新疆某水电站引水隧洞过河施工技术探析

张仲贵

1 隧洞过河段地质条件

隧洞过河段河谷深切，地形起伏较大。现代河床宽23～25 m，河床为第四系冲积含漂石砂卵砾石，厚度12～13 m，渗透系数较大。下伏基岩为片麻状花岗岩，强风化层厚2～3 m，弱风化层厚度3～5 m，隧洞上覆岩体最薄处仅为12 m。隧洞过河段在开挖过程中可能伴有线状流水现象，洞室围岩局部稳定性较差，围岩类别以Ⅲ类围岩为主，局部为Ⅳ类围岩。

2 施工方案

根据上述地形地质条件，按照判定的围岩类别，结合隧洞过河段断面设计要求，考虑隧洞埋深条件，拟定隧洞过河段施工方案。

2.1 施工方案拟定

根据类似工程经验，遵循“短进尺、弱爆破、强支护、多循环、早预报、勤量测”的原则组织施工，确保顺利通过此段。

施工主要方案及程序为：Ⅲ类围岩段隧洞开挖→一次支护→地表预加固灌浆→Ⅳ类围岩段隧洞开挖→一次支护→Ⅲ类围岩段隧洞开挖→一次支护→钢管安装→砼回填→回填灌浆→接触灌浆→固结灌浆。

2.2 地表预加固灌浆处理

隧洞过河段上覆岩体厚度最薄处为12 m，成洞条件差，施工时可能有突水和涌水现象发生，对洞室稳定影响较大，围岩类别为Ⅳ类，为确保施工安全，提高围岩的自承能力，需进行超前地表灌浆处理，预先灌浆完毕后再进行隧洞开挖[1]。

沿洞线在隧洞开挖断面两侧一定范围内进行地表预加固灌浆。灌浆按不同深度分为二个区，隧洞开挖断面外两侧为Ⅰ区，孔深深入隧洞开挖断面底部2 m，隧洞开挖断面范围内为Ⅱ区，孔深自隧洞开挖断面顶部深入隧洞3.7 m。

灌浆孔排距为1.5 m，共布置灌浆孔8排，间距为2.0 m，灌浆范围沿河道宽度方向向两侧延伸，共50 m。梅花形布置，分为两序施工。地表至基岩之间的砂砾石不进行灌浆。如图1所示。

图1 地表预加固灌浆示意图

灌浆后检查孔透水率不大于3 Lu，检查孔岩芯获得率及结石情况良好，灌浆后基础岩体纵波波速≥4000 m/s，在钻进的过程中，可以进一步了解地下地质情况，掌握河底隧洞穿越段岩体的特性，以确定切实可行的施工开挖方案[2]。

2.3 超前地质探测

按照“长期预报与钻孔直接预测相结合、区域性地质预报与掌子面地质预报相结合”的原则，及时做好地质预报并贯穿全程。特别在断层破碎带和节理密集带的岩体中采取合理、有效的地质超前探测方式，如地质素描、超前物探、超前导洞等方法，加强对围岩的监测，进一步了解前方围岩裂隙的风化程度及渗水情况，为施工提供可靠的技术依据。

2.4 分次爆破扩挖

预加固完成后进行隧洞开挖施工。根据隧洞开挖设计断面，跨河段施工采用：开挖小导洞→掌子面分次爆破扩挖的施工程序。

2.4.1 小导洞

断面爆破开挖前需对隧道前方的围岩及地下水情况进行探明，从而指导下一步工作及为洞内排水提供参考。因此，采用拱顶小导洞先行的方法。小导洞位于拱顶正中间，净高2 m，净宽2 m，每5 m为一循环[3]。

2.4.2 掌子面扩挖

掌子面扩挖过程中，进行分块爆破施工。根据导洞探明情况确定炮眼数目、每孔药量，将每循环进尺控制在1.5～2.0 m，当掌子面扩挖至离小导洞端净距1 m时，停止掌子面扩挖，进行小导洞掘进，小导洞掘进和掌子面扩挖循环进行，保证小导洞始终在掌子面前方。

