趙江鵬 趙洪旗 李立華 劉 輝 盧釗釗

（1、廣東華南水電高新技術(shù)開發(fā)有限公司，廣東 廣州510610 2、長澳大地工程有限公司，湖北 武漢430072）

1 電站概述

厄瓜多爾科卡科多辛克雷水電站（以下簡稱“CCS 水電站”）為引水式電站，位于厄瓜多爾Napo省和Sucumbios 省之間Chaco 地區(qū)和Lumbaqui 地區(qū)Coca 河流域，電站位于Salado鎮(zhèn)。CCS水電站項目總裝機容量1500MW，安裝8 臺水輪發(fā)電機組，年發(fā)電量88 億kW·h。主要由首部樞紐、輸水隧洞、調(diào)蓄水庫、地下引水發(fā)電系統(tǒng)4 個部分組成。CCS 水電站引水隧洞共布置有2 條壓力管道系統(tǒng)，采用1 拖4、“T”形分岔的供水方式。每條壓力管道系統(tǒng)由進水口、上平洞、豎井、下平洞、鋼管主管、岔管、支管組成。上平洞呈八字形布置，豎井及下平洞平行布置，中心間距80.15m，壓力管道最大靜水頭617.50m。

豎井由上彎段、垂直段及下彎段組成：上、下彎段轉(zhuǎn)彎半徑30m，長47.12m；1#豎井垂直段長478.855m，2#豎井垂直段長476.195m。豎井段開挖前期采用反井法施工形成直徑2m 的溜渣井，后期開挖采用新奧法施工，最大垂直開挖高度527m（含上下彎段）。豎井與上平段呈90°夾角，與下平段呈92°夾角；斷面均為圓形，開挖設(shè)計洞徑為7.3m，最大開挖洞徑達到Φ8.0m。

根據(jù)業(yè)主方提供的前期勘測資料，豎井部位僅在1#豎井左側(cè)20m 位置鉆有1 個從地表向下鉆探的300m 深地勘孔，地勘資料結(jié)果表明，引水豎井所在部位地層從老至新依次為：①Misahualli火山巖（J-Km），以火山凝灰?guī)r和火山角礫巖為主；②Hollin 沉積巖（Kh），泥巖和砂巖互層；③Napo沉積巖（Kn），泥巖、砂巖、灰?guī)r和泥灰?guī)r，以強風化為主；④第四系地層（Q），復雜成因松散沉積，厚度一般5～30m。上述地層中，泥巖一般為較軟巖，砂巖為較硬巖，火山凝灰?guī)r和火山角礫巖為硬巖。鉆孔壓水試驗結(jié)果表明，除斷層或擠壓破碎帶外，一般巖體滲透性為弱至中等程度透水。按RMR 分級結(jié)果為：豎井段Ⅱ類圍巖長度為443m，占全豎井段的82%；Ⅲ類圍巖長度為61m，占全豎井段的11%；Ⅴ類圍巖長度為40m，占全豎井段的7%。

2 安全監(jiān)測布置

壓力管道豎井段安全監(jiān)測斷面布置如圖1 所示。為了掌握豎井在開挖支護階段圍巖變形、錨桿應(yīng)力、滲透水壓力情況，分別在1 號、2 號豎井EL925.0m高程處各布設(shè)了1 個監(jiān)測斷面，監(jiān)測斷面儀器布置如圖2 所示（1 號豎井），每個監(jiān)測斷面布設(shè)4 套3 點式位移計，4 支錨桿應(yīng)力計，2 支滲壓計。

