新疆ABH某一级电站地下工程特殊地质处理实例剖析

张山勇

（新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 乌鲁木齐 830000）

地下开挖存在许多不可预见性因素，地质条件的好坏直接影响到施工进度和施工质量，如何应对复杂多样的地质变化对开挖带来的负面影响就显得尤为重要。

新疆ABH某一级电站位于新疆博州境内，为埋藏式地下工程，由引水隧洞、调压室、压力管道、厂房、主变室、排风洞、排水洞、交通洞、生态防水洞等地下洞室建筑群组成。本文根据新疆ABH某一级电站地下工程开挖过程中遇到的各种特殊地质情况，对特殊地质段开挖采取的施工措施和方法进行分析。

1 隧洞边顶拱塌方处理

1.1 塌方基本情况

当引水隧洞开挖至某桩号时，开挖掌子面顶拱出现掉块、塌方、渗水现象，为了确保施工安全，不得不暂停施工，顶拱塌方随渗水量的增加持续扩大，24个小时后，在该段顶拱形成3 m高的空腔。虽然在该段按设计要求已完成Ⅰ期支护，Ⅰ期支护是随机锚杆φ25，长3 m,并喷厚5 cmC20砼，但由于处于断层带上，岩石破碎夹泥，再加上受渗水的影响，造成原顶拱Ⅰ期支护破坏，从而引起塌方，不良地质条件下洞室在开挖过程中出现边顶拱塌方是比较常见的工程事件，塌方程度可能不同，但实质是一样的，均发生在洞室卸荷阶段。均与洞室岩石破碎及裂隙(发育程度)有关，一般情况出现塌方的洞室岩石情况一般岩石破碎、裂隙发育、断层出露，向斜结构。

1.2 处理方法

支撑封闭法：由于顶拱渗水，再加上掉块，塌方高度较大，钻孔施工锚杆存在较大安全风险，故首先将顶拱素喷C20砼5 cm进行封闭，再支护钢支撑，钢支撑的间距为0.6 m～1 m，钢支撑一般采用支撑强度适中的I18工字钢进行制作，I18工字钢适用于洞挖断面面积在35 m2～25 m2之间的隧洞，隧洞塌方体顶拱与钢支撑圈拱之间采用拱上拱工字钢进行支撑。相邻钢支撑之间采用螺纹钢筋连接，连接螺纹钢筋可选用Φ25钢筋，间距根据塌方具体情况可宜按50 cm～30 cm布置，再挂钢筋网，钢筋网规格为φ8 mm＠15 cm，接着喷C20砼，在支立工字钢时，适当布置工字钢加固锚杆，喷砼以将钢支撑与岩面之间填实喷平为准，以保证圈拱整体受力良好。边顶拱空腔喷护施工方法详见边墙空腔喷护（见图1）和顶拱空腔喷护（见图2），为了确保顶拱回填密实，保证围岩自身拱效应及受力效果，在喷护前在顶拱预埋回填灌浆管，喷护完成后再进行回填灌浆。为了加快喷护速度，在边墙空腔内喷护时，可抛入约30%的块石。

在岩石破碎，易发生塌方洞段，需要进行超前锚杆进行超前支护，超前锚杆一般布置在拱圈上，间距选为30 cm～50 cm、仰角10°～15°。具体详见隧洞一般塌方段安全支护（如图3所示），这一处理洞室塌方的施工方法在新疆ABH某一级电站地下洞室得到推广和应用，并取得了良好的效果。

图1 边墙空腔喷护

图2 顶拱空腔喷护

图3 隧洞一般塌方段安全支护

2 隧洞裂隙泥石流涌现处理

2.1 洞室发生泥石流原因分析

洞室泥石流涌现是地下开挖工程极不常见的事例,但在新疆某一级电站引水隧洞开挖至某桩号时，在出渣过程中，顶拱大断层带不断涌出大量泥石流（主要为软化的绿泥片岩、千枚岩散体粘稠土石混合物）并夹杂着股水流出，将上游洞段及支洞喇叭口处淤满，致使引水隧洞洞挖施工无法进行。最初处理方法是对涌现的泥石流进行清运，但随着清运的强度增大，泥石流的渗现量也随着增大，泥石流开始沿着已开挖的洞室淤积，针对这一难题，增加了抽水设备，但由于流石流流动性大，装运非常困难，加上受支洞错车道等条件影响，只能采用装载机进行倒运且每次端泥石流少，清理速度较慢。影响直线工期27天时间。主要原因是地下水特别丰富，洞室覆盖层处于饱和状态，断层内为软弱泥质千枚岩、泥质绿岩，受饱和水浸泡成流态状，于是断层就成为泥石流通道，受压力水挤压形成一能量体，洞室开挖出露断层，于是成为泥石流突破口，源源不断地从断层涌出，形成极为少见的洞室泥石流现象。

