泸定水电站浅埋覆盖层开挖支护施工技术

任喜军，杨芳

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，长沙410000）

1 工程案例

1.1 工程概况

泸定水电站位于四川省泸定县境内，为大渡河干流水电梯级开发的第12 级电站，装机容量4×230 MW。上距康定市城区44 km，下距泸定县城2.5 km，国道318 线从工区通过，对外交通方便。

枢纽工程由黏土心墙堆石坝、泄洪建筑物，引水发电系统等建筑物组成，泄洪建筑物由1#、2#、3#3 个泄洪洞组成。其中，2#泄洪洞兼做后期导流洞使用，在截流后的第一个汛期投入使用，为本工程施工工期控制的关键项目。2#泄洪洞位于大渡河右岸，洞身段长1 370.35 m，进水口高程1 315.00 m，出口高程为1 290.00 m，长约1 370.35 m，纵坡为11.23%。隧洞为城门型洞，开挖断面尺寸为16.0 m×23.0 m。

1.2 工程地质

浑水沟段桩号为0+680～0+715，水平埋深70～200 m，垂直埋深6～40 m，浑水沟常年流水，据SZK45 孔揭示，过沟段覆盖层厚度6.69 m，为灰黄色碎砾石。碎砾石成分较单一，主要为闪长岩，少量花岗岩、石英岩。洞室上覆岩体最小厚度约6 m，为灰白色花岗岩，岩石破碎，岩芯多呈3～6 cm 短柱状，部分0.5～3 cm 棱角状碎块，少量15～25 cm 长柱状，碎块表面新鲜。岩体节理裂隙较发育，钻孔岩石质量指标RQD≤20%，压水试验透水率q=3～10 Lu，属稳定性差～极不稳定围岩。

2 施工方案

由于浑水沟段围岩以Ⅳ、Ⅴ类为主，且地下水丰富，使得结构面的内摩擦力减弱，岩体产生塑性变形、崩解或不稳定的块体沿软弱结构面滑塌，稳定性极差，属稳定性差～极不稳定围岩。根据工程地质条件和可能存在较大涌水的情况。为了保证后续洞挖的安全、顺利地进行，先将地表水引流，然后，在地表进行预固结灌浆；洞内上层采用双侧壁法进行开挖施工。开挖前采用超前小导管预注浆支护，钢格栅支撑，喷聚丙烯纤维混凝土、锚杆初期支护；下层采用短循环、弱爆破施工。

2.1 地表水引排

由于浑水沟沟内常年有流水，为减少地表水下渗，造成围岩失稳，给洞内开挖带来不利影响，利用枯水期在洞顶先将沟内地表水采用3 根直径500 mm 的钢管将地表水引排。

2.2 超前固结灌浆

为了进一步探明浑水沟段地下岩层地质情况，特别是提前对该浅埋覆盖层地下洞段预先进行固结灌浆，以提高围岩承载力和自稳能力。

1）利用枯水期，提前对浑水沟段地表地表土层进行清理，减少荷载。

2）从地表向下进行固结灌浆钻孔，钻孔向外偏角度10°～20°，间排距为2 m×2 m，钻孔深度为设计开挖面以下1.0 m，长度为18～22 m，共布设灌浆孔46 个。钻孔采用HGr-200 型地质钻机钻孔。钻进过程中，对所有钻孔均进行孔内注水实验，并对其中10%的钻孔进行取芯分析。通过注水试验，探测各段水文地质情况，包括渗水量和水压力等。

3）固结灌浆按分序加密的原则分两序进行，按I 序→Ⅱ序→检查孔的顺序施工。

4）灌浆自上而下，小孔径钻进，采用栓塞阻塞，孔内循环。

5）每个孔按4 段灌注，钻进2～3 m 后开始下套管，每段灌浆技术参数如表1 所示。

表1 灌浆技术参数

6）根据钻孔和注水实验情况分别进行。

首先，对于孔内岩石非常破碎，渗水量大（不返水），直接采用1∶0.5～1∶0.35 的浓水泥浆直接进行灌注，灌浆压力0.3～0.5 MPa，如果灌浆过程中，耗浆量特大则分别采用以下处理方法：（1）合理减小灌浆压力，采用限流、限量、间歇灌浆方法；（2）掺加水玻璃，加速浆液凝固，缩短凝结时间；（3）直接采用水∶水泥∶砂=0.38～0.45∶1∶1 的水泥砂浆。

其次，对于孔内岩石比较破碎，渗水量较大（渗水速度≥30 L/min），直接采用2∶1 水泥浆进行灌注，然后根据灌浆情况逐级加浓至1∶2 的浓水泥浆直接进行灌注，灌浆压力0.3～0.5 MPa。

