公伯峽導(dǎo)流洞工程洞挖施工方法

1、公伯峽導(dǎo)流洞工程洞挖施工方法             公伯峽導(dǎo)流洞工程洞挖施工方法漫玉見，張向東，別必操（中國水利水電第四工程局第一施工局，青海 西寧810007）    關(guān)鍵詞：導(dǎo)流洞；洞挖施工；施工方法；公伯峽水電站    摘  要：公伯峽導(dǎo)流洞地質(zhì)條件復(fù)雜多變、斷層帶和破碎帶隨處可見且規(guī)律性難以尋找，地質(zhì)條件惡劣，開挖施工困難。為此，導(dǎo)流洞施工中，正常地段采用常規(guī)開挖支護(hù)，特殊地段采用了特殊的開挖支護(hù)

2、方法。主要的開挖支護(hù)施工方法及施工技術(shù)有：光面和預(yù)裂爆破技術(shù)，穿透性錨桿灌漿技術(shù)，澆筑明拱混凝土法，濕噴鋼纖維混凝土技術(shù)，噴條帶混凝土臨時支撐法，小導(dǎo)管灌漿法，地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)等。為在惡劣地質(zhì)條件下開挖地下特大洞室積累了重要的施工經(jīng)驗。1 導(dǎo)流洞工程地質(zhì)概況    公伯峽導(dǎo)流洞洞身段全長724 m(進(jìn)口起始樁號0+00,出口樁號0+724)，開挖斷面為城門洞形,最大開挖斷面尺寸16 m(寬)×18.5 m(高)。根據(jù)開挖過程中揭露的地質(zhì)情況，各類圍巖所占長度和比例分別是：類圍巖359 m（49%），、類圍巖365 m（51%）。、類圍巖主要集中在0+50

3、0+180和0+5590+721兩個洞段。0+500+180主要集中有F7、F13和F17等3條較大斷層，斷層寬度在3.05.0 m之間,3條破碎帶充填無膠結(jié)的糜棱巖和破碎巖,受此影響,該洞段巖體較破碎,風(fēng)化強(qiáng)烈,沿斷層帶及影響帶有地下水滲出。0+5590+721段處于前震旦系古全風(fēng)化的片巖及片麻巖體中，巖體破碎，風(fēng)化強(qiáng)烈，此區(qū)域有f50逆斷層及T441、T477、T479、T481剪切斷層通過，其中f50斷層帶寬度達(dá)到12 m，斷層帶充填無膠結(jié)的糜棱巖和破碎巖，圍巖外觀表現(xiàn)為：顏色已完全改變，光澤消失，呈暗灰色；巖性較弱，巖體組織機(jī)構(gòu)已完全破壞，僅外觀保持原巖狀態(tài)，極限抗壓強(qiáng)度僅有58 MP

4、a，用手可折斷、捏碎，巖塊遇水浸泡后易崩解；裂隙面充填膠泥，裂隙性潛水發(fā)育，巖體開挖后，洞壁易松弛卸荷，自穩(wěn)時間短。類圍巖段多由花崗巖、混合花崗巖、片巖組成，巖體完整性較好，但局部地段斷層較為發(fā)育、軟巖和硬巖相互侵入，開挖過程中易發(fā)生掉塊和小型塌方。公伯峽導(dǎo)流洞地質(zhì)狀況總體評價：地質(zhì)條件極其復(fù)雜多變，圍巖變化規(guī)律較難尋找，圍巖穩(wěn)定性極差。2 導(dǎo)流洞洞挖施工方法2.1 施工作業(yè)面的規(guī)劃    由于導(dǎo)流洞進(jìn)出口均有大量的明挖作業(yè),短時間內(nèi)進(jìn)出口洞臉無法形成，因此導(dǎo)流洞工程開工前，在導(dǎo)流洞中部首先形成了施工支洞。施工支洞分上叉洞和下叉洞,其軸線分別與導(dǎo)流洞0+381及0

5、+416樁號相交。上叉洞承擔(dān)0+381上游和下游兩個掌子面的上擴(kuò)洞挖施工交通任務(wù)，下叉洞主要承擔(dān)導(dǎo)流洞下臥開挖施工及后期混凝土澆筑施工交通任務(wù)。進(jìn)口和出口洞臉形成后，分別從進(jìn)口和出口形成兩個掌子面進(jìn)行導(dǎo)流洞的開挖施工。2.2 洞挖作業(yè)順序    導(dǎo)流洞洞挖作業(yè)順序為:導(dǎo)流洞上擴(kuò)開挖(區(qū)）下臥中間拉槽開挖(區(qū))兩邊保護(hù)層開挖(區(qū))底板保護(hù)層開挖(區(qū))。2.3 上擴(kuò)階段施工方法2.3.1 開挖方法    上擴(kuò)階段開挖采用手風(fēng)鉆鉆孔, 類圍巖采用全斷面非電毫秒微差光面爆破，循環(huán)進(jìn)尺控制在2.53.0 m。、類圍巖采用全斷面和小導(dǎo)洞兩種形式掘

