黃亮　李秀洪

【摘要】本文簡要介紹了小灣水電站拱壩壩肩抗力體地質(zhì)缺陷工程規(guī)模、工程地質(zhì)和抗力體布置特點，抗力體地質(zhì)缺陷面積大、地質(zhì)復(fù)雜、施工通道狹小、施工安全風險突出，施工布置、工藝（方法）、質(zhì)量、安全是關(guān)鍵、予以高度重視，結(jié)合設(shè)計要求，采取先進的開挖施工方法、安全監(jiān)測手段，順利完成施工，施工成果達到設(shè)計和施工規(guī)范要求?？沽w地質(zhì)缺陷施工布置、工藝（方法）、安全監(jiān)測手段可為相關(guān)地下地質(zhì)缺陷處理工程提供借鑒及經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】抗力體；地質(zhì)缺陷；開挖；施工技術(shù)

1、概況

1.1 工程概況

小灣水電站位于云南省瀾滄江中游河段，是中下游河段的龍頭水庫，最大壩高294.5m。壩肩兩岸地下共布置了14層置換洞，左岸地下布置4層置換洞（共17條置換洞、2條豎井），左岸布置10層置換洞（共25條置換洞），各種洞室分布長短不一、洞徑大小不一、方位不同，在平面上相交，空間上交錯。置換洞布置如圖1、2。

1.2 地質(zhì)條件

壩址地段分布的巖層為時代不明的中～深變質(zhì)巖系（M）及第四系，巖層呈單斜構(gòu)造。左岸主要分布有斷層Ⅱ級F7一條，Ⅲ級F11、F5、F20三條；右岸主要分布有斷層Ⅱ級F7一條，Ⅲ級F11、F5、F10、F3、F9等五條，產(chǎn)狀為近EW走向，陡傾角，屬順層擠壓性質(zhì)，蝕變帶主要有E1、E4、E5、E2等4條。典型斷層和蝕變帶如圖3、4。

1.3 開挖施工概述

左右岸設(shè)計布置的置換洞室斷面類型和數(shù)量較多，長短各異，分布相對復(fù)雜，開挖的特殊性，其開挖主要是清除軟弱地質(zhì)結(jié)構(gòu)面，開挖均處在不良地質(zhì)段中，開挖過程是一個不斷跟蹤構(gòu)造帶、斷層、蝕變巖體的過程，在施工過程中，每開挖進尺5m～7m段，都需要由業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計及施工四方組成的地質(zhì)跟蹤小組對洞室地質(zhì)情況進行鑒定，確定下一開挖段的方位和洞室的斷面尺寸。

開挖時同一立面、高程上相鄰的洞室，靠近拱壩建基面的洞口10m段開挖自上而下及早開挖施工，該范圍內(nèi)洞段開挖應(yīng)在上層洞段的支護措施全部完成后，方能進行緊鄰下層洞口段的開挖；10m以外洞身段，遵循自上而下、間隔開挖的總體順序，原則上要求上、下層洞塞襯砌澆筑完畢7d后方能進行緊鄰的中間層洞塞相應(yīng)洞段開挖，間隔開挖的洞塞，其開挖應(yīng)錯開施工，先施工洞塞的支護須超前后施工洞塞的開挖至少20m。

2、抗力體施工布置

2.1 施工總布置

結(jié)合設(shè)計院對壩肩抗力巖體受力結(jié)構(gòu)研究及置換洞和邊坡錨固設(shè)計布置，研究地形、地質(zhì)條件，與周圍大壩標段及其它標段等標段相互關(guān)聯(lián)互相干擾的問題，優(yōu)化施工組織設(shè)計，合理布置施工通道、臨建設(shè)施是保證施工進度的關(guān)鍵。

結(jié)合抗力巖體置換洞塞與周邊排水、灌漿、監(jiān)測等洞室交叉，以及緊靠大壩施工的上中下層施工道路，綜合利用現(xiàn)有通道，合理布置施工通道、臨建（附屬）設(shè)施。

2.2 施工道路布置

左岸區(qū)域布置2條施工豎井和不同高程布置11條施工支洞與置換洞、坡面公路連接，作為施工通道。

右岸區(qū)域布置3條施工豎井和不同高程布置17條施工支洞與置換洞連接、坡面公路連接，作為施工通道。

3、抗力體地質(zhì)缺陷開挖施工

3.1 開挖施工規(guī)劃

左、右岸置換洞為分層布置形式，相鄰洞層基本位于同一立面上，且在同一平面內(nèi)大多都存在交錯布置。開挖時同一立面、高程上相鄰的洞塞，靠近拱壩建基面的洞口10m段開挖自上而下盡早開挖施工，該范圍內(nèi)洞段開挖應(yīng)在上層洞段的支護措施全部完成后，方能進行緊鄰下層洞口段的開挖；10m以外洞身段，遵循自上而下、間隔開挖的總體順序，要求上、下層洞塞襯砌澆筑完畢7d后方能進行緊鄰的中間層洞塞相應(yīng)洞段開挖，間隔開挖的洞塞，其開挖應(yīng)錯開施工，先施工洞塞的支護須超前后施工洞塞的開挖至少20m。

