猴子岩水电站导流洞泥洛堆积体段的施工方法及体会

谢亮，张岩

(国电大渡河猴子岩水电建设有限公司，四川康定 626005)

1 工程概况及地质条件

猴子岩水电站1#、2#导流洞同高程布置在大渡河左岸，由进水口、洞身段和出口明渠段组成。导流洞工程区岩体为志留系上统(S3)～泥盆系下统(D1)变质灰岩、绢云母石英白云片岩、泥质结晶白云岩等，其中以泥盆系下统(D1)变质灰岩为主。地质构造以次级小断层、挤压破碎带、节理裂隙为特征，无区域性断裂通过。

导流洞出口位于大型泥洛堆积体下部，岩性为泥盆系下统薄～中厚层变质灰岩、白云质灰岩及志留系上统泥质结晶白云岩夹绢云母石英白云片岩，为强风化、强卸荷岩体，层面裂隙发育，以碎裂结构为主，总体为Ⅴ类岩体。

软岩一般是软弱、破碎、膨胀、流变、强风化及高应力岩体的总称，软岩单体饱和抗压强度较低，一般小于30 MPa。根据软岩定义的描述，综合考虑区域岩体及地质环境因素，导流洞出口穿越泥洛堆积体洞段具有突出的软岩特性。

2 隧洞开挖

软岩地质条件下开挖隧洞，特别是大断面、长隧洞，施工难度大，容易造成塌方，而且工程造价高，工期长，一直是隧洞工程施工中的一个难点。据不完全统计，软岩地层中已建的地下工程几乎都发生过不同程度的塌方事故，造成人员伤亡、设备损坏、工期延长、投资增加。既使在坚硬岩石地层中开挖隧洞，如果遇到断层破碎带等局部软弱地层，再加上施工方法不当，同样会造成较大塌方。

2.1 施工方法

该工程导流洞出口位于泥洛堆积体下部，开挖断面大、距离长(共约400 m)，采用新奥法施工。新奥法施工的基本理念为“短进尺、弱爆破、强支护、勤量测”。由于围岩自稳能力差，开挖循环进尺宜用短进尺，支护紧跟掌子面，以缩短围岩应力松弛时间及开挖面暴露时间;隧洞开挖时，尽量减少对围岩的扰动，使隧洞成型尽量符合设计要求;对于不良地质洞段，应加强支护，使围岩变形得到有效控制而不会因变形过大出现塌方;在隧洞施工全过程中，对围岩周边位移进行了现场临近量测并及时反馈用以修正设计参数，指导施工或改变施工方法。

导流洞出口开挖时采取分层、分区开挖的方法(图1)。第Ⅰ层开挖采用核心土法施工，即先进行中部顶拱开挖支护，后进行两侧边拱扩挖及支护。顶拱及两侧边拱采用液压钻钻孔开挖，中部核心土采取水平钻孔开挖。第Ⅱ层中部采用拉槽先行、两侧保护层光爆扩挖跟进的方式。第Ⅲ层保护层开挖采用手风钻，难点是周边孔造孔角度的控制。

2.2 爆破设计

第Ⅰ层开挖爆破设计:Ⅳ、Ⅴ类围岩洞段开挖采用液压钻钻孔，设计钻爆循环进尺1.5 m，钻孔深度1.8 m。中部顶拱开挖面积为22 m2，共布置80个炮孔，其中光爆孔18个，崩落孔12个，楔形掏槽孔6个;两侧开挖面积40 m2，共布置64个炮孔，其中光爆孔36个，崩落孔16个，掏槽孔12个;核心土区部分开挖面积27 m2，共布置55个炮孔，全部为崩落孔。

图1 导流洞分层、分区开挖示意图

第Ⅱ层开挖爆破设计:中部拉槽采用垂直布设炮孔，梯段爆破，孔径100 mm，梯段高度7.15 m，孔间距1.8～2 m，孔排距1.6～1.8 m，预留保护层边界处加密孔距至1～1.2 m。边墙保护层开挖采用垂直布孔，QJZ-100B 型地质钻机钻孔，孔径100 mm 和76 mm，钻孔深度7.45 m。光爆孔间距80～100 cm，主爆孔间距170～190 cm。

第Ⅲ层开挖爆破设计:第Ⅲ层开挖采用水平布孔，孔径45 mm，YT28气腿钻钻孔，钻孔深度3.3 m。光爆孔间距40～50 cm，主爆孔间距80～100 cm。

3 隧洞支护

3.1 系统支护

泥洛堆积体下部软岩洞段断层裂隙发育、自稳能力极差且地下水发育，大部分为Ⅴ类围岩。支护体系由系统锚杆、挂钢筋网、喷混凝土、钢支撑组成，见图2。

图2 导流洞支护系统布置图

3.2 超前小导管注浆

小导管采用钢管，管径42 mm，管长为4 m，其注浆孔用钻床成孔，尾部加焊φ6管箍;导管孔钻打前进行孔位测量放样，孔位测量做到位置准确，钻孔按放样进行并设方向架控制钻孔方位，使孔位外插角度符合设计要求。钻孔完成后，用高压风、水清洗，吹干净孔内砂尘、积水，所有钻孔完成后均要进行检验。

主洞顶拱纵向开挖轮廓线向外以10°的外插角钻孔，将小导管打入岩层，小导管环向间距宜为30 cm。纵向前后相邻排导管搭接水平投影长度为2 m。主洞需要打超前小导管洞段则根据所开挖的围岩类型以及地质情况而定。

