浅谈甲米河一级水电站2#支洞控制段快速施工措施

王建兴，唐 勇

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610081)

1 工程概况

甲米一级水电站位于四川省凉山州盐源县盐塘河干流甲米河上，取水枢纽位于盐塘河甲米村上游约5.3km，距县城约54.7km;厂区位于桃子乡跨棉村，距盐源县城约67km，距西昌市区约220km，盐泸旅游公路沿盐塘河于电站河对岸通过，交通方便。电站系具日调节功能的引水式电站，电站装机3×12MW，设计水头90m，设计引用流量45.45m3/s。电站枢纽建筑物由首部枢纽、引水系统、厂区枢纽三部分组成。本标承担首部枢纽及引水系统前段工程标施工任务，包括首部枢纽及引水隧洞前段(隧0+000m～隧7+180m)的全部建筑工程、金属结构制作及安装工程。引水隧洞接进水口，首端底板高程2146.65m，隧洞设计纵坡为1.725‰，隧洞断面为马蹄形断面，开挖直径上半圆为6.2m，下半部分侧拱半径为6.2m，圆心角30°，底部为平底，底宽4.36m。

2#支洞控制段原定开挖桩号2+341.00m～4+602.00m共2261m，实际开挖桩号2+075.50(改2)m～4+708.00m共2653.5m，比原计划多开挖392.5m。

2 场地区域地质及水文地质条件

2.1 区域地质概况

工程区位于横断山脉北西侧的雅砻江右岸二级支流盐塘河下河甲米河段，属川西南山地褶皱高山、峡谷地貌。区内出露地层除缺侏罗系、白垩系外，发育较为齐全，有二叠系上统峨眉山玄武岩和乐平组，三叠系下统青天堡组、中统盐塘组、中统白山组、上统下博大组和上统上中博大并组，第四系残坡积层，崩坡积层及冲洪积层松散堆积物广泛分布于河谷及斜坡地带。

与本工程密切相关的较大断裂有查瓦甲古(甲米)断裂和麦架坪断裂。其中，甲米断裂为南北向构造，出露长32km，倾向 E，倾角60°～70°，断层破坏了二叠系～三叠系。该断层轴线与本工程近于平行，与引水隧洞、坝址相距3km～7km，与厂区相距约7km;麦架坪断裂出露长42km，走向 N40°～50°E，断层面南东倾，倾角60°～70°，断层斜切上二叠统和三叠系，伴生成分以南北、东西两组扭节理最常见。该断层轴线距本工程坝区约12km，距厂区约1.3km。

2.2 2#支洞控制段地质条件及评价

第一段:2+387m～3+000m，段长613m，围岩为三叠系中统盐塘组(T2y)含云灰岩、长石岩屑砂岩，与灰色粉砂岩互层，局部夹紫灰色粉砂岩，岩层产状162°∠28°，与隧洞轴线夹角 60°，垂直埋深168m。该段地表为一大滑坡，为1976年6.7级地震造成，其后缘壁坡度达80°，地表分布有大于3m的大块石，最大8m，受其影响，岩体属强～弱风化，节理裂隙发育，地表局部地段坡度较缓，地下水活动强烈。该段围岩完整性较差，多具碎状结构，出露后极易泥化，类别以Ⅳ类为主。

第二段3+000m～3+206m，段长206m，围岩主要为三叠系下统青天堡组(T1q)紫红色岩屑砂岩，夹长石砂岩和砂砾岩，部分盐塘组泥灰岩夹紫灰色粉砂岩，呈薄层中厚状～互层状结构。围岩稳定性极差，强风化，裂隙发育，岩石破碎，透水性强，地下水活动强烈，与隧洞轴线夹角59°，垂直埋深50m，岩体中随机分布有顺层挤压破碎带及小断层，出露后极易泥化，类别以Ⅴ类围岩为主。

第三段:3+026m～5+037m，段长1831m，围岩为三叠系下统青天堡组(T1q)紫色、灰绿色岩屑长石砂岩、夹同色泥岩、砾岩，岩层产状130°∠37°，与隧洞轴线夹角59°，于稳定有利，垂直埋深100m～410m，岩石强风化，节理发育，地面为一冲沟，地下水活动强。该段围岩类别以Ⅳ、Ⅴ类为主，围岩稳定性极差，出露后极易泥化。