2.2 洞室泥石流处理

灌浆管棚布置在隧洞顶拱180°范围内。用地质钻机钻孔，孔间距0.4 m。钻孔深入断层流态内部，采用固结灌浆的方式，将流态泥石流快速凝固，从而阻止泥石流不断涌出。灌浆采用双浆液灌浆法，即采用两台注浆机同时向灌浆孔内注浆，一台注入0.5∶1的水泥浆液,另一台注入水玻璃溶液,水环璃溶液占整个灌注浆液的30%。因断层带已成为泥石流的通道，在钻孔时，为了防止塌孔，在施工过程中采用跟管钻进工艺，即边钻进边跟管，以防塌孔埋钻。成孔后套管不拔出，留在孔内形成钢管群体。为增加钢管的刚度，向钢管内插入钢筋并注入水泥浆。钢管采用ф114×14热轧无缝钢管。为使管棚能有效地发挥支撑作用及防止清渣后断层带泥石流继续向外涌出，需将断层带散状物进行灌浆固结，开挖轮廓线外边顶拱固结厚度不宜小于2 m。在钢管上钻一定数量的小孔，通过钢管向周围岩体灌浆。管棚应和工字钢（高16 cm）支撑形成联合受力结构，管棚前后两端钢支撑间距按1 m控制，中间部位间距按2 m控制。用于固定钢支撑的锚杆采用φ25，长3 m的自进式锚杆，间距1.5 m。由于锚杆在散状物中支护效果不理想，需在钢支撑底部加横撑，以防钢支撑在围岩压力作用下向开挖断面内收敛。管棚超前支护和洞室钻爆开挖交替进行，洞室开挖在管棚保护下作业。

管棚的施工参数为（1）孔径：直径114 mm。（2）开孔角度：处于由隧道半径和隧道中心线所构成的平面内，且向外呈发射状与隧洞中心线呈5°～10°的夹角。（3）孔深：10 m～12 m。

灌浆、管棚施工由拱顶向底板推进，流出的散体物亦随灌浆、管棚的施工逐步向下清理。经管棚和灌浆处理,泥石流涌出现象得到控制。

3 隧洞裂隙水渗漏处理

隧洞裂隙水处理类型：地下洞室开挖过程中，可能会不同程度地遇到地下水，如何处理地下水是隧洞施工过程中需要解决的关键技术。新疆ABH某一级电站属于地下工程，山体植被较好，且雨量充沛，洞室开挖破坏了山体水体平衡，山体贮备水量沿裂隙、断层不断渗透，从而形成隧洞地下水渗漏甚至喷涌，在新疆某一级电站施工过程中，针对遇到的不同渗水方式，采取了不同的处理方法，取得了卓越成效。

3.1 顶拱渗水引导处理方法

在引水隧洞开挖阶段，由于开挖掌子面上涌水呈散状渗水，且渗水量较大，如水泼的一般，工人在掌子面上无法睁眼，操作极为困难，为了解决这一难题，采用在顶拱安装镀锌铁皮将渗水引排到边墙的方法，从而使开挖掌子面上的渗水适当引排，保证了操作工人的工作空间。

采用装载机将原钻架平台端至工作面作为人员操作平台，采用电钻在岩壁上钻孔，再打入膨胀螺丝，再将8＃铅丝与膨胀螺丝接牢，每个断面打8个孔。

8＃铅丝穿过镀锌铁皮后与纵向φ20钢筋相接，纵向钢筋每个断面14根，纵向φ20钢筋外是横向弧形钢筋，每块镀锌铁皮布置两排横向钢筋，钢筋采用搭接，搭接长度为50 cm。纵向钢筋充分利用I期支护的系统锚杆，与锚杆外露部分采用单面焊的方式连接而成。

为了防止砼浇筑时镀锌铁皮变形影响阻水效果，所以在镀锌铁皮相交时直接采用搭接，横向和纵向的搭接长度均为20 cm。具体施工方法见图4。

图4 镀锌铁皮安装

3.2 灌浆堵水法

引水隧洞浇筑阶段，由于渗水较大，将已浇筑的砼水泥浆带走，形成砼脱空区，针对引水隧洞某段涌水最大段的灌浆难题,分别选用双浆液灌注法、群孔群灌法、模袋堵水法、打排水孔引排法（引排是为了减轻堵水的压力）、堵漏剂封堵法等多种方法进行脱空区堵水灌浆施工。经过上述几种方法的综合运用，最终将由渗水而造成的砼脱空区回填密实，经设计、监理和施工单位共同验收达到预期效果。具体施工现场采取的施工措施如下：