6、進(jìn)，循環(huán)進(jìn)尺控制在1.01.5 m。小導(dǎo)洞開挖方法在圍巖較差時采用，即，先在中間開挖導(dǎo)洞(5 m×5 m)，然后進(jìn)行周邊光面爆破，以控制爆破震動。    鑒于導(dǎo)流洞較為惡劣的地質(zhì)條件，光面爆破參數(shù)的正確選定對開挖后導(dǎo)流洞成形及頂拱的穩(wěn)定至關(guān)重要。為此，在導(dǎo)流洞上擴(kuò)階段對各種圍巖類型均做了爆破試驗。根據(jù)經(jīng)驗公式Qx=qaW及爆破試驗最終確定爆破參數(shù)見表1(上式中，Qx為線裝藥密度；q為松動爆破單位耗藥量；a為光爆孔間距；W為最小抵抗線)。對于類圍巖：q取0.4 kgm3,a取0.4 m,W取0.75 m ,則Qx=120 gm；對于、類圍巖：q取0.4 k

7、gm3,a取0.35 m,W取0.6 m,則Qx=84 gm。上述爆破參數(shù)在上擴(kuò)開挖階段根據(jù)開挖暴露的巖石實際情況做局部調(diào)整。2.3.2 支護(hù)方法    (1)類圍巖。鑒于類圍巖的地質(zhì)條件，掘進(jìn)前采取了打安超前錨桿的方法對圍巖進(jìn)行超前支護(hù)。超前錨桿長3.5 m，錨桿與洞軸線夾角20°左右，孔內(nèi)裝填快速型水泥基錨固劑，錨桿插入后10 min即初凝，2 h后抗拔強(qiáng)度即可達(dá)到錨桿設(shè)計抗拔強(qiáng)度，其超前加固圍巖的作用明顯優(yōu)于普通砂漿錨桿；開挖完成后進(jìn)行系統(tǒng)錨桿（L=4 m）的打安及掛網(wǎng)噴混凝土（噴層厚度10 cm）施工，并在局部節(jié)理發(fā)育部位隨機(jī)打安長為7 m的長錨

8、桿。    (2)、類圍巖。鑒于、類圍巖的地質(zhì)條件，上擴(kuò)階段除采用超前錨桿支護(hù)、系統(tǒng)支護(hù)（間排距2 m×2 m、L=7 m長錨桿及網(wǎng)噴混凝土）外，還采用了鋼拱架支撐，鋼拱架由18工字鋼彎制而成，鋼拱架間距一般為1 m，局部地段為0.6 m。為提高鋼拱架的支撐能力，進(jìn)一步加固圍巖，施工時采取了噴混凝土將鋼拱架覆蓋的方法，使鋼拱架和噴混凝土聯(lián)合形成條帶肋支撐，大大加強(qiáng)了鋼拱架的承載能力。另外安裝鋼拱架時，超前錨桿端部應(yīng)搭在鋼拱架上并與鋼拱架焊接，使鋼拱架和超前錨桿形成“扁擔(dān)”，從而達(dá)到聯(lián)合受力的目的。    為確保導(dǎo)流洞下臥開挖

9、施工安全，還采取了一條加固鋼支撐的重要施工措施：即鋼支撐的豎直段（高度約2.5 m）兩側(cè)打安三對錨桿（成對錨桿間距1 m），成對錨桿用10 mm厚鋼板抵緊鋼支撐后套連，錨桿兩側(cè)采用鋼筋幫條抵緊鋼板后焊接牢固，錨桿入巖L=4.5 m。鋼支撐加固錨桿在下臥開挖過程中不僅起到了限制圍巖變形的作用，同時還形成對鋼支撐的支托作用，限制了下臥開挖過程中頂拱圍巖變形。2.3.3 出口段古全風(fēng)化圍巖(類)開挖支護(hù)方法    古全風(fēng)化圍巖開挖主要采用短進(jìn)尺、密孔、小藥量光面爆破：光面孔間距控制在35 cm，爆破孔間、排距控制在80 cm，單耗藥量控制在0.45 kgm3,進(jìn)尺控制在

