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摘要：东谷水电站引水隧洞卡龙沟段属砂卵石地层，围岩极不稳定，成洞条件较差，不能自稳，地质条件对施工极为不利，须采用浅埋暗挖法进行该段施工，根据设计，采用超前管棚法对拟开挖洞段进行一定长度的超前支护后，再进行开挖成洞。
关键词：引水隧洞；砂卵石地层；管棚；开挖支护
1 前言
东谷水电站位于四川西部甘孜藏族自治州丹巴县西南部东谷河上，为东谷河干流河段规划的第一级梯级电站。电站装机容量75MW，3台立式水轮机组，工程由挡水建筑、引水系统和厂区枢纽组成。
引水隧洞沿东谷河左岸安插，全长9025m.。本标段施工隧洞长7840m，隧洞进口底板高程EL.2211.60m，出口底板高程EL.2176.50m，纵坡i=3.9‰ 。引水隧洞卡龙沟段270m，开挖断面城门洞型，6.6m（宽）×6.9m（高）（包含顶拱及边墙须预留的钢拱架尺寸），其余洞段开挖断面为6.2m（宽）×6.2m（高）城门洞型，共有4条施工支洞（0#、1#、2#、3#）。
引水线路卡龙沟段280m为砂卵石地层，地貌上形成沟槽，该沟汇水面积大于20km2，水量较大注入东谷河，沟口主要为泥石流堆积物。右侧谷坡陡峻，坡度一般45～60°，两岸及坡脚和谷底第四系松散堆积层分布广泛厚度大，地下水水量较丰富。
2 施工方法
引水隧洞卡龙沟段属砂卵石地层，围岩极不稳定，成洞条件较差，不能自稳，地质条件对施工极为不利，须采用浅埋暗挖法进行该段施工。根据设计，采用超前管棚法对拟开挖洞段进行一定长度的超前支护后，利用破碎锤及0.3m3小型反铲配合人工扒渣（若遇较大孤石，可先用小炮分解），ZL50侧翻装载机洞内装车，10t自卸汽车运出洞外。
管棚为9m一排，排间搭接长度2m，采用DN108mm、壁厚6mm的热轧无缝钢管，钢管环向中心距约33cm（环向角约6°），每环共计32根，外插角2°。钢管安装完毕后，按照设计要求对钢管内部进行注浆，待浆液达到规范允许的强度后才进行开挖作业。开挖过程中根据掌子面揭露的围岩情况，若遇不稳定松散地层，采取补加小导管注浆的方式对掌子面及未开挖洞段进行超前加固处理，具体措施由业主、监理、设计、施工四方现场确认。
开挖初拟按照每0.5m一个循环（每循环进尺根据实际情况调整），每开挖一个循环立即对揭露围岩进行初喷封闭，随即安装挂网及工字钢支撑并布设锁脚锚杆和连接筋。钢支撑及挂网安装结束后，采用C20喷混凝土对支护面进行封闭，厚度10cm。
每个循环开挖结束后，设计地质工程师须及时对揭露的围岩进行判定，并提出处理意见，当掌子面、边墙或底板自稳能力较差时，采用超前小导管对拟开挖洞段进行超前固结灌浆，浆液达到一定强度后方可继续向前掘进。上一循环未支护结束，不得进行下一循环开挖作业。
3 施工工艺
3.1管棚施工
3.1.1钻孔
考虑卡龙沟段属砂卵石地层，整体性较差，且该段地下水极为丰富，为保证成孔质量，拟采用潜孔锤跟管钻进法，到位后反钻退出内钻杆及冲击器。采用1m和1.5m长的管节交替使用，确保相邻两根管棚钢管的接头错开，隧道纵向同一断面内的钢管接头数不大于50%。
造孔采用管棚钻机，钻孔按照先两侧后中间，自下而上间隔钻孔的顺序两侧对称进行，先施工奇数孔，再施工偶数孔。为了防止注浆过程中发生串浆，每钻完一个孔，随即对该孔的钢管进行注浆，上一孔注浆完成后再转入下一孔的钻孔施工。
钻机开钻时，宜先低速钻进，待成孔1m后视情况适当加压，根据地质情况调整钻进速度，避免卡钻现象及保证成孔质量。钻进过程中要经常检测钻杆角度及位置。作好钻进过程的原始记录，及时对孔口岩屑进行地质判断、描述，作为开挖洞身的地质预报及指导洞身开挖的参考依据。