2.3 其它影响因素

2.3.1 地下水情况。瓦波拉达沟常年性流水在其附近通过，为泥石流沟，每年均发生不同规模的泥石流。该段地表地形相对平缓，预计在隧洞开挖过程中，地下水将沿陡倾结构面下渗产生集中渗水。

2.3.2 地震影响情况。1#支洞控制段下游至2#支洞控制段上游，洞线附近一定范围的山体，受1976年两次中强地震(6.2～6.7级)影响较严重，导致洞室围岩裂隙贯通性提升，岩石完整性变差，岩体向松弛或半松弛状态转化。

2.3.3 邻近地震滑坡体。离震滑坡体水平距离最近洞段，在2#支洞控制段上游侧，桩号2+680.0m～2+385.0m，与地震滑坡体水平距离仅26.5m。

3 施工措施

3.1 施工资源配置

2#支洞控制段作为本标段承上启下的关键线路，进洞后围岩情况与招标文件相差较大，项目部果断加大了对施工资源的投入，配置比原投标文件增加了1倍，施工总人数达到167人:管理人员6人、技术人员4人、测量人员2人、安全员2人、钻爆人员36人、支护人员48人、焊工13人、各类司机22人、辅助工34人。主要设备配置见表1。

表1 主要设备配置

3.2 施工特殊措施

3.2.1 洞内泥化道路的处理

因为地质原因，隧洞开挖出露后迅速泥化，洞内道路无法形成，施工效率只能达到正常水平的30%，道路泥化的换填是唯一办法。

3.2.1.1 排污

隧洞排污沟由排水为主改变为以排泥浆为主，设计的30cm×30cm排浆沟、1.5m×1.5m×1.0m集浆坑不能满足隧洞排污需要。我部加大排浆沟、集浆坑尺寸，排浆沟尺寸增加至1.0m×1.0m，集浆坑尺寸增加至3.0m×1.5m×1.0m。由于泥浆浓度高，排浆沟必须每天用挖机清理，掌子面附近20m～30m形成一个集浆坑，安装两个7.5kW泥浆泵，已开挖洞段每150m～250m设置一集浆坑，安排专人维护，每个工作面4人，增加排浆力度。

由于隧洞较为狭窄，为了不影响道路通行，在隧洞边墙墙角部位超过设计边线1m～2m，开挖形成集浆坑。

排污管线布置:上游布置7台7.5kW泥浆泵一趟φ108mm钢管，长度1310m，下游布置6台7.5kW泥浆泵、一趟 φ108钢管，钢管长度为1360m。上下游泥浆泵并联将泥浆抽排集中至交叉口，再通过交叉口部位布置2台22kW泥浆泵统一排至洞外。交叉口至支洞口布置两趟φ108mm钢管，长度为660m。

3.2.1.2 道路换填(1)清淤。隧洞路面淤泥采用3m3装载机装车，15t自卸车运至各支洞控制段渣场;

(2)换填。隧洞路面淤泥清理至底板大面高程后，采用砂石生产系统生产的大石对道路进行换填，多层摊铺压实，每层厚度约为50cm，换填厚度为80cm～180cm;地质条件差洞段，根据实际情况加深，多层铺填、压实。砂石系统的大石采用3m3装载机装车，15t自卸车运至工作面。并从洞外收集块石，在道路水沟侧堆码砌筑;

(3)维护。由于隧洞渗水大，岩石泥化严重，道路换填后，在泥浆浸泡、载重车辆来回碾压下产生淤泥质，需对淤泥质较多部位挖除后重新换填;对淤泥质较少部位局部挖除后加高加厚原有道路，保证施工道路畅通。每班每个支洞控制段安排4人清理路面淤泥，装编织袋堆码，装载机装车运至渣场。采用筛分料大石对道路坑洞填补、整平，并清理路面积水。

3.2.2 增设装车道、回车道

由于开挖揭露出的围岩类别与招标提供围岩类别相差太大，支护工作量占直线工期太长，根据本引水隧洞断面尺寸小，在支护工作量无法改变的情况下，减少出渣时间，增加装车道、回车道，加快引水隧洞开挖施工进度。在距装碴道80m洞段，每茬炮(循环进尺2.5m)出碴时间为2.0h左右;在距装碴道100m洞段，每茬炮(循环进尺2.5m)出渣时间为3.0h左右;在距装碴道150m洞段，每茬炮(循环进尺2.5m)出渣时间为5h左右。2#支洞控制段开挖2653.5m共设置23个装车道。

