徐 茂 華， 鄭 元 凱， 何 林 智

(四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川 成都 611130)

1 概 況

拉哇水電站位于金沙江上游川藏河段，是金沙江上游13級(jí)開(kāi)發(fā)方案中的第8級(jí)，屬一等大(Ⅰ)型工程，發(fā)電為主，總裝機(jī)容量2 000 MW，多年平均年發(fā)電量90.89億kWh(梯級(jí)聯(lián)合)。樞紐主要建筑物由擋水建筑物、泄洪消能建筑物、地下輸水發(fā)電系統(tǒng)等組成。⑧隧道位于西藏昌都市芒康縣，是電站⑧道路上的一座長(zhǎng)隧道，設(shè)計(jì)為單洞雙向行車隧道，隧道建筑限界9.5 m×4.5 m。⑧道路起點(diǎn)接②道路隧道K2+430處，終點(diǎn)連接至泄洪放空洞進(jìn)口平臺(tái)，⑧道路沿線地表多基巖裸露，出口段約100 m地表為崩坡積物。

2 圍巖開(kāi)挖和支護(hù)參數(shù)調(diào)整

在常規(guī)隧道開(kāi)挖過(guò)程中，嚴(yán)格按“新奧法”施工工藝，做到“超前地質(zhì)探測(cè)、超前支護(hù)、短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動(dòng)、早封閉、勤觀測(cè)、及時(shí)支護(hù)”。根據(jù)隧洞圍巖地質(zhì)條件，Ⅲ類圍巖采用全斷面開(kāi)挖施工，Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用小導(dǎo)管超前支護(hù)和分臺(tái)階開(kāi)挖的施工方法。初期支護(hù)應(yīng)緊跟開(kāi)挖掌子面，開(kāi)挖一段、支護(hù)一段。每段開(kāi)挖后，先噴3～5cm厚度的混凝土，封閉開(kāi)挖面，然后，再根據(jù)設(shè)計(jì)支護(hù)類型，支立格柵鋼架支撐，布掛鋼筋網(wǎng)，錨固錨桿，最后噴混凝土。

根據(jù)⑧道路工程施工圖設(shè)計(jì)上相關(guān)設(shè)計(jì)要求，明確了Ⅲ級(jí)圍巖、Ⅳ級(jí)圍巖、Ⅴ級(jí)圍巖的開(kāi)挖、支護(hù)參數(shù)：

Ⅲ級(jí)圍巖臨時(shí)洞段支護(hù)參數(shù)：初期支護(hù)采用10～12 cm厚C20噴射混凝土、φ6@25 cm×25 cm單層鋼筋網(wǎng)、C22砂漿錨桿(L=3 m)，環(huán)×縱間距1.5 m×1.5 m，梅花形布置；無(wú)二次襯砌。

Ⅳ級(jí)圍巖洞段支護(hù)參數(shù)：初期支護(hù)采用24 cm厚C20噴射混凝土、φ6@20 cm×20 cm單層鋼筋網(wǎng)、C22砂漿錨桿(L=3 m)，環(huán)×縱間距1 m×0.8 m(或1 m)，梅花形布置，H15.5 cm×15.5 cm格柵鋼架，間距80 cm或100 cm；二次襯砌采用厚50 cm C30混凝土、超前支護(hù)采用φ48 mm、@3.5 mm注漿小導(dǎo)管(L=4.5 m)，間距40 cm，頂拱110.5°范圍施工，縱向排距3.2 m或3 m，外插角12°。

Ⅴ級(jí)圍巖洞段支護(hù)參數(shù)：初期支護(hù)采用24 cm厚C20噴射混凝土、φ6@20 cm×20 cm單層鋼筋網(wǎng)、Φ25 mm中空注漿錨桿(L=4.5 m)，環(huán)×縱間距1 m×0.6 m(或0.8 m),梅花形布置，H15.5 cm×15.5 cm格柵鋼架、間距60 cm或80 cm；二次襯砌采用厚60 cm C30混凝土、超前支護(hù)采用φ48 mm×3.5 mm注漿小導(dǎo)管(L=4.5 m)，間距40 cm，頂拱110.5°范圍施工，縱向排距3 m或3.2 m，外插角12°。

在斷層帶中，隧道開(kāi)挖采用環(huán)形預(yù)留核心土法結(jié)合三臺(tái)階七步開(kāi)挖法施工，臺(tái)階步間距控制在1B～1.5B(B 為開(kāi)挖跨度)，每次開(kāi)挖進(jìn)尺不大于0.5 m。預(yù)留核心土法三臺(tái)階開(kāi)挖見(jiàn)圖1。

