敦化抽水蓄能电站不良地质段施工技术方法

闫美玲

摘要：敦化抽水蓄能电站厂房系统隧洞围岩以Ⅱ～Ⅲ类围岩为主，断层带及影响带为Ⅳ～Ⅴ类围岩，隧洞将穿越一些地下水较丰富地段，将会出现局部流水、涌水现象。地下洞室群会产生轻微岩爆，表现为围岩表层有脱落、剥离现象，洞顶和侧壁的劈裂-松胀等。同时，厂房上游、下游及主变洞分别有1组、4组、2组缓倾角裂隙，受该组裂隙影响，顶拱开挖后局部围岩形成薄层状结构，如果与其它裂隙构成不利组合关系，易发生掉块或小塌方。本研究针对该抽水蓄能电站厂房系统隧洞不良地质地段所存在的地质问题，对施工中保证围岩稳定和施工安全技术进行研究。

关键词：敦化；抽水蓄能电站；厂房系统；围岩稳定；施工安全

1不良地质段施工一般方法

（1）软弱夹层与节理裂隙组合容易发生岩石掉落、塌方等情况，给施工带来较大的困难，因此在进行上述各部位开挖施工时要及时采取预支护和预加固措施对围岩进行有效的处理。开挖前首先要探明层间、层内错动带的具体情况，包括错动带的大小、宽度、破坏程度，错动带内的构造岩的成分，以及隧洞轴线和错动带构造线方向的组合关系等。施工中一定要采取“超前支护、勤量测、短进尺、弱爆破、及时反馈、及时补强”等措施。在不良地质段施工中，常用的施工方法有：超前砂浆锚杆、超前自进式锚杆、超前小导管、喷钢纤维混凝土、挂网喷混凝土、锚喷支护等。在爆破过程中，采用“小爆破、短进尺、多循环”的爆破方法，尽量减少爆破对围岩的震动。在错动层地带中，开挖完成后立即喷射一层混凝土，随后的各项支护施工工序尽快进行，以减少岩层的暴露、松动和地压的增大。如果发生塌方，应对塌方相邻部位作强支护，控制塌方的发展和蔓延，再采用管棚、管棚加注浆或预注浆等方法加固围岩，然后按“边开挖、边支护、边衬砌”的方法进行施工。

（2）对不稳定块体、集中发育的缓倾角和层内错动带在顶拱埋深较浅部位，除增加随机锚杆（具有内锚头的长锚杆，且锚入稳定岩层）、随机预应力锚杆和及时喷钢纤维砼等支护外，视情况增加锚筋桩或预应力锚索进行锚固。层内错动带洞段开挖后，立即进行初喷混凝土，其施工程序为超前支护（必要时）→爆破→危石处理→初喷混凝土→出渣→强支护（必要时加挂钢筋网）→下一循环。

（3）加强围岩变形观测。按规范要求布置围岩收敛监测断面，定期观测，并及时分析和整理观测数据，以确保施工安全，并指导施工。

（4）如围岩存在塌方危险，则开挖一段，砼衬砌一段。

（5）布设适当排水孔，以减缓围岩内水压力。

2岩爆洞段施工

在开挖过程中，由于地应力因素，岩体内储存着很大的应变能，这种能量随着洞室的开挖而释放，可能会产生围岩掉落、弹射等岩爆现象。岩爆现象主要发生在隧洞顶拱的导洞开挖过程中，在两侧扩挖中发生的概率比较小。岩爆控制的主要方法可以分为两类，一类以释放围岩应力为途经，另一类则以降低开挖扰动为途径。以防为主方案主要目的是防止岩爆发生或者降低岩爆发生的等级，以使损失降低到最小。根据不同的岩爆机制及岩爆烈度级别，以防为主方案重点包括：改善围岩物理力学性质、应力释放法、调整作业、待避政策。以治为主的加固围岩具体包括：喷、锚、格栅钢架等加固措施。本工程若发生岩爆现象，将采取以下的施工措施：

