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乌宋岗电站不良地质洞段的施工实例与经验

乌宋岗水电站遂洞洞口穿过强风化岩层,为维持进口边坡稳定,对边坡喷锚支护,洞口采用钢拱架支护及侧向支撑,并挂钢筋喷锚。根据既有资料分析不良地址构造的位置、边界、组成、特性及对工程的影响,并通过常规计算和工程类比提出相应的开挖和支护设计。

  1.不良地质洞段施工实例

  1.1 在强风化岩层中的洞口工程 乌宋岗水电站遂洞洞口穿过强风化岩层,为维持进口边坡稳定,对边坡喷锚支护,洞口采用钢拱架支护及侧向支撑,并挂钢筋喷锚。施工中采用上半洞正台阶式开挖,并对围岩稳定性进行监测,根据变形曲线,围岩开挖后在10~14d内趋于稳定。最终实现在强风化岩层中进洞。

  1.2 断层破碎带洞段 在桩号0+96~0+134处,是隧洞通过的一大断层破碎带,总长38米,含黄色断层角砾岩,糜棱岩及断层泥。地下水呈股状溢出,流量为0.1L/s.该段隧洞设计为组合式衬砌,喷混凝土厚5~8cm,设置径向锚杆及超前锚杆,内衬混凝土边强厚60cm,拱厚50cm,底板厚80cm,与边墙连接,呈封闭式整体结构。

  该洞段开挖采用控制爆破(周边孔距0.25~0.4m),用上台阶法掘进,超前锚杆与径锚杆相结合。施工时,在主断层部位设置监控断面,埋设单点位移和收敛计。监测结果表时,围岩变形在7~8d后,即趋于稳定,而内衬时间则在8个月后,在此期间未发现围岩失稳的迹象。

  此列说明,在此不良地质条件下,采用控制开挖,喷锚支护、监控测量能够安全、高效地完成开挖与衬砌工作。由于初期支护效果良好,在大断层破碎带洞段实现了单薄型新型组合式衬砌。

  1.3 通过沟谷浅埋段的洞段 隧洞通过草坑坳的洞段,为黑云斜长片麻岩,有多处岩脉侵入,该洞段设计采用组合式衬砌,喷混凝土厚5~8cm,内层混凝土厚50cm,由于地处沟谷,地下水出露较多,能否在“大淋水”条件下进行开挖与衬砌,成为该洞段工程的关键。经现场勘察,地下水出露较多,主要以线流、股流形式溢出,有丰沛的补给源。处理的方式是结合工程地质资料,查清主水源的通道,然后打排水孔(或群孔)将主流集中导出,并在排水孔内插入带孔的钢管,钢管与孔壁的间隙用棉纱封紧,用速凝水泥沙浆堵在棉纱外部,再用塑料软管与钢管联结,将渗水导引到底板,防止渗水沿洞壁下流,影响混凝土浇筑作业。在完成上述步骤后,开始以排水孔为中心,由四周向中心围喷混凝土。对于开挖面的深水,则采用超前排水锚杆,即由钢板卷焊成开口式的“摩擦锚杆”,既可加固围岩又可排水。在处理完淋水后,进行该洞段的施工,最后顺利通过草坑坳洞段。

  2.不良地址洞段的施工经验

  2.1 查明地址情况是打通不良地质洞段的基础 根据既有资料分析不良地址构造的位置、边界、组成、特性及对工程的影响,并通过常规计算和工程类比提出相应的开挖和支护设计。开挖后则应加强超前勘探,做好地址预报,并通过监测和经验调整开挖方案和支护参数。

  2.2 短进尺、少扰动、分部开挖和及时支护 不良地址洞段岩体破碎,围岩稳定性差,一般宜不放炮或放小跑,以尽量减少对围岩的扰动,进尺宜控制在1.0m以下,必要尽可采用钢管超前顶进形成管棚,钢管间距40cm,一次顶进2~2.5m.一般不良地址洞段可采用正台阶法开挖,对不大的隧洞可全断面开挖或一次开挖顶拱分层下卧,避免先挖中导洞再挖顶拱两侧。开挖后及时支护往往是保证围岩稳定的关键,许多工程实践都证明,只要及时支护,工程事故就大为减少。