3.1.2注浆
根据设计图纸，管棚钢管内注浆采用M20水泥砂浆进行充填，增强管棚的刚度和强度。管棚注浆遵循“先两侧后中间、钻一孔注一孔、注一孔钻一孔、浆液由下至上”的原则。注浆前预先在钢管内埋设排气管，管内注浆按照由孔口向孔底、由低至高的原则进行，当排气孔流出浆液后，关闭排气孔，继续灌浆，达到规范规定的注浆量或注浆压力时，方可停止注浆。
注浆施工由两端开始，向隧洞拱顶方向推进，开始时注浆的浆液浓度要低一些，根据实际情况逐步加浓。注浆时若出现压力表指示值持续在1.0MPa以下，则要停止注浆进行检查，可依实际情况采取稍停注浆或调整浆液的方法处理。
3.1.3管棚工作室
为确保第二排及后续管棚具备开孔条件，在第一排管棚施工时采用向上10度的仰角，每排管棚开挖的最后3m适当的逐渐扩大开挖断面，渐变开挖至设计开挖断面轮廓线以外50cm，确保后一排管棚具备开孔条件，确保管棚及钢支撑结构不侵占衬砌结构线，根据开挖情况适当加大钢支撑高度及横向跨度，或在钢支撑顶部增加型钢附拱，确保钢支撑结构与顶部围岩直接接触受力。
3.2超前小导管注浆
在大管棚施工过程中，根据围岩情况适当补加超前小导管措施，对待开挖的掌子面、顶拱、边墙、底板等进行超前支护加固。
3.2.1工艺流程
超前小导管注浆的工艺流程：导管制作→布孔→钻机钻孔→清孔→小导管安装→注浆→检验验收。
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3.2.2钢花管制作
小导管规格为A42×4mm，长度为4.5m，前端10cm做成尖锥形，尾部距管口60mm焊接A6钢筋加劲箍，管壁上每隔25cm梅花型钻孔，眼孔直径为10mm，尾部长度100cm作为不钻孔的止浆段。小导管制作在综合加工厂内完成，验收合格投入使用。
3.2.3钻孔及安装
根据现场地质情况由现场工程师确定小导管位置，用YT-28风钻钻孔，孔径须较设计导管管径大20mm以上。用YT-28气腿钻将小导管顶入孔中，保证管内有无充填物。用M25水泥砂浆封堵导管周围及孔口。建议钢管安装时管端外露30cm，以便安装注浆管路。
3.2.4小导管注浆
采用注浆泵注浆，注浆前冲洗管内沉积物，并进行压水试验，灌浆压力控制在1.0MPa，根据设计文件和试验结果确定注浆参数，砂浆强度等级为M20，当小导管注浆密实后停止注浆。注浆顺序按从下部往拱顶的顺序，先注无水孔，后注有水孔；先注小水孔，后注大水孔。
3.2.5注浆效果检查及质量判定
在注浆过程中、结束时和开挖过程中均需检查注浆效果。注浆过程中主要检查砂浆配合比及拌和质量。注浆结束时，检查注浆记录，每孔注浆量是否达到结束标准。开挖时检查开挖边缘是否整齐、浆液渗透半径、浆液固砂情况等，为下一步修改注浆参数提供依据。根据各阶段检查情况，评定合格与不合格，质量不合格返工。开挖时发现质量不好应加强支护措施，并在下一循环改进。
3.3开挖与支护
开挖采用环形开挖预留核心土法，在断面顶部以弧形导坑领先，并进行支护，其次开挖下半部两侧，再开挖中、下层核心土的方法，在“微台阶法”（纵断面）的基础上预留核心土（横断面）分层进行开挖。
在施工时，环形开挖预留核心土每循环开挖进尺宜为0.5m，预留核心土面积的大小应满足开挖面稳定的要求，确保低于开挖断面面积的50%；开挖完成后及时施作喷、锚支护，安装钢支撑，每两榀钢架之间采用钢筋连接，并布设锁脚锚杆；上部弧形，左右侧墙部，中部核心土开挖各错开3～5m平行作业；全断面初期支护完成距离拱部开挖面不宜超过15m。
