墻跟進(jìn)進(jìn)行固結(jié)灌漿，以提高圍巖的穩(wěn)定性。為

13、保證施工安全，掌握圍巖變形動態(tài)，間隔20-30m布置一收斂監(jiān)測段面，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)整施工工藝。（2）小管棚布置小管棚沿開挖輪廓線以外1015布置，一個循環(huán)長500600，根據(jù)圍巖情況孔位間距為1530，其角度根據(jù)調(diào)整的襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，外插角為5。15。小管棚各循環(huán)搭接長度為150200，選用48、3.5鋼管。小管棚孔位布置圖（3）施工前準(zhǔn)備施工前搭設(shè)腳手架平臺，平臺高度位于管棚設(shè)計高度以下150，寬400，并滿鋪木板，要求平臺搭設(shè)穩(wěn)定、牢固，以利鉆孔作業(yè)。（4）鉆 孔在搭設(shè)好的腳手架上用YQ-100B型潛孔孔鉆機或其它風(fēng)鉆配56鉆頭鉆進(jìn)，再安裝小導(dǎo)管。如果因特殊地質(zhì)段圍巖如類砂狀地層、

14、砂礫石地層、土層、堆積體、大的塌方體，鉆孔時孔壁穩(wěn)定性差，成孔難度大。因此，采用跟管工藝將小導(dǎo)管送入孔內(nèi)，桿體埋入孔內(nèi)不拔出來，小管棚與鉆頭采用特制按頭連接。鉆孔時隨時用角度尺檢查鉆孔或推進(jìn)鋼管的方向，以控制外插角達(dá)到設(shè)計要求。（5）止?jié){墻的形成灌漿前距掌子面100范圍內(nèi)的洞段及掌子面采用噴30厚砼封閉，作為止?jié){墻。（6）灌 漿利用鉆設(shè)花眼的小管棚作灌漿管進(jìn)行灌漿，固結(jié)鋼管及周圍松散體，管內(nèi)灌漿可提高鋼管自身的承載能力。主要施工方法如下：A灌漿管的制作。為灌漿需要，在鋼管四周用電鉆鉆設(shè)灌漿孔，孔徑1016，間距2530，呈梅花形布置，同一斷面注漿孔互成90。如在采用跟管工藝，則鋼管前部加工絲口

15、，采用特制接頭與潛孔鉆鉆頭連在一起。小管棚靠外露端100范圍不高灌漿孔。B灌 漿小管棚安裝完成，掌子面封閉后初始壓注1：1水泥漿液，采用普通硅酸鹽水泥拌制，漿液中可摻35的水玻璃，以縮短漿液的膠化固結(jié)時間。水泥漿液水灰比控制在0.6：11：1之間，水玻璃性能要求模數(shù)2.42.8，濃度3045。Be灌漿采用全孔一次注入。壓力為0.40.8MPa，具體根據(jù)現(xiàn)場條件進(jìn)行調(diào)整。灌漿時先用低壓力、中流量注入，灌漿過程中逐步提升壓力，灌壓力上升至最大灌漿壓力后，保持壓力屏漿510min,然后結(jié)束。四、各方法具體相結(jié)合的應(yīng)用 4.1 針對特殊地質(zhì)段圍巖的復(fù)雜多變的特點，施工中應(yīng)從實際出發(fā)，各種不同的情況采用各種不同的施工方法，有時用一種施工方法，有時兩種或三種施工方法想結(jié)合使用，才能為隧洞順利開挖提供有利保障，也才能確保施工人員、設(shè)備的安全。4.2 當(dāng)掌子面前端出現(xiàn)大的空腔時，為約束圍巖的進(jìn)一步變形惡化，采用大管棚進(jìn)行整體預(yù)支護(hù)提高掌子面前端圍巖安全穩(wěn)定性是必要和有效的措施。4.3 如滲水較大，應(yīng)對導(dǎo)水?dāng)鄬舆M(jìn)行追溯開挖，布置減壓排水管或排水孔，集中引排地下水，增加末開挖段圍巖的穩(wěn)定性。然后，適時采用密