最后，对于孔内岩石相对较好，渗水量不大（渗水速度＜30 L/min），先采用5∶1 水泥浆进行灌注，然后根据灌浆情况按3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1 的逐级加浓，灌浆压力0.3～0.5 MPa。

7）串浆处理：（1）待灌孔串浆量较小时，可在灌浆同时在被串孔内通入水流，确保水泥浆不在孔内沉淀；（2）待灌孔串浆量较大时，若是具备施工条件可同时灌浆，否则需封闭被串孔，直至灌浆结束后，打开被串孔并进行扫孔冲洗，然后尽早完成此孔的灌浆；（3）若是2 孔同时灌浆，而2 孔段灌浆压力不同，一旦出现串浆情况，无法达到灌浆结束标准，需封闭灌浆压力较小的浅孔，直至完成深孔灌浆作业后，再对浅孔进行灌浆施工。

8）压水实验：为检查固结灌浆的施工质量，在离原来取芯并做注水试验的孔1 m 处，钻检查孔，并进行压水实验，检查孔比相应的固结灌浆孔浅1 m，达到开挖结构线即可。检查孔压水采用三点法压水试验。通过压水检查表明，透水率最大的为7 Lu，最小的为0.4 Lu，满足地表固结灌浆的预期效果。

2.3 超前小导管注浆

浑水沟段根据2#泄洪洞的开挖直径较大、地下水丰富，渗水量达到25 L/min。开挖前，先用喷射混凝土将开挖面和5 m范围内的坑道封闭，然后沿设计开挖轮廓线，以20°外插角，向掌子面按30 cm/根布置φ42 mm，长度L=3.5 m 的小导管，并注浆，与坑道周围形成一定胶结强度的结合体，小导管尾部焊接于钢格栅上，共同组成支护体系，然后进行开挖等作业。

小导管的搭接长度为2 m，注浆采用KBY-50/70 双液注浆机压注水泥-水玻璃浆液。注浆前通过现场试验确定注浆参数。当每孔注浆量达设计要求时，可结束注浆，注浆参数见表2。多排管注浆时需注意串浆问题，每钻完1 孔及时注浆，注浆由下而上、由里朝外。工艺流程如图1 所示。

表2 小导管注浆参数表

图1 小导管施工程序框图

2.4 洞身开挖

洞身开挖采用中导洞先行，侧墙开挖随后，初期支护紧跟开挖面。

中导洞为3 m×4 m(宽×高)，采用“短进尺、弱爆破、勤支护”的施工方法，每循环进尺控制在2.0 m 以内。开挖之后，初步进行危石清理，立即初喷5 cm 厚喷聚丙烯纤维混凝土。纤维混凝土封闭岩面，然后进入下一循环施工。中导坑开挖贯通后，再进行小导管注浆及侧墙扩挖施工。

侧墙扩挖前先进行超前小导管注浆施工，并将小导管尾部焊接于钢格栅上，共同组成支护体系。然后，在支护体系的保护下进行开挖支护等作业。扩挖施工采用“短进尺、弱爆破、勤支护”的施工方法，每循环进尺控制在2.0 m 以内，每循环开挖后立即初喷5 cm 聚丙烯纤维混凝土。封闭岩面，然后进行钢格栅、锚杆及复喷混凝土支护工作，以确保施工安全。

2.5 初期支护施工

为保证工程施工安全，开挖后应及时进行初期支护施工。钢格栅采用钢筋场内分节制作，钢格栅连接钢板用螺栓连接。间距70 cm/榀，每榀钢格栅设φ25 mm（L=6 m）锁拱锚杆，锚杆间距0.8 m，与钢格栅焊接在一起，钢格栅之间采用φ28 mm纵向连接钢筋形成整体，间距1.0 m。同时，为保证中下层开挖的施工安全，钢格栅底部布设φ28 mm（L=9 m）锁脚锚杆，每榀4 根，两侧各2 根。

钢格栅施工完毕后，及时进行复喷混凝土施工，完成初期支护，保障洞室工程施工安全。复喷混凝土必须将钢格栅和纵向连接钢筋全部覆盖完毕，以增加钢格栅的刚度和整体稳定性。以上支护工作全部完成后，再进入下一循环开挖支护工作。

3 结语

经过2#泄洪洞浑水沟段开挖情况表明，采用预灌浆+小导管注浆可以把开挖轮廓线周边一定范围内的破碎围岩固结成一定胶结强度的结合体，提高了掌子面前方围岩的强度和刚度。及时进行初期支护，大大地减少了开挖引起的围岩松弛、坍塌或沉降，大大提高了浅埋覆盖层岩体的稳定性和自稳能力，保障了工程施工的安全性。