由于斷層產(chǎn)狀在平面上、立面上均有變化，特別是蝕變巖體分布不均一，要求超前勘探洞每開挖進尺5～7m左右，將洞室表面粉塵、石渣用水清洗干凈，通知、監(jiān)理、設(shè)計對洞室地質(zhì)條件進行鑒定，確定下一步的開挖洞向和洞徑。

同一立面、高程上相鄰的洞室遵循間隔開挖的總體順序：洞高8m以上城門型斷面均分為2～3層進行開挖支護，先挖超前探洞2.5m×2.5m，進行地質(zhì)缺陷鑒定確定開挖方位后再擴挖高度約5m，再地質(zhì)缺陷鑒定確定開挖方位、洞徑，最后擴挖或下層開挖高度3～5m；洞高8m以下城門型斷面先挖超前探洞2.5m×2.5m，進行地質(zhì)缺陷鑒定確定開挖方位后再全斷面擴挖。

開挖采用手風鉆造孔，中心掏槽，分層爆破，周邊輪廓光面爆破法。遵循弱爆破、短循環(huán)、勤支護的方法。

開挖支護過程中，相應(yīng)的進行安全監(jiān)測項目的施工，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時調(diào)整開挖方案。

3.2 開展控制爆破試驗

總結(jié)以往各型地下洞室開挖成功經(jīng)驗，結(jié)合小灣電站抗力巖體置換洞實際地質(zhì)情況，選取有代表性的洞室段，針對性地作爆破設(shè)計及專門的爆破試驗，2005年8月13日～2006年3月8日，抗力巖體置換洞塞限購?fù)瓿?次控制爆破試驗，右岸3次、左岸4次，取得了抗力體開挖控制爆破試驗研究成果。取得爆破試驗數(shù)據(jù)和效果檢查后，及時分析研究修改調(diào)整爆破設(shè)計，用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工。

3.3 平洞地質(zhì)缺陷開挖施工

置換洞開挖支護主要施工技術(shù)方案如下。

（1）一般置換洞開挖施工

一般置換洞分2～3個次序開挖：6m×6m以上大斷面先進行2m×2m超前地質(zhì)探洞開挖，擴挖滯后跟進的施工方法。每次開挖5～7米后進行地質(zhì)跟蹤鑒定：確定下一步洞軸線、斷面。隨后分兩層進行開挖支護，上層開挖高度約為4.0m，遇不良地質(zhì)洞段及時進行支護。下層開挖高度為3～4m，開挖后再次進行地質(zhì)跟蹤，確定巖層基建面是否滿足設(shè)計要求，必要時進行下部擴挖。6m×6m以下小斷面開挖類同以上施工。置換洞開挖成型后，與原設(shè)計圖比較，置換洞均有不同程度地優(yōu)化調(diào)整。

一般地質(zhì)段洞室，周邊孔采用密孔、小藥量光爆，系統(tǒng)支護及隨機支護施工。超前地質(zhì)探洞主要采用靈活多樣的人工鉆爆作業(yè)方式施工[3][5]。

（2）蝕變巖體洞開挖施工

蝕變巖體在各層洞室均有不同范圍內(nèi)分布，并夾有斷層帶分布，由密實的斷層泥、糜棱巖、蝕變巖組成，易吸水，吸水后巖石崩解、強度降低。

蝕變巖體置換洞身開挖分三步：先進行2m×2m超前地質(zhì)探洞開挖，擴挖滯后跟進的施工方法。每次開挖5～7米后聯(lián)合地質(zhì)跟蹤，開挖20～30米后，再分兩層進行開挖支護。

施工過程中按設(shè)計要求，及時布設(shè)多點位移計、聲波孔等監(jiān)測設(shè)施對蝕變巖體洞室實施監(jiān)測。

3.4 洞井開挖施工

左岸LZJA1、LZJA2豎井在EL.1220m、EL.1200m層置換洞開挖支護結(jié)束后進行施工，采用“反井法”、“正井法”相結(jié)合進行開挖，左岸EL.1220m層先期進行開挖支護施工，與豎井相交LZA洞開挖時，豎井頂部（LZA洞底部）下挖3米。EL.1200m層與豎井相交LKB1、LKB2洞上層開挖支護結(jié)束后，先采用人工手風鉆開挖2.5m×2.5mLZJA1、LZJA2豎井的反導(dǎo)井，再自上而下擴挖至設(shè)計斷面[5]。

擴挖渣料采用人工扒渣落至EL.1200m層洞塞，再采用2m3裝載機或0.15m3反鏟裝渣，小型自卸車水平運輸或0.3m3裝載機直接抬至LS2溜料豎井溜至L8施工支洞內(nèi)，最后由3m3側(cè)卸裝載機裝渣，自卸車運輸至指定渣場。

