水电站引水隧洞穿河段施工技术

赵小琴,欧亚明,程嘉华

(中国葛洲坝集团巴基斯坦N-J项目部,陕西 西安 710000)

水电站引水隧洞穿河段施工技术

赵小琴,欧亚明,程嘉华

(中国葛洲坝集团巴基斯坦N-J项目部,陕西 西安 710000)

巴基斯坦NJ水电站工程引水隧洞穿河段水文、地质条件十分复杂,施工难度大、风险高,隧洞开挖过程中多次出现塌方和强涌水.根据其工程特点,针对性的采取了超前地质勘探、破碎围岩或涌水段的超前支护和灌浆、掌子面塌方和涌水处理、掌子面后涌水处理等多项施工关键技术,成功的完成了引水隧洞穿河段施工.

穿河段;隧洞施工;关键技术;巴基斯坦

1 工程概况

巴基斯坦N-J水电站工程位于巴基斯坦AJK地区,水电站主要建筑物包括大坝、电站进水口、沉砂池、超长引水隧洞、引水调压系统、地下厂房系统、尾水调压系统、尾水洞、地面开关站等.电站装机4台,总装机容量963 MW,额定水头420 m.引水隧洞采用单、双洞混合布置,引水线路长度约28.6 km.

引水隧洞双线洞部分洞段从Jhelum河下方穿过,该处河床宽100～110 m,水面宽度约70～80 m,枯水期水深2～3 m,引水隧洞距河床最低处约165 m.隧洞采用钻爆法开挖,开挖断面为8.45 mX9.5 m(WXH)马蹄形,断面面积107 m2.

2 地质条件

穿河段上游侧紧邻Muzaffarabad大断层,受该断层影响隧洞围岩完整性较差,总体较破碎,裂隙发育.围岩为第三系的Murree组,主要为SS-1砂岩、SS-2砂岩、粉砂岩和泥岩;围岩类别以Q4a,Q4b为主,少量Q3和Q5类.

3 施工重点和难点

穿河段施工过程中,主要存在以下施工重点和难点:

①施工期超前地质勘探;②破碎围岩或涌水段的超前支护和灌浆;③掌子面塌方和涌水处理;④掌子面后的涌水处理.

4 穿河段施工关键技术

4.1 施工期超前地质勘探技术

在穿河段开挖过程中,左右洞掌子面轴向间距应保持25 m以上;在位置靠前的工作面上进行超前取芯勘探,钻孔长度100～200 m.

钻孔过程中,根据回水流量判断是否发生涌水及可能涌水量.发生涌水时,暂停钻进,对涌水时间和钻孔深度进行记录,记录涌水压力、涌水量及其携带泥沙情况.当涌水量小于100 L/min、压力小于0.5 MPa,具有逐渐衰减趋势时,继续钻进;当涌水量大于100 L/min或压力大于0.5 MPa时,需灌浆堵水处理.灌浆结束48 h后,观测灌浆后的处理效果.若涌水量小于50 L/min时,继续钻进,若不满足,继续处理至满足以上要求.

4.2 破碎围岩或涌水段的超前支护和灌浆技术

4.2.1 超前灌浆

超前灌浆在隧洞周边360°范围布置超前灌浆孔,向隧洞轴线前方呈伞状布置,孔深一般为20 m.一般情况下,洞周均匀布设Ⅰ序孔4个,Ⅱ序孔4个,特殊地段布置Ⅲ序孔进行加密.

超前灌浆一般不进行压水试验,只测定涌水压力,从而确定灌浆压力.单纯处理破碎围岩时,灌浆材料采用纯水泥浆液;当处理涌水时,采用水泥-水玻璃双液浆灌浆.一般情况下都采用先稀浆后浓浆,先低压后高压,灌浆压力为2.0～5.0 MPa.在稳定的灌浆压力下,当吸浆量不大于5 L/min,继续灌注10 min,结束灌浆,多孔并联灌浆时,当吸浆量不大于15 L/min,继续灌注15 min后结束灌浆.

4.2.2 超前管棚支护及灌浆

围岩破碎段开挖前先进行超前灌浆,在超前灌浆完成的基础上,根据需要实施顶拱超前支护.穿河段一般选用管棚对围岩进行超前支护和灌浆.

管棚钻孔布置在隧洞顶拱区域120°～180°范围,孔距为0.3～0.4 m,钻孔孔径ϕ133 mm,沿隧洞轴线外偏角7°～10°,呈伞状向外辐射布置,钻孔长度深入掌子面内6 m或12 m,两个相邻循环灌浆孔的之间搭接长度不小于2 m或4 m.

管棚现场采用ϕ89 mm无缝钢管制作,长度6 m或12 m,管壁设梅花型出浆孔,孔径ϕ8 mm,间距为30 cm;亦可采用厂家成品跟进式管棚,该管棚带有配套钻头,每节管棚之间采用丝口连接,具有不卡钻具、安装快、一次性成功的诸多优点,在围岩比较破碎的情况下采用这种管棚优势十分显著.