10、11.2 m。針對古全風(fēng)化巖體開挖后，洞壁易松弛卸荷，自穩(wěn)時間短的特點,為確保出口上擴(kuò)開挖安全進(jìn)洞,進(jìn)洞前,在洞臉邊坡布置6排環(huán)行穿透性錨桿,錨桿垂直洞軸線,穿過導(dǎo)流洞開挖輪廓線50 cm,穿透性錨桿按照固結(jié)灌漿的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行灌漿,使導(dǎo)流洞頂部形成固灌區(qū),從而達(dá)到超前加固圍巖的目的；同時在洞臉邊坡和洞臉澆筑貼坡混凝土及鋼筋混凝土明拱，要求穿透性錨桿深入鋼筋網(wǎng)并和鋼筋網(wǎng)焊接，使得貼坡混凝土、穿透性錨桿、后期掘進(jìn)時安裝的鋼支撐連成整體，有效地控制開挖后圍巖的變形。掘進(jìn)前采用小導(dǎo)管灌漿法進(jìn)一步加固圍巖，小導(dǎo)管為25 mm鋼管，管體鉆設(shè)直徑8 mm的孔洞，小導(dǎo)管沿開挖輪廓線外20 cm布置，仰角20

11、76;，間距5070 cm。掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺1 m，支護(hù)型式為系統(tǒng)長錨桿、掛網(wǎng)噴混凝土、安裝鋼支撐，鋼支撐應(yīng)與穿透性錨桿焊連。每循環(huán)支護(hù)完成后方可進(jìn)行下一循環(huán)施工。為進(jìn)一步加固洞身出口段古全風(fēng)化區(qū)，導(dǎo)流洞下臥開挖前，從0+7240+559段鋼支撐安裝區(qū)域每6 m噴射1 m寬的混凝土條帶，使鋼支撐和噴混凝土形成每6 m一條鋼筋混凝土拱支撐。2.4 導(dǎo)流洞下臥開挖施工方法2.4.1 常規(guī)下臥開挖施工    下臥開挖施工程序：中間拉槽開挖(區(qū))兩側(cè)保護(hù)層開挖(區(qū))底板保護(hù)層開挖(區(qū))(、區(qū)開挖高度為7 m,區(qū)開挖高度為3 m)。    (1)中

12、間拉槽開挖。為加快施工進(jìn)度，下臥開挖首先采用先進(jìn)的液壓鉆機(jī)進(jìn)行中間拉槽開挖(區(qū))，即先從導(dǎo)流洞斷面中部開挖出寬為910 m的槽子，兩側(cè)預(yù)留3 m寬的保護(hù)層(區(qū))的方法。中間拉槽時為減輕爆破震動對兩邊墻的影響，爆破時兩側(cè)設(shè)預(yù)裂孔，爆破參數(shù)見表2。    (2)兩邊保護(hù)層開挖。中間拉槽開挖后，采用手風(fēng)鉆鉆孔、非電毫秒微差預(yù)裂爆破技術(shù)，進(jìn)行兩邊保護(hù)層開挖。    (3)底板保護(hù)層開挖。底板開挖仍采用手風(fēng)鉆鉆孔，為減弱爆破對底板基巖面的破壞，鉆孔均為水平孔，爆破技術(shù)采用非電毫秒微差水平預(yù)裂爆破技術(shù)。2.4.2 出口段古全風(fēng)化圍巖區(qū)下臥開挖&#

13、160;   出口段古全風(fēng)化圍巖下臥后,邊墻高達(dá)15 m,而其自身穩(wěn)定的時間較短,為保證施工安全,施工時采取了如下措施：左右半幅交替開挖,嚴(yán)格控制爆破參數(shù)，單耗0.3 kgm3,單響藥量不超過3 kg;開挖后巖面采用噴射鋼纖維混凝土及時封閉巖面并打安間排距2 m×2 m、L=12 m的錨筋樁；半幅開挖完成后,先期進(jìn)行邊墻混凝土的施工,混凝土澆筑完成后，方可進(jìn)行另半幅的開挖施工。2.4.3  0+860+100塌方區(qū)下臥開挖    導(dǎo)流洞上擴(kuò)開挖時,0+860+100段遇到多條斷層交匯,發(fā)生了塌方,最大塌高達(dá)7 m,塌方處理采