（1）双浆液灌注法：采用两台注浆机同时向灌浆孔内注浆，一台注入0.5∶1的水泥浆液,另一台注入水玻璃溶液,水环璃溶液占整个灌注浆液的30%。

（2）群孔群灌法：在渗水较严重部位采用地质钻钻孔，钻孔深度入基岩面约30 cm，钻深约1.5 m,孔径分别为φ91和φ65，采用多台注浆泵同时注入水玻璃及水泥浆，利用多浆液及早凝固的特点进行堵水灌浆。

（3）模袋堵水法：将1寸钢管制作成花管，然后采取土工布包裹（制成模袋），伸入排水孔内，然后进行灌浆堵水施工。

（4）打排水孔引排法：在涌水量特别大的上游段，多打排水孔，尽量减轻涌水压力和涌水量，利用水流减小、减慢，采用上述方法进行灌浆处理，慢慢将缝隙水减小而最终达到灌浆堵水的目的。

（5）堵漏剂堵水法：堵漏剂堵水主要针对底板缺陷进行的堵水施工，为了保证底板砼的质量，在浇筑涌水较大的底板砼前，需要将底板及边角涌水封堵住，才能保证砼中的水泥浆液不被水流冲走，具体方法是采用大量堵漏剂将涌水点封堵住，堵漏剂选用品牌为堵漏王。

3.3 化灌堵水法

引水隧洞压力钢管回填、固结灌浆完成后，灌浆孔内仍存在少量渗水，这对压力钢管封孔带来极大的困难，采用加大灌浆压力进行灌浆堵水和堵漏王进行堵水均无法杜绝孔内少许渗水，压力钢管灌浆孔出现渗水现象，经过仔细分析确定灌浆孔渗水的原因是：砼内部存在细小裂缝，水分通过裂缝渗入到压力钢管加强板上，渗水又通过加强钢板与砼之间的收缩缝渗到灌浆孔上，故出现灌孔渗水不能完全封死的原故。为了尽快完成压力钢管灌浆孔的渗漏堵水施工，针对压力钢管灌浆孔的渗漏情况，采用了化学灌浆施工。化学材料选用聚胺脂A和聚胺脂B两种化学材料混合物因两种聚胺脂的流动性较好，且两种聚胺脂相遇后发生化学反应，3 min～5 min后产生一种胶质固态材料，此材料的强度可达到C50砼的强度。聚胺脂A和聚胺脂B两种化合物按1∶1的比例配制后立即灌入，实施较为方便，效果较好。具体方法如下：

（1）清理：详细检查每个压力钢管灌浆孔渗漏情况，确定灌浆孔深度在压力钢板与砼交界处。清理干净灌浆孔内壁，凿除砼表面析出物，露出加强钢板与砼的缝面，确保表面干净、润湿。

（2）钻孔：使用电锤等钻孔工具沿灌浆孔进行钻孔，钻头直径为14 mm，钻孔深度≥加强钢板的厚度。

（3）埋嘴：在钻好的孔内安装灌浆嘴（又称之为止水针头），并用专用内六角扳手拧紧，使灌浆嘴周围与钻孔之间无空隙，不漏水。

（4）洗缝：用高压清洗机以2 MPa～3 MPa的压力向灌浆嘴内注入洁净水，观察出水点情况。

（5）封缝：将洗缝时出现渗水的裂缝表面用快干水泥进行封闭处理，目的是在灌化学浆时不跑浆。

（6）灌浆：使用高压灌浆机向灌浆孔内灌注化学灌浆料。当灌浆压力开始起压至设计压力（压力钢管允许的灌浆压力），保持压力3 min～5 min，即可停止本孔灌浆，改灌相邻灌浆孔。

（7）拆嘴：灌浆完毕，确认不漏即可去掉或敲掉外露的灌浆嘴。清理干净已固化的溢漏出的灌浆液。

（8）封口：用快干水泥进行灌浆口的修补、封口处理。

（9）防水：用聚氨酯防水材料将化学灌浆部分涂三遍（底涂、中涂、面涂）以作表面防水处理。

4 结论

在新疆某一级电站隧洞开挖过程中，针对边顶拱塌方、洞内泥石流、边顶拱渗水引排、已浇砼脱空区堵水灌浆、压力钢管灌浆孔堵漏等难题，制定了对应的施工方法，均取得较好的效果。

目前水电站隧洞较多，而针对各种不同的特殊地质条件和渗漏堵水难题，可以灵活采用不同的施工方法进行处理。新疆某一级电站隧洞施工中遇到的工程实例所采用的方法和施工参数可以为类似工程提供有益的借鉴。