注浆前，先喷混凝土封闭掌子面以防漏浆，对于强行打入的钢管先冲洗管内的积物，然后再注浆。注浆顺序由下向上进行，浆液用拌和机搅拌。

超前小导管施工工艺见图3。

图3 小导管施工工艺框图

4 大管棚施工

4.1 管棚施工方案

由于导流洞出口段位于泥洛堆积体下部，岩体松散破碎，为薄层、强风化状，层理发育并充填有大量粘土。从开挖出露状况看，岩石倾角较缓，岩体松散破碎，风化严重，自稳能力极差。针对出口段地质情况，在出口段20 m 长洞段顶拱范围采用大管棚超前支护，洞内开挖及时采用工字钢支撑加强支护。

在导流洞出口开挖轮廓线采用以一定的外插角钻孔、打入带花孔的管棚，然后注入水泥浆充分填充空隙并使之固结的一种超前支护形式，管棚采用φ108无缝钢管，壁厚6 mm，沿拱顶范围内布置，外插角为1°;采用φ146偏心钻具带动导管钻进，导管前端戴管靴导住偏心钻具，导管随钻具直接跟进。钢管前端焊接钢箍止浆环，以防孔口漏浆。管棚长20 m，环向间距50 cm;管棚壁钻φ20注浆孔，注浆孔纵向间距为30 cm，梅花型布置，管棚布置情况见图4。

图4 管棚布置示意图

4.2 边墙迈式锚杆施工

由于出口段岩体松散破碎，为了进洞安全，沿边墙采用φ28迈式锚杆超前支护，L=6 m，入岩5.5 m，间排距1.5 m。上半洞开挖及时采用20#工字钢支撑，间距为0.5 m，上半洞左右边墙各设6根φ28锁脚锚杆(L=6 m，入岩5.5 m)，钢支撑采用φ25螺纹钢筋连接，环距1 m。

5 信息化施工技术

5.1 施工期的监控量测

监控量测是软岩隧洞新奥法施工的灵魂，是确保工程安全、减少塌方、避免各种安全事故的关键措施，体现了现代隧洞信息化施工的理念。猴子岩水电站导流洞是把监控量测贯穿于施工的全过程，并加强了信息化处理和传输，从而保证了施工安全。

施工期收敛监测能及时有效的判断洞室的安全与稳定，提供洞内监测数据，避免盲目开挖给工程造成巨大损失，使洞挖安全处于受控状态。

根据导流洞洞身的地质条件，在断层出露及典型断面处布置监控断面，1#、2#导流洞各布置12个监测断面，监控量测点位布置情况见图5。

图5 监控量测点位布置图

以2#导流洞(1+975)断面为例(图6)，2009年8月18日～2009年9月24日期间收敛变形观测数据没有出现大的变化，表明围岩收敛变形已经基本趋于稳定状态，不存在塌方的可能性，可以进行永久衬砌施工。

图6 收敛变形观测曲线图

5.2 超前地质预报

隧洞施工超前地质预报是在隧洞开挖时对掌子面前方的围岩与地质情况做出超前预报，为下一步施工提供指导。本工程围岩地质条件极为复杂，采用地球物理法和地质分析法结合的分析方法，获得了准确的地质资料。

虽然隧洞围岩基本为白云质灰岩及变质灰岩，但岩性及构造条件不均一，随着开挖进程的推进，围岩类别变化很大。地质预报就是根据掌子面地质情况推断前方的围岩类别，用以指导施工单位选用适宜的支护型式及参数。施工中应根据实际地质条件及时调整施工方法及临时支护措施，避免出现大面积塌方事故。

当预报前方围岩存在不良地质现象:

(1)受大断层、结构面不利结构组合影响，存在楔型失稳体及掉块地质问题;

(2)特别软弱岩石，如煤层、泥化夹层;

(3)大规模松散堆积体;

(4)强卸荷、强风化岩体;

(5)地下水特别发育，有涌水的可能性。

当遇到上述特殊地质条件时，施工单位应及时反馈，由现场地质人员现场调查围岩地质情况，必要时施工超前探孔或导洞，进一步揭露前方地质情况，经“四方”共同研究支护措施，采取系统或超前支护手段进行处理。

6 结语

猴子岩水电站导流隧洞出口穿越大型泥洛堆积体软岩洞段，地质条件恶劣，施工难度极大。由于采用了科学、合理的施工方法，利用信息化技术手段，高效、安全地通过了这一不良地质洞段，避免了重大地质灾害事故的发生，实现了成功分流的目标，并经受住了汛期超标准洪水的考验。对于大断面、长隧洞穿越软岩地质洞段，通过本工程的实践，积累了以下经验体会:

(1)大断面软岩隧洞开挖采用分层分区、光面爆破技术，减小了对围岩的扰动和稳定结构的破坏，有效地控制了超挖及塌方的可能性，是科学、合理的施工方法。

(2)在岩体极为破碎、地下水发育的地质条件下，采用超前小导管注浆，有效地阻截了渗水通道，同时保证了施工期间安全，避免了后期支护工效降低。

(3)大管棚进洞方案有效地消除了洞室冒顶、塌方及围岩变形，保证了进口边坡的稳定。

(4)地下工程开挖不确定因素众多，加之岩体强度低，开挖后因卸荷作用岩体很快失稳，采用安全监测、超前地质预报等信息化手段指导工程施工，可以避免围岩条件的不确定性，并掌握其变化规律，是实用、有效的方法。

［1］杨玉银，段建军.周边密空孔钻爆法在软质围岩隧洞开挖中的应用［J］.甘肃水利水电技术，2000，17(2):60～62.

［2］周春国，字继权，光恒.构皮滩水电站尾水隧洞特大断面软岩开挖支护［J］.贵州水力发电，2006，20(3):34～36.

［3］水工隧洞设计规范，SL279-2002［S］.