3.5 實施聯(lián)合地質(zhì)跟蹤

采用地質(zhì)跟蹤確定開挖范圍及面積，先開挖超前探洞5～7m（對于軟弱巖帶產(chǎn)狀變化部位3～5m），由業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工四方現(xiàn)場進行跟蹤鑒定，確定下一步開挖方位和范圍，然后再進行鉆孔爆破開挖方式。

4、施工監(jiān)測

開挖施工過程中為掌握圍巖變形發(fā)展情況，采用各種測量儀表、儀器、收斂變形、電視圖像、聲波測試、多點位移計、巖石應(yīng)力計對圍巖變化情況及各工序施工狀態(tài)下進行監(jiān)測，并按照監(jiān)測圍巖變形和應(yīng)力狀況，預(yù)見事故和險情，作為調(diào)整和修改設(shè)計方案、施工工藝的依據(jù)，及時調(diào)設(shè)計參數(shù)，保證設(shè)計數(shù)據(jù)的針對性和施工過程的安全性。以及掌握洞室周圍圍巖穩(wěn)定及動態(tài)變化，為圍巖缺陷加固處理工程建設(shè)提供了數(shù)據(jù)支持。

開挖過程中緊跟掌子面跟進聲波測試，所有開挖洞塞均安排聲波測試。聲波成果測試表明，大部分開挖松弛都在0.4～0.8m之間或松弛范圍不明顯，波速大多在4500m/s以上；個別洞塞個別孔出現(xiàn)孔口段低波速區(qū)超過1.5m，低波速段波速在2500m/s左右，經(jīng)過實際查勘，這些孔都位于結(jié)構(gòu)面上，或者孔口段在蝕變體中，出現(xiàn)低波速區(qū)。從整個聲波測試結(jié)果看：開挖造成的巖石松弛范圍都在0.6m左右或者不明顯，個別大的低波速區(qū)是由地質(zhì)原因造成，整個開挖爆破控制及支護效果均有效和較好。

5、施工質(zhì)量

抗力巖體地質(zhì)缺陷開挖充分體現(xiàn)了“新奧法”施工原則：“短進尺、弱爆破、少擾動，緊封閉，勤量測”；同時充分利用機械設(shè)備與施工人員有效結(jié)合，實現(xiàn)了斷層、蝕變巖體開挖、及時支護、快速循環(huán)的先進施工工藝。

開挖結(jié)束后，經(jīng)過聯(lián)合檢查驗收，開挖質(zhì)量滿足設(shè)計要求。

6、施工總結(jié)

小灣水電站壩肩抗力巖體地質(zhì)缺陷開挖施工，技術(shù)要求高，無經(jīng)驗借鑒，是一項極具挑戰(zhàn)性的設(shè)計、施工技術(shù)難題。施工期間，通過抗力巖體置換洞塞開挖，在積累了大量地下工程爆破施工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，重點在造孔設(shè)備選型、造孔精度控制、爆破參數(shù)制定等幾方面的綜合分析研究，并通過爆破工藝試驗、針對不同巖體工藝改進及采取一系列先進技術(shù)保證了置換洞開挖精度。使整個開挖爆破施工工藝向規(guī)范化、程序化，標準化發(fā)展，有效地提高爆破開挖質(zhì)量。同時，本工程在開挖施工中進行了精細化的施工管理，實施了“開孔證”、“終孔證”、 “準爆證” 三證制度，從而保證了置換洞的爆破開挖成形質(zhì)量。

抗力巖體置換洞室開挖于2005年7月15日開始進行開挖施工，2006年12月底順利開挖完成，所有洞室未發(fā)生一起較大塌方事故；施工高效、快速、安全，創(chuàng)造了極差地質(zhì)條件特殊洞室施工的開創(chuàng)性記錄。

先進的施工工藝、施工設(shè)備、人員合理配置，地下地質(zhì)缺陷處理工程施工形成了一套完整、成熟的施工方案，積累了寶貴的施工經(jīng)驗，可為今后類似工程的設(shè)計和施工提供經(jīng)驗及借鑒。

參考文獻：

[1] 電力行業(yè)標準，《水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》DL/T5099-1999

[2] 李明華，尹浩，《干河泵站工程地下廠房開挖施工》，云南水力發(fā)電，2013（3）

[3] 水利水電工程施工組織設(shè)計手冊，第三篇施工交通運輸，水利電力出版社

[4] 普國江，《高地應(yīng)力地區(qū)地下廠房貫穿開挖支護技術(shù)措施》，云南水力發(fā)電，2011（4）

[5] 中國水電顧問集團昆明勘測設(shè)計研究院， 《壩基壩肩地質(zhì)缺陷開挖與支護施工技術(shù)要求（第A版）》XW.TJ11A-2005