2.5 开挖过程中的一次支护措施

隧洞过河段分为三个施工段落：Ⅲ类围岩段、Ⅳ类围岩普通段和Ⅳ类围岩河底段，详见表1。

表1 隧洞过河段不同段落施工特性表

2.5.1 超前小导管注浆

为防止河水通过裂隙渗流影响安全，避免围岩破碎地段发生坍塌，在围岩破碎、涌水洞段拱顶150°范围进行超前小导管注浆，其主要作用是封堵裂隙，隔离水源，堵塞水点，以减少洞内涌水量来改善施工条件，同时固结破碎围岩，提高围岩自稳能力，如图2所示。

图2 注浆小导管布置示意图

2.5.2 砼喷护、挂网支护和格栅拱架强支护

每一循环开挖完成后，立即按照初喷→锚杆→钢筋网→格栅拱架→复喷的工序进行初期支护，并喷护C25砼至二衬设计线。

喷锚、挂网支护：每一循环开挖后，立即喷一层砼；出渣后，安装径向锚杆，喷第二层砼，使喷砼总厚度达10～20 cm。

格栅拱架强支护：格栅拱架主筋采用3×ф25螺纹钢，附筋采用ф12+ф8钢筋，组成“Δ”，每榀拱架由四节组成，每节之间由钢板连接。每榀拱架之间由ф22钢筋连接，环向间距为1.0 m，拱架间距为0.8～1.2 m。拱架与围岩或喷砼面一定要设有钢楔块楔牢、焊死；拱架与洞壁之间的所有间隙用喷砼充填密实。[4]

钢拱架强支护：在河底段断层通过部位采用18号工字钢制成钢拱架。每榀拱架间距0.5 m，拱架之间纵向连接采用φ22钢筋，环向间距为1.0 m。拱架与围岩或喷砼面一定要设有钢楔块楔牢、焊死；拱架与锚杆、钢筋网也必须焊连；拱架与洞壁之间的所有间隙，必须用喷砼充填密实，如图3所示。

图3 格栅总装示意图

2.6 施工排水

在发电洞河底段开挖施工前地表已预先进行了加固灌浆。参照国内已有的工程经验，经过预加固的隧洞，在开挖过程中，可观察到断层破碎带及裂隙中有水泥胶结物，洞室地下水以局部滴水为主，仅有少部分见有渗～流水。因此，在本段的开挖施工中，应根据现场的渗漏情况采取合适的排水措施[5]。

超前深孔主要布置在发电洞河底薄覆盖层段及断层通过地段，其布置如图4所示。

图4 排水孔布置示意图

1#、2#排水孔兼做检查孔，可对内部水流的状态进行评估，为水平孔，长10 m；3#～5#排水孔兼做降压孔以及小导管灌浆孔（需要时），向右上方倾斜9°，长10 m。

3 结论

隧洞过河段是本工程施工的关键节点，通过采取地表预加固灌浆、超前地质探测、分次爆破扩挖、具有针对性的一次支护方案、排水等措施，保障了该工程隧洞过河段的顺利贯通，在施工过程中未出现大量涌水、围岩坍塌等重大事故，保证工程的顺利开展，避免了损失，获得了经济效益，为其他类似工程过河段施工拟定方案提供了参考[6]。

[1]SL 279-2016，水工隧洞设计规范[S].

[2]熊启钧.取水输水建筑物丛书（隧洞）[M].中国水利水电出版社，2002年9月第一版.

[3]GB 50287-2016，水利发电工程地质勘察规范[S].

[4]水利水电部水利水电规划设计院主编.水利水电工程地质手册[M].北京：水利电力出版社，1985.

[5]陆兆溱等.工程地质学[M].第二版.北京：中国水利水电出版社，2002.[6]新疆某水电站工程地质勘察报告（内部资料）[R].2016.