  2.3 治塌先治水 治水前先查明水源和补给关系,若层间局部存水,其水量一般不大,且一定时间后水量将逐渐减少,应以堵排为主,将大股水排走,其余则封闭。若有较大补给源,则应以排为主,打排水孔,设排水锚杆。施工中应先挖底导洞或先挖双侧壁导洞,形成排水洞,再逐步扩挖。

  2.4 采用早强水泥和喷钢纤维混凝土 不良地质洞段岩体破碎,围岩早期变形大,变形速率快,易于失稳。为尽早发挥喷锚作用,可采用加速凝剂硫铝酸盐水泥,8h强度较同期硅酸盐水泥提高了7倍。也可采用喷钢纤维混凝土,掺入钢纤维80kg/m3,同时掺10%硅粉,喷混凝土回弹率下降到8%,1d抗压强度可达15.6Mpa.

  2.5 采用早强锚杆 采用硫酸盐水泥作为锚杆注浆材料,25mm锚杆长1.5m,安装后5h抗拔力可达1.0t,22h后抗拔力可达7.8t.在地下水丰富的地区,既要求早强,又要排水,采用40mm钢管排水锚杆。该锚杆为空心,以水利排水,眼锚杆全长有1道缝,钢管打进小于其直径的钻孔中,受到挤压,依靠其弹性对孔壁产生压力,锚杆打进去即可承载。

  2.6 钢拱架及其侧向支撑 不良地质洞段为采用钢筋拱架喷锚支护法加强临时支护。钢拱架既可快速抑制毛洞径向变形,又可为超前锚杆提供支座,还可与喷锚联成整体,加强临时支护强度,是一种快速、有效的临时抢险支护措施。钢拱架侧向刚度较差,为增强钢拱架侧向稳定性,钢拱架间宜焊联系杆或浇筑混凝土板。

  2.7 洞脸喷锚支护及钢筋混凝土的组合式衬砌 洞脸喷锚支护是保证在强风化岩层中洞口稳定的有效措施。对进出口岩坡喷锚支护,基本不改变山坡面貌,避免了高边坡开挖。在隧道进出口施工中先打超前锚杆,然后开挖洞口顶拱分层下卧,进尺不超过超前锚杆长度1/2,一般为0.5~0.8m,架设钢拱架,及时喷锚、及时内衬、及时锁口,是处理强风化岩体中隧洞进出口的成功经验。利用喷锚的速效、堵缝、紧密结合等特性使支护与围岩联成整体,快速形成临时支护,再利用钢筋混凝土衬砌确保长时间稳定和较好的过流条件。

  2.8 查明浅埋洞段顶岩体情况,采用相应的技术措施 对于穿过沟谷浅埋段的隧洞,施工主要面临两个问题:一是如何保护洞顶的单薄岩层(或风化土石);二是如何处理邻近河谷的大量渗水。据上述工程实例应首先查明洞顶单薄岩层的厚度,岩体结构的特征及其与洞室开挖边线的交汇形式,然后针对洞顶单薄岩体的情况采取相应的技术措施。这些技术措施包括:打拱部超前锚杆或超前插钢管、超前排水;正台阶掘进或斜坡短正台阶掘进;喷锚支护,必要时加设钢拱架跟进;根据需要在钢拱架间打挂板混凝土等。

  2.9 监控测量、信息化设计 通过监控测量既可监测围岩的稳定情况,及时发出监测结果,为工程处理提供信息,又可根据反馈信息、计算岩体力学参数,为信息化设计提供条件。实践证明,监控测量、信息化设计对于穿越不良地址洞段非常有效。

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