圖1 壓力管道豎井段安全監(jiān)測斷面布置圖

圖2 壓力管道豎井段開挖期監(jiān)測斷面儀器布置圖（1 號豎井）

3 安全監(jiān)測的施工

3.1 監(jiān)測儀器的選型

圖3 壓力管道1 號豎井多點位移計測值過程

圖4 壓力管道1 號豎井錨桿應(yīng)力計測值過程

根據(jù)設(shè)計圖紙要求，所安裝的監(jiān)測儀器均需滿足3MPa 的抗水壓強度。在選擇監(jiān)測儀器抗水壓強度時，考慮到兩點：一是監(jiān)測儀器的埋設(shè)高程為EL925.0m，庫區(qū)最高設(shè)計水位高程為EL1231.0m，通過換算，水頭壓力差略大于3MPa；二是后期高壓固結(jié)灌漿的影響，灌漿壓力的控制存在諸多不確定因素。綜合考慮，所安裝的監(jiān)測儀器均選擇抗水壓強度為4MPa。多點位移計選用國產(chǎn)弦式儀器，最大量程100mm，分辨率0.0235%F.S，測點為3 個，測點最深深度為10m。錨桿應(yīng)力計選用國產(chǎn)弦式儀器，量程為-200～+300MPa，分辨率0.025%F.S，長度0.2m，配筋直徑Φ25mm。滲壓計選用英國弦式儀器，量程4MPa，精度±0.1%F.S。

3.2 儀器的安裝

豎井開挖過程中工作面較小，為了避免近距離爆破振動、爆破飛石對監(jiān)測儀器、監(jiān)測線纜造成破壞，在掌子面超出監(jiān)測斷面10m后，重新提升施工平臺進行多點位移計、錨桿應(yīng)力計、滲壓計的鉆孔工作。

3.2.1 多點位移計的安裝

多點位移計孔口1m 鉆孔孔徑為Φ130mm，孔內(nèi)9.5m 鉆孔孔徑為Φ110mm，共計10.5m。開孔前調(diào)整好鉆機角度及方向，鉆孔過程中采用低壓慢速鉆進，鉆孔完成后用清水沖洗孔內(nèi)10～15min，并用連接的PVC管檢查孔內(nèi)通暢情況。多點位移計拼裝前先對傳感器進行檢查，確定其外觀完好無損，然后用二次儀表檢測看有無讀數(shù)不穩(wěn)情況。檢查無誤后對多點位移計按設(shè)計值進行預拉，預拉完畢用支架進行固定，擰緊固定螺絲。由于豎井開挖設(shè)計直徑為7.3m，受現(xiàn)場場地限制，多點位移計的拼裝工作只能在豎井口臥地拼裝完成，然后捆綁在鋼絲繩上采用卷揚機往下放至施工平臺，連隨注漿管、排氣管一起推送至孔內(nèi)。為了避免儀器的安裝時間過長而耽誤開挖施工，孔口封堵材料選用固化快、粘結(jié)強度高的樹脂錨固劑來進行封口，封口完成1 小時后即可進行注漿。注漿水灰比為0.6：1，注漿壓力控制≤0.5MPa，直至孔口排氣管和孔底排氣管全部返漿15～20s 后停止注漿。灌漿24h 后進行支架拆除，拆除前先用二次儀表對多點位移計進行測量，記下各測點測值A(chǔ)。拆除支架后測量記錄各測點測值B，比較測值B和設(shè)計要求測值C大小，看有無超出設(shè)計要求，如超出應(yīng)進行二次預拉。調(diào)試完畢測讀3 次，取3 次平均值作為多點位移計各測點基準值。

3.2.2 錨桿應(yīng)力計的安裝

錨桿應(yīng)力計鉆孔孔徑為Φ90mm，孔深為4.5m，鉆孔方向與多點位移計重合，高程低0.5m，二者測值可作對比分析驗證。鉆孔方式、安裝步驟、灌漿方法與多點位移計相同，這里不作重復描述。錨桿應(yīng)力計配筋分為兩部分，孔口部分錨桿長度1.1m，外露0.1m，孔底部分錨桿長度2.8m，配筋直徑與系統(tǒng)支護錨桿保持一致為Φ25mm。錨桿應(yīng)力計安裝采用套筒連接，絲扣部位用環(huán)氧樹脂進行密封，防止氧化生銹。灌漿24h 后對安裝的錨桿應(yīng)力計測讀3次，取3 次平均值作為基準值。