圖1 預(yù)留核心土法三臺(tái)階開(kāi)挖示意圖

間距調(diào)整為0.3 m，拱架之間采用C22的縱向連接鋼筋，環(huán)向間距1 m，每榀鋼架布設(shè)16根C22、L=4.5 m的鎖腳錨桿，噴混凝土厚度調(diào)整為26 cm，其余參數(shù)不變。開(kāi)挖過(guò)程中，每榀拱架應(yīng)及時(shí)接至完整基巖上，或者在拱架底部設(shè)混凝土基礎(chǔ)，保證拱架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3 掌子面封閉及塌腔回填

在施工過(guò)程中，開(kāi)挖至K0+709樁號(hào)時(shí)，出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，由參建各方現(xiàn)場(chǎng)勘察后，發(fā)現(xiàn)該段圍巖穩(wěn)定性較Ⅴ級(jí)圍巖差。針對(duì)這種情況，先對(duì)掌子面進(jìn)行封閉后，進(jìn)行塌腔回填。后續(xù)開(kāi)挖施工，采用大管棚[1]“跟管鉆進(jìn)”施工，順利跨越塌方段。

為防止在塌腔混凝土回填施工過(guò)程中混凝土漿液滲出渣體而影響渣體固結(jié)效果，同時(shí)便于觀察混凝土回填過(guò)程中渣體變形情況，對(duì)掌子面塌方渣體表面采用12 cm厚C20噴射混凝土進(jìn)行封閉。在K0+709樁號(hào)位置設(shè)置堵頭模板，預(yù)埋排氣孔，采用C20一級(jí)配泵送混凝土進(jìn)行塌腔回填，控制澆筑速度，防止二次坍塌。塌腔回填完成后，為保證回填質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)采用0.7∶1水泥漿(減水劑摻量1.2%)進(jìn)行注漿，注漿順序從兩側(cè)邊墻向拱頂、從孔底到孔口，壓力為1 MPa。

4 管棚施工與小導(dǎo)管超前支護(hù)的比較

4.1 管棚施工

在⑧道路隧道K0+711.5～K0+713樁號(hào)段，設(shè)置截面尺寸為150 cm×50 cm導(dǎo)向墻(內(nèi)設(shè)4榀I18工字鋼和導(dǎo)向管，C25混凝土結(jié)構(gòu))，混凝土澆筑完成等強(qiáng)72小時(shí)后開(kāi)始管棚鉆孔施工。

管棚的施工流程為：施工準(zhǔn)備→搭設(shè)鉆孔平臺(tái)→鉆機(jī)定位→鉆孔→清孔→下管→注漿[2]。

管棚設(shè)計(jì)參數(shù)為：20 m一個(gè)循環(huán)，環(huán)向間距40 cm，外插角3°，一環(huán)33根；管棚根部(靠近開(kāi)挖掌子面)3 m采用R780高強(qiáng)地質(zhì)管，其余采用DZ40高強(qiáng)地質(zhì)管，管棚鋼管前部(靠導(dǎo)向墻側(cè))7 m按照間距30 cm梅花形設(shè)置注漿孔(孔徑15 mm)，為增加管棚剛度，在管棚內(nèi)設(shè)置4根C20鋼筋束，管棚注漿采用M30水泥漿液，同時(shí)在漿液中摻入1.2%的減水劑，注漿壓力為0.5～1 MPa，終壓為1 MPa。

由于塌方體為松散堆積體，管棚施工完畢，在塌方體開(kāi)挖前，采用超前小導(dǎo)管對(duì)塌方渣體注漿膠結(jié)，避免開(kāi)挖過(guò)程中塌方體發(fā)生二次坍塌。

管棚施工完成后，掌子面開(kāi)挖采用預(yù)留核心土的方式，組織⑧道路隧道K0+711～K0+720塌腔體段的開(kāi)挖施工。施工使用機(jī)械開(kāi)挖，可減少不必要的爆破作業(yè)對(duì)塌腔體及周邊區(qū)域的圍巖擾動(dòng)，并嚴(yán)格遵循周邊開(kāi)挖一循環(huán)和拱架支護(hù)一循環(huán)，然后中部預(yù)留核心土的開(kāi)挖施工組織方式。采用管棚超前支護(hù)安全并順利地跨過(guò)了⑧道路隧道塌腔體部位，保證了塌腔體部位的正常開(kāi)挖、支護(hù)施工安全及成型洞室的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和安全。