4.3 掌子面塌方和涌水处理技术

穿河段开挖过程中,多次遭遇掌子面塌方和强涌水,生产过程中,总结出了一套行之有效的掌子面塌方和涌水处理方案,具体施工要点如下:

1)保证排水能力.安排充足的排水泵,加强对排水系统的维护,各级泵站24 h人员值班,水泵维修人员24 h现场待命.

2)及时封闭掌子面.在排水的同时,为防止塌方纵向延伸,造成掌子面进一步塌方,首先采用装载机对塌方的掌子面进行石渣回填,再在渣体回填区外侧分层浇筑混凝土,形成现浇混凝土堵头,对掌子面进行封闭.

3)灌浆堵水.通过混凝土堵头下部预埋的DN250钢管,对渣体回填区进行固结灌浆,灌浆过程中,混凝土上部预埋的DN100钢管作为排水泄压孔.逐一关闭堵头底部排水管,观察堵头表面渗漏情况,标记漏水点,对漏水部位进行钻孔灌浆封堵.在掌子面后顶拱8点至3点方向,钻9个灌浆孔,前段尽可能接近塌腔,并安装DN80超前管棚.利用混凝土堵头上部预埋的DN100钢管对堵头后渣体回填区进行灌浆(纯水泥浆或浓砂浆),灌浆过程中利用顶拱超前管棚作为排水泄压孔.最后对DN80超前管棚进行灌浆,灌注顺序由两侧向中间推进,各管路出现浆液外漏时及时关闭闸阀,灌浆压力5 MPa.采用逐级升压灌注,每一个压力级别停留3～5 min,若出现掌子面后外漏或串浆,应及时进行封堵.采用浓浆间歇法或双液灌浆法,必要时可采用化学灌浆进行堵漏.

4)混凝土堵头及回填渣体开挖支护.采用弱爆破对混凝土堵头的台阶进行拆除,使混凝土堵头形成平面,便于后续爆破钻孔、开挖.混凝土堵头爆破拆除时,侧墙及顶拱预留1～1.5 m厚保护层,以免破坏原有支护系统.采用短循环、弱爆破、强支护的方式,对混凝土堵头及回填渣体段进行开挖支护,直至塌方体部位.

5)塌方部位开挖支护.对掌子面周边及前方进行超前灌浆,孔深分别为15 m和5 m,重复进行扫孔灌浆直至无涌水;掌子面进行开挖视现场情况采用全断面或分为上下2层进行,每循环开挖1 m,开挖完成后及时采用管棚及钢肋条进行支护,管棚间距35 cm,长度12 m,搭接4 m,钢肋条间距15 cm,使用喷射混凝土覆盖管棚及钢肋条.

4.4 掌子面后的涌水处理

已开挖部位仰拱出现涌水时,先对仰拱涌水区域进行清基,钻设排水孔并安装钢管进行排水,在清理区域安装网片、插筋后浇筑混凝土,通过排水管对仰拱出水部位进行灌浆.若仰拱涌水压力过大,浇筑全断面混凝土廊道对涌水围岩段进行封闭然后进行灌浆.

已开挖部位边墙或顶拱涌水时,亦采用浇筑混凝土廊道对该洞段进行封闭,然后进行灌浆,此处理方式工程量小且能尽快恢复掌子面开挖施工.

涌水部位钻设排水泄压孔,在孔内安装钢管、软管进行排水.根据涌水量大小计算外水压力,从而确定浇筑混凝土厚度以保证廊道结构安全.根据出水部位长度及隧洞洞型,确定廊道混凝土浇筑时的段长及分层高度.由于混凝土廊道内部空间难以满足安装钢衬空间要求,灌浆作业完成后,对浇筑的混凝土廊道进行爆破移除.

5 结语

巴基斯坦N-J水电站穿河段水文、地质条件十分复杂,工程前期勘察深度不足,工期紧迫、施工难度大,塌方和强涌水问题突出,按照"管超前、严注浆、短循环、弱爆破、强支护、快封闭、勤监测、速反馈"的原则施工,并针对性的采取了超前地质勘探、超前支护和灌浆、掌子面塌方和涌水处理、掌子面后涌水处理等多项施工关键技术,成功的完成了引水洞穿河段施工.安全监测数据显示,洞室稳定,各项指标正常.施工过程中采取的各项关键技术是成功的,对于类似工程具有一定的参考价值.

[1]冯兴龙,王焕明,陈恩瑜,等.巴基斯坦N-J水电工程引水隧洞开挖关键技术[J].人民长江,2014,45(1):62-65.

[2]胡泉光,陈方明,陈恩瑜.深埋长引水隧洞TBM施工关键技术探讨[J].人民长江,2015,46(7):19-21.

[3]郭少军,施锋民.阳曲水电站导流洞塌方处理技术[J].人民长江,2015,46(18):62-65.

TV67 < class="emphasis_bold">[文献标识码]B

B

1002-0624(2017)11-0021-02

2017-08-02