3.2.3 滲壓計的安裝

滲壓計安裝前應(yīng)先用水浸泡24h，待透水石完全飽和后才能進行安裝，取安裝前測讀3 次測值的平均值作為滲壓計基準值。鉆孔孔徑為Φ90mm，孔深為0.5m，安裝高程與多點位移計相同，安裝位置為2 支多點位移計夾角中線處，避免多點位移計灌漿沿圍巖裂隙滲漏堵塞滲壓計透水石。滲壓計采用土工布縫制的布袋包裹，布袋里面填充洗凈的中沙充當透水層。滲壓計放入孔內(nèi)前，先用水泥對孔內(nèi)壁進行涂抹，形成一層薄密的水泥保護層，防止后期高壓固結(jié)灌漿堵塞透水石，接著依次填入粒徑5～10mm 的小石、中沙，隨后把裝入儀器的布袋放置孔內(nèi)，布袋與孔壁四周空隙用粗砂填充，最后用樹脂錨固劑封堵孔口。

4 安全監(jiān)測在施工中的作用

4.1 把控圍巖位移

圖5 壓力管道1 號豎井滲壓計測值過程

隨著豎井的開挖，掘進深度不斷加深，圍巖深層部位、表層部位變形是怎樣發(fā)展趨勢，是否與設(shè)計計算結(jié)果相符合，變形量是否滿足繼續(xù)安全開挖的條件，監(jiān)測數(shù)據(jù)及時、準確的提供顯得尤為重要。豎井段監(jiān)測斷面安裝的多點位移計為3 點式位移計，能夠監(jiān)測圍巖不同深度的變形。圖3 為埋設(shè)在1 號豎井監(jiān)測斷面的一套多點位移計時間- 位移過程曲線。通過曲線圖可以看出，圍巖變形主要集中在表面，隨著1 號豎井開挖深度不斷加深，圍巖變形隨之緩慢增加，1 號豎井開挖結(jié)束，豎井段全線貫通，圍巖變形速率出現(xiàn)明顯遞增，隨后逐步減小直至趨于穩(wěn)定。經(jīng)分析，發(fā)生這一系列變形是因為在豎井開挖過程中，開挖面附近原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)遭受破壞，周圍巖體的應(yīng)力重新調(diào)整，包括主應(yīng)力大小和方向均發(fā)生改變，直至豎井開挖完成，圍巖最大主應(yīng)力方向最終旋轉(zhuǎn)為與豎井相切，中間主應(yīng)力方向最終旋轉(zhuǎn)為豎井軸向，最小主應(yīng)力方向最終旋轉(zhuǎn)為豎井的徑向?qū)е碌?。隨著開挖的結(jié)束圍巖變形趨于穩(wěn)定，說明豎井段在開挖過程中采用新奧法施工是安全的。豎井開挖過程中最大變形量為1.1mm，發(fā)生在圍巖表面，說明豎井開挖過程中主要變形來自于靠近洞壁處圍巖。

4.2 檢驗噴錨支護效果

豎井段開挖過程中采用新奧法施工，初噴隨開挖及時跟進，掛網(wǎng)和復噴在Ⅲ類圍巖滯后開挖掌子面約5m，Ⅳ類圍巖每開挖一個循環(huán)，支護一個循環(huán)。梅花形布置的系統(tǒng)錨桿結(jié)合掛網(wǎng)噴錨對圍巖進行了加固處理，充分利用了圍巖自身的承載能力。同時利用開挖過程中反饋的地質(zhì)資料和監(jiān)測數(shù)據(jù)不斷調(diào)整噴錨支護參數(shù)，總體上保證了豎井段圍巖的穩(wěn)定。豎井段監(jiān)測斷面安裝的錨桿應(yīng)力計配筋與系統(tǒng)支護錨桿一致，直徑為25mm。圖4 為埋設(shè)在1 號豎井監(jiān)測斷面與圖3 所示多點位移計同部位的錨桿應(yīng)力計時間- 應(yīng)力過程曲線。從曲線圖可以看出，錨桿應(yīng)力計所測應(yīng)力變化過程按時間順序為先緩慢增加，后逐步減小，隨后應(yīng)力迅速增加，隨之迅速減小直至平穩(wěn)。與該部位多點位移計按時間軸順序監(jiān)測數(shù)據(jù)相比較發(fā)現(xiàn)，錨桿應(yīng)力的變化真實反映了該部位圍巖應(yīng)力、變形情況，錨桿應(yīng)力與圍巖變形成正相關(guān)，當圍巖變形發(fā)生明顯遞增時，錨桿應(yīng)力也隨之增大，符合豎井段開挖實際施工情況，圍巖應(yīng)力與圍巖變形變化趨勢基本相對應(yīng)。從錨桿應(yīng)力計觀測數(shù)據(jù)來看，豎井段開挖過程錨桿應(yīng)力最大為1.4MPa，表明圍巖應(yīng)力較小，錨桿應(yīng)力未達到屈服狀態(tài)，噴錨支護加固圍巖效果明顯。