初期支护按照设计要求采用I20钢支撑，每间距0.5m布置一榀（支护参数以设计文件为准，间距可根据开挖揭露的实际情况进行适当调整，调整方案须经业主、监理、设计、施工4方现场确认），每榀钢架安装好后在其边墙钢支撑设置八根L=2.5m的Φ25锁脚锚杆固定，以限制初支下沉。榀间布设C25@1000连接筋，所交锚杆外露端按照设计图纸与支撑工字钢焊接牢固，工字钢底脚埋入基岩30cm并铺衬0.50m×0.40m钢垫板。拱架安装就位后，钢拱架与围岩之间的间隙应用喷射混凝土充填密实，并使钢拱架与喷射混凝土形成整体，构成初期支护体系。
因引水隧洞卡龙沟段设计文件未设置系统锚喷支护，该段施工主要考虑施工期的临时支护，锚杆主要为工字钢支撑的锁脚锚杆及可能出现的随机锚杆。锚杆优先选用普通砂浆锚杆，考虑卡龙沟段属砂卵石地层，且地下水丰富，现场实际造孔难以成孔时采用中空自进式锚杆。
4 重、难点分析
4.1管棚造孔精度及成孔
引水隧洞卡龙沟段为泥石流堆积体，围岩极不稳定，自稳能力差，为保证其进洞安全，宜采用长管棚作为超前支护措施。松散破碎、强度不均匀的复杂软弱围岩处，造孔精度差，且采取常规工艺，成孔困难，管棚施工质量难以保证。
为保证管棚成孔质量，拟采用潜孔锤跟管钻进法，采用对芯潜孔锤，钻杆外套管棚钢管一起钻入，到位后反钻退出内钻杆及冲击器。钻机就位前在洞外场地上对钻杆进行试装，根据连接好的与管棚长度相同的钻杆的挠度，调整钻杆钻进角度，确保管棚不侵线，也不上扬过高，保证管棚施工质量。
4.2地下水
根据测量数据显示，引水隧洞卡龙沟段顶部最浅埋深仅为27m，且上部为常年过水的混凝土结构冲沟，水流量较大，其底部在前期施工时并未做防渗处理。因此在此段开挖至冲沟底部附近时，地下水极为丰富，且水头较高。
由于该洞段含水层厚度较厚，渗透系数较大，为避免冒水及塌方事故的发生，拟在洞内采用明排法对地下水进行疏导引排，在洞内集中渗水点处采取土工布等反滤措施疏导渗水，当汇水量较大时，在掌子面附近选取合理位置下挖集水井集中抽排。
4.3开挖及爆破
由于引水隧洞卡龙沟段为泥石流堆积体，围岩情况极为复杂，可能存在砂土、卵石、块石、树根等，常规爆破开挖极易对围岩造成扰动，为避免塌方冒顶事故的发生，拟采用破碎锤配合人工手持风镐进行开挖，对于强度较高、体积较大的岩体或块石采用小药量松动爆破形成裂缝，采用破碎锤破碎至开挖轮廓。
爆破及开挖期间须对洞内围岩收敛变形及地表沉降变形进行定期定时观测，发现不利情况立即停止洞内施工并协调监理、设计、业主等相关单位协商处理方案，除险加固并验收合格后方恢复洞内施工，确保洞内施工安全。
5 结语
东谷水电站引水隧洞卡龙沟段地质条件复杂，应充分考虑本标段的特点和实际情况科学合理地组织施工，拟定安全可靠的施工及支护方法。针对卡龙沟实际地质条件及地表环境，采取管棚法施工方案，采取人工开挖及出渣，无大药量爆破开挖，施工中加强变形监测，较为安全可靠，对地表建筑物影响较小，保证掘进与后续支护工作安全进行，是一种有效合理的施工方法。该工程经过一段时间的施工实践，效果良好，工程进展正常。
作者简介：
方俊（1971-），女，四川成都人，讲师，从事水电运维职业技能鉴定、教育培训工作；
彭勇（1971-），男，湖北天门人，高级工程师，从事水利水电工程建设管理工作。
论文作者:方,俊1,彭,勇2
论文发表刊物:《防护工程》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/30
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