4.2 小導(dǎo)管施工

由于大管棚施工時(shí)，掌子面開(kāi)挖須暫停施工，待大管棚施工完成、灌漿強(qiáng)度達(dá)到要求后才能開(kāi)始后續(xù)的開(kāi)挖施工，采用管棚施工周期長(zhǎng)，且費(fèi)用高[3]。因此，在大管棚實(shí)施完成一個(gè)循環(huán)，并穿過(guò)塌方段后，采用超前小導(dǎo)管+超前錨桿的方式代替大管棚進(jìn)行后續(xù)剩余Ⅴ類圍巖洞段的開(kāi)挖施工。超前小導(dǎo)管具體參數(shù)如下：

(1)小導(dǎo)管采用Φ48 mm厚3.5 mm的無(wú)縫鋼管制作，按設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行加工，長(zhǎng)4.5 m，每環(huán)搭接長(zhǎng)度1.5 m。

(2)在開(kāi)挖和超前支護(hù)鉆孔過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)局部存在較大塊體結(jié)構(gòu)，則采用雙層小導(dǎo)管超前支護(hù)(超前小導(dǎo)管的孔間距等相關(guān)參數(shù)保持不變)。

(3)在開(kāi)挖和超前支護(hù)鉆孔過(guò)程中，揭露前方掌子面為巖石膠結(jié)性狀差(類似松散堆積體)，將小導(dǎo)管循環(huán)間距由設(shè)計(jì)的3 m調(diào)整為1.5 m，孔間距由設(shè)計(jì)的40 cm調(diào)整為25 cm。

超前支護(hù)施工參數(shù)調(diào)整后，采用小導(dǎo)管超前支護(hù)使開(kāi)挖不停頓，支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)，在保證安全的前提下有序推進(jìn)了隧道的開(kāi)挖及支護(hù)施工。

5 施工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)輔助措施

正常開(kāi)挖施工過(guò)程中，采用地質(zhì)雷開(kāi)展超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作[4]，對(duì)開(kāi)挖前的地質(zhì)進(jìn)行探測(cè)，確定開(kāi)挖施工參數(shù)，保證開(kāi)挖安全。

⑧道路隧道K0+709段塌方后，在開(kāi)挖施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展了凈空水平收斂量測(cè)[5]與全站儀相結(jié)合的方式，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置固定檢測(cè)點(diǎn)，定期對(duì)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核，并將現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)結(jié)果與理論預(yù)測(cè)值相比較，對(duì)初期支護(hù)的受力情況進(jìn)行判斷。通過(guò)量測(cè)積累數(shù)據(jù)變形及收斂趨勢(shì)判斷施工對(duì)圍巖的影響程度，以決定對(duì)其采取何種保護(hù)措施。在初期支護(hù)順利完成后，及時(shí)安排仰拱及二襯施工以確保隧洞的長(zhǎng)久安全。

6 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)踐證明，隧道開(kāi)挖施工應(yīng)通過(guò)地質(zhì)超前預(yù)報(bào)對(duì)開(kāi)挖掌子面的圍巖條件進(jìn)行勘查，并根據(jù)不同的圍巖條件選擇與地質(zhì)條件相對(duì)應(yīng)的開(kāi)挖施工工藝。

實(shí)踐證明，大管棚的施工工藝適用于穿越跨度較大的塌腔體部位，能夠有效避免開(kāi)挖穿越塌腔體部位時(shí)發(fā)生二次坍塌而影響到隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及施工安全。

超前小導(dǎo)管施工工藝適用于隧道圍巖相對(duì)均質(zhì)的洞段，采用超前小導(dǎo)管注漿可對(duì)掌子面巖體進(jìn)行注漿加固，能提高巖體的承載能力，從而提高開(kāi)挖成型洞室的臨時(shí)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，保證有足夠的時(shí)間完成拱架及初期支護(hù)施工，保證開(kāi)挖成型洞室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及施工安全。超前小導(dǎo)管施工能夠保證地下洞室開(kāi)挖和支護(hù)施工的連續(xù)性，對(duì)承包人施工組織安排有利。但是，若遇到大跨度的斷層或粒徑較大的塊體，則應(yīng)采取不同的超前支護(hù)措施。如遇到大跨度斷層則采取管棚支護(hù)的形式更為穩(wěn)妥，如遇粒徑較大的塊體則可在超前小導(dǎo)管的基礎(chǔ)上輔以超前錨桿的方式跨越。

總之，不同的地質(zhì)條件應(yīng)采用不同超前支護(hù)參數(shù)，同時(shí)輔以超前地質(zhì)預(yù)報(bào)和洞室圍巖變形監(jiān)測(cè)等手段，方可保證地下洞室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及施工安全。