14、用了先期澆筑邊墻混凝土的方法，后期又增加了鋼筋混凝土頂拱襯砌。由于鋼筋混凝土拱在設(shè)計混凝土頂拱以上，因此又稱“拱上拱”。鑒于混凝土澆筑工程量約1100 m3,總重達(dá)2 800 t,為確保下臥施工期頂拱的安全,開挖時首先進(jìn)行了0+920+100段的下臥開挖,分層高度34 m,每層開挖后采取了打安錨筋樁并架立鋼結(jié)構(gòu)格柵噴混凝土的施工方法。0+920+100開挖完成后,進(jìn)行0+920+100邊墻混凝土澆筑施工,現(xiàn)澆混凝土邊墻與先期已澆上部混凝土邊墻相接,混凝土等強(qiáng)后再進(jìn)行0+860+92段的開挖施工。2.5  0+460+86冒頂塌方區(qū)施工方法    導(dǎo)流洞進(jìn)

15、口段上擴(kuò)開挖剩余0+500+55段,其中間小導(dǎo)洞已貫通,將要擴(kuò)挖時,0+460+86發(fā)生塌方,塌方處理過程中又發(fā)生了冒頂塌方,后經(jīng)專家組現(xiàn)場勘察鑒定認(rèn)為冒頂塌方系人力不可抗拒因素造成?，F(xiàn)將冒頂塌方區(qū)的地質(zhì)情況及施工處理方法做如下介紹。2.5.1 地質(zhì)情況    0+460+86洞頂高程為1 915 m,地表高程約為1 960 m,洞頂覆蓋厚度45 m,其中表層810 m為沙壤土覆蓋層,巖石主要由強(qiáng)風(fēng)化或全風(fēng)化的片巖及片麻巖組成,其中有花崗巖侵入,此區(qū)域有f33、f108、f25、f26、f29、f104等6條逆斷層交織通過,斷層破碎帶主要組成為糜棱巖、角礫巖附鈣質(zhì)

16、結(jié)構(gòu)物，沿斷層面有不連續(xù)斷層泥,擠壓緊密。其中f26、f33、f104逆斷層破碎帶寬度均達(dá)2 m左右。2.5.2 上下游兩端鎖口處理    (1)冒頂塌方區(qū)上游端的鎖口加固處理方法。0+200+46已安裝的鋼支撐均采用角鋼米字撐焊接,鋼支撐豎直段噴混凝土覆蓋,形成混凝土邊墻;0+350+46頂拱范圍內(nèi)徑向打安L=12 m、3.28的錨筋樁,間排距3 m×3 m,其作用為加固頂拱深層圍巖;0+350+46頂拱噴射鋼纖維混凝土條帶,噴射厚度達(dá)到80 cm,由于鋼纖維混凝土可替代鋼筋混凝土的獨特優(yōu)點且強(qiáng)度增長較快,噴射后立即可起到鋼筋混凝土拱的支撐作用。

17、60;   (2)冒頂塌方區(qū)下游端鎖口加固處理方法。0+860+100頂拱打安間排距3 m×3m,L=12 m、3.28的錨筋樁,打設(shè)方向為沿洞軸線方向并與水平夾角成60°,其作用為穿過f29、f25斷層加固下游端頂拱圍巖薄弱帶；0+1000+120鋼支撐加密至60 cm間距,并采用角鋼米字撐焊接,鋼支撐豎直段噴混凝土覆蓋,形成混凝土邊墻,增強(qiáng)鋼支撐的承載能力;0+860+98頂拱澆筑鋼筋混凝土拱,即“拱上拱”。2.5.3 冒頂塌方區(qū)開挖    (1)施工方案。采取從地表進(jìn)行四邊開挖的施工方案，以水流方向為準(zhǔn)，左邊坡、下游邊

18、坡開口線高程約為1 985 m，上游邊坡和右邊坡開口線高程為1 945 m,其中右邊坡1 945 m高程為地勢較為開闊的平地,因此在右邊坡布置一條通往塌方區(qū)1 907 m高程的施工道路,主要承擔(dān)1 9071 945 m塌方區(qū)開挖施工任務(wù)。    (2)開挖方法。1932 m高程以上采用液壓潛孔鉆鉆孔，深孔非電毫秒雷管延時預(yù)裂爆破技術(shù),開挖梯段高度為15 m左右;1 9321 912 m高程已接近導(dǎo)流洞洞頂,為控制爆破震動,開挖梯段高度一般控制在5 m左右,并嚴(yán)格控制單響藥量;19121907 m高程為導(dǎo)流洞上擴(kuò)階段已開挖支護(hù)的邊墻,下臥時進(jìn)行了錨筋樁加強(qiáng)支護(hù);1 907 m高程至導(dǎo)流洞底板(高程約1 896 m)，采取分層分段開挖，分段長度1020 m,分層高度34 m,每段開挖至底板建基面后即進(jìn)行底板和邊墻混凝土的澆筑，混凝土澆筑完成等強(qiáng)后再進(jìn)行另一段的開挖施工，分