4.3 監(jiān)測滲水指導施工

豎井段反井鉆導孔打通后，滲水量較大，經(jīng)過流量測量，滲流達80～152.6L/s。經(jīng)過對比水文氣象數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)工程所處地區(qū)長年多雨，地表水豐富且受季節(jié)變化影響較小。初步分析，豎井段滲水主要來源于地表水補給地下水。

開挖深度未達到監(jiān)測斷面前，采取排水措施主要為排水孔排水，當洞內(nèi)有大面積滲漏水時，采用手風鉆鉆孔將水匯流引入排水孔內(nèi)進行排水，排水孔直徑40～50mm，入巖深度3.0m，間距2～3m。當洞內(nèi)有小面積滲水時采用排水孔排水無形中增加了工作量也影響施工進度。當洞內(nèi)出現(xiàn)大的涌水且較集中時，排水孔排水又無法滿足排水需求，噴出的有壓水也對施工造成了一定難度。

1 號豎井監(jiān)測斷面安裝的滲壓計時間- 水頭過程曲線如圖5所示，通過曲線圖可以看出，滲壓計剛安裝時，埋設(shè)部位有少量水頭，說明監(jiān)測斷面附近圍巖有少量含水。隨著開挖深度加深，監(jiān)測斷面附近圍巖含水逐步減少，滲壓計測值出現(xiàn)負水頭。直至開挖結(jié)束，滲壓計測值一直呈現(xiàn)負水頭，并趨于穩(wěn)定。初步分析滲壓計測值出現(xiàn)負值是因為埋設(shè)部位由有水頭轉(zhuǎn)變?yōu)闊o水頭，出現(xiàn)負壓，導致傳感器膜片逆向變形而造成的，說明開挖過程中采取排水措施是可行的，有明顯效果，同時應(yīng)根據(jù)滲水量大小改進排水方案，采取不同的排水措施。經(jīng)過借鑒國內(nèi)外施工經(jīng)驗，根據(jù)滲流量大小采取了排水孔排水、盲溝系統(tǒng)排水和涌水引排三種方式相結(jié)合的排水方法，為豎井開挖期和后期襯砌混凝土澆筑提供了干地施工環(huán)境，保障了施工工期有效按計劃進行。

5 結(jié)論

通過厄瓜多爾- 科卡科多辛克雷水電站超深高壓豎井開挖施工實際經(jīng)驗來看：

5.1 安全監(jiān)測的規(guī)范施工是保障監(jiān)測數(shù)據(jù)真實可靠的前提。

5.2 及時、準確地反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)信息是加快施工進度、提高經(jīng)濟效益、保障施工安全的有效手段。

5.3 利用監(jiān)測數(shù)據(jù)中不同圍巖深度變形的物理量進行科學可靠的量化分析，可以掌握圍巖變形形態(tài)及趨勢，為施工進度保駕護航。

5.4 不同監(jiān)測類型的監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)綜合對比分析在一定程度上可以校核由單種儀器監(jiān)測數(shù)據(jù)帶來的精度誤差，從而更準確的驗證豎井開挖噴錨支護效果，及時調(diào)整不合理的支護參數(shù)，為以后新建同類型項目提供寶貴的技術(shù)經(jīng)驗。

5.5 施工技術(shù)經(jīng)驗與監(jiān)測數(shù)據(jù)相結(jié)合，利用科學的、嚴謹?shù)?、準確的監(jiān)測信息調(diào)整施工措施，指導施工。