3.3 特殊洞段施工

3+031.5m～3+020.0m围岩岩性为盐塘组含云质灰岩夹泥岩，岩体破碎，在边顶拱线状渗水的作用下迅速泥化，自稳时间短。按Ⅳ类支护后出现塌方，塌腔高度约8m，经过参建四方现场会商后，采用混凝土回填塌腔、二次开挖的方式度过此段。具体施工措施如下:

(1)将距塌方段最近两榀钢拱架之间加强挂网锚喷支护处理，确保施工机械及人员能尽可能靠近塌方段施工;

(2)将塌方处隧洞全断面尽可能填筑，并外沿至3+033.5m，向下游形成装载机、反铲能行驶的缓坡，对塌方段浇筑混凝土;

(3)填筑料源从1#支洞控制段装运至塌方段，选择粒径较细的洞挖料，用1#支洞控制段的现代200－5D反铲挖装。2#支洞控制段5t自卸汽车运输;

(4)填筑料每辆车运至塌方段，用ZL50C装载机将其向里推。装载机操作完后用CAT311反铲向里推，由于隧洞高度不大，反铲向里推时反铲大臂、小臂、挖斗全部向前伸直，通过反铲来回行走，使挖斗将填筑料向里推进;

(5)填筑平台和通道缓坡形成后，安装混凝土泵泵管，安装4根，伸向掌子面的水平方向2根(左右各1根)，伸向顶拱的垂直方向2根，水平向泵管尽量向里伸。垂直向泵管从最后一榀拱架向里伸进1.5m，垂直向泵管加工与泵管同等大小弯头，弯头焊接法兰盘与泵管螺栓连接，弯头处(1.5m范围)用50角钢加固3排斜撑，垂直向泵管高出设计顶拱3.0m;顺着垂直向泵管安装一根通气管，高出泵管50cm;顺着垂直向泵管安装一根回浆管，高出设计顶拱250cm，端头设弯头，弯头水平向30cm，防止泵管流出的混凝土直接进入回浆管。泵管均与拱架牢固焊接，并用架管在下部搭设排架支撑，采用反铲、手动葫芦辅助安装;

(6)泵管安装完毕，在填筑平台上用彩条布铺垫一层(人工操作)，尽可能减少混凝土的流失。在填筑外沿的2m平台(部分人工处理)上用砂袋堆码，堆码厚度根据填筑平台距顶拱距离现场确定;

(7)以上工作完成后，租用HB60混凝土泵浇筑C25高流态混凝土(坍落度18cm～22cm)，租用2台8m3混凝土罐车从拌合楼运输;

(8)混凝土浇筑完毕后3d，对塌方段进尺，进尺单循环1.5m，每循环开挖完成后，立即采用Ⅰ18工字钢拱架支撑，间距50cm。工字钢之间用［10槽钢连接，间距 0.8m，拱肩以下采用Φ25mm、L=4.5m锚杆锁固，挂设φ6.5@20cm×20cm钢筋网，并喷射C20混凝土封闭。钢支撑锁脚锚杆 Φ25mm、L=4.5m，间距50cm，水平夹角30°，锁脚锚杆加工成“L”型并与钢支撑焊接;钢支撑基脚应座落在坚硬的基础上，不平整处人工找平，必要时浇筑C20混凝土以满足受力要求;

(9)坍塌处施工，安排4名专职安全员进行变形观测和记录，并对可能发生的2次危害进行及时处理;

(10)进尺至k3+020m后，继续向前进尺按单循环80cm，支护形式按(8)条所述设置5榀钢拱架。

4 结语

2#支洞控制段在以Ⅳ、Ⅴ类为主的复杂围岩条件下，通过增加资源配置，采取特殊施工措施安全度过特殊塌方洞段，Ⅳ、Ⅴ类围岩平均进尺达到了90m/月，顺利贯通了隧洞，达到了业主的工期目标。2#支洞控制段开挖施工有以下体会:

(1)在隧洞施工过程中，地质情况的超前探测和预报十分必要，尤其在不良地质段显得极为重要，能有效保证施工安全和进度;

(2)对洞内排水、排污、道路的维护要形成系统化、日常化，这是提高施工效率的必要措施;

(3)开挖过程中大塌方形成的较大塌腔，采取回填混凝土后再二次开挖方案处理，在安全上是万无一失的;

(4)隧洞开挖过程中缩短装碴距离，改善出碴条件，将大大缩短循环时间，提高施工效率。