（1）加强超前勘探，以利采取相应预防和治理措施

施工中，根据已有的地质资料，同时运用超前地质探测和超前钻孔探测法分析前方地质状况，预测岩爆的可能性，对可能发生岩爆的部位，预先制定岩爆防治措施。

（2）改善围岩物理性能

采用喷雾洒水卸压法，目的是增加岩石湿度，一定程度上可以降低表层围岩的强度，松驰岩体中积累的构造应力。

超前钻孔卸压法，在可能发生岩爆的掌子面上钻数个孔径60～80cm，孔深10m的钻孔，释放岩体中的构造应力，同时向岩体高压均匀注水。

（3）改善围岩应力条件

采用光面爆破，使开挖成型好，改善周边应力集中状况；超前钻孔，中导洞领先，分部开挖，逐步卸荷；采取短进尺，少药量，控制光爆效果，以减少围岩表层应力集中现象。轻微、中等岩爆段尽可能采用全断面一次开挖成型的施工方法，以减少对围岩的扰动。施工中应尽量减少爆破震动触发岩爆的可能性，采取超前钻孔应力解除、松动爆破或震动爆破等方法，使岩体应力降低，能量在开挖前释放。

（4）加固围岩

对岩爆段，采用喷锚支护，喷15cm厚的混凝土；锚杆采用Ф32、@1.2×1.2m、L=3.5m～4.0m的梅花型布置方案，锚杆加垫板；Ф8mm的钢筋网，间距为20×20cm。

（5）人员穿防弹背心，戴钢盔，反铲、装载机等设备加钢筋网等防护设施。

2.1围岩渗漏、承压水处理施工

（1）处于地下水位以下的洞段，施工过程中可能出现地下水活动严重的地段，在渗水严重及涌水段施工时采用“排、堵、截、引”相结合的方法进行处理。

（2）对于地下水首先做好超前地质预报，对渗水量较小的洞段，可在拱顶部打一定数量的超前钻孔作为排水减压孔，根据估算的涌水量选择排水设备。对较大的突发性涌水洞段，可采用“引、堵”结合的办法处理。采用导管引流，治分散为集中，用排水管集中引水，然后再喷射混凝土。当围岩出现淋水情况时，首先应根据地质情况，在穿越透水层部位布置一定数量的排水孔，用长40～70 cm，直径20～25mm的排水管插入排水孔內，插入深度为30～60 cm。排水管与岩壁的空隙用棉纱封紧，再用1：1的掺加速凝剂的水泥砂浆堵在棉纱外部，以迫使地下水沿钢管排出。如果开挖面上有淋水，且可以推测钻孔爆破后围岩有大的涌水时，可采用“超前排水法”，具体施工方法是在开挖爆破前距掌子面轮廓线外20cm处斜向上前方25°钻孔，间距30～60 cm，当水沿钻孔流出后，在钻孔内打入缝管式锚杆，利用锚杆一侧的缝隙将水引入锚杆内，同时还可以起到加固围岩的作用。

（3）在围岩特别破碎的地段，可以采用超前预固结灌浆或超前帷幕灌浆进行灌浆封堵，同时起到堵水和加固围岩的作用。并在开挖后的掌子面上挂钢筋网喷混凝土进行支护，控制围岩变形。

（4）加快排水廊道施工，降低地下水位，减小岩溶渗水量，对于涌水加强抽排，并灌浆处理。

3结论

施工中，针对不良地质段采取超前支护、管棚、管棚加注浆或预注浆等方法加固围岩、“边开挖、边支护、边衬砌”、布设适当排水孔、超前预固结灌浆或超前帷幕灌浆等多种有效措施，保证了围岩稳定，显著提高了施工效率，施工安全性也得以大幅提升。

参考文献：

[1]刘永峰.敦化抽水蓄能电站输水发电系统勘察重点探析[J].资源环境与工程，2016，30（3）：374-378.

[2]苏曼.敦化抽水蓄能电站上水库进/出水口水力学数值模拟[D].天津大学，2011.

（作者单位：中国水利水电第六工程局有限公司）