浅谈不良地质洞段洞室开挖及支护施工方法与现场监理质量控制要点

摘要:根据洞室岩性及洞型实际情况,浅谈不良地质洞段洞室开挖及支护现场监理质量控制要点,讨论在保证安全与质量的前提下如何加快施工进度,为确保工程按期完工打下坚实基础。

关键词:不良地质洞段 开挖及支护 现场监理 质量控制 方法 要点

四川黑河塘水电站位于四川省九寨沟县境内,白水江流域一级支流黑河下游河段,属黑水河-白水江水电规划一库七级方案中的第四级梯级电站,电站由首部枢纽、引水系统、厂区枢纽三部分组成,闸高21.5m。引水隧洞布置于黑水河左岸,从进水口至调压井,全长约6400m,均为城门洞型,洞径大小为5.2m(宽)×6.1m(高),该引水隧洞分为四个施工支洞进行施工,其中一号支洞施工范围磨房沟洞段(桩号:0+855～1+110)岩性最为复杂,且常年均有大量涌水,最大涌水量达到800L/min,给现场施工带来极大的困难,对洞室稳定性与施工安全也是一个极大的挑战。

一、洞段开挖及支护施工方法与现场质量控制要点

(一)磨房沟洞段的开挖及支护施工措施

磨房沟洞段位于两座山体之间,洞轴线经过该部位最薄盖重仅为19m,且均为全风化岩体覆盖层,在洞室开挖施工过程中,要保证其洞室处于安全状态,必须保证其岩体的完整性、洞身掌子面的岩性强度及岩性卸荷强度等均在受控范围之内,施工总体遵循“短进尺、弱爆破、勤观察、强支护”的原则,具体实施方案为:

短进尺:根据参建各方现场查看及讨论结果,每排炮爆破进尺为50cm～80cm,保证振幅控制在围岩承受范围之内,并注意在临时支护完成后方可进行洞渣装运施工。

弱爆破:根据现场多次进行爆破试验,其弱爆破爆破参数为:孔排距40cm～50cm,单孔药量为0.45kg～0.62kg。

勤观察:对不良洞段开挖部位进行全程监测,并对已临时支护洞段涌水部位进行定期观测,防止洞体产生变形。

强支护:临时支护采用以下施工程序进行:人工开挖周边弧形槽安装钢筋格构架超前锚杆钻孔及安装并与钢筋格构架进行焊接预埋排水管喷锚支护密实锁脚锚杆钻孔及安装并与钢筋格构架进行焊接钢筋格构架连接筋焊接施工洞渣装运进入下一次钻爆施工。

(二)现场监理质量控制要点

根据磨房沟洞段开挖及支护施工程序,现场监理需对每道工序进行验收,其质量控制要点如下:

1.检查人工开挖周边槽顺序与尺寸是否满足要求:一般先开挖顶拱,再先后开挖两边边墙,尺寸大小能套进钢筋格构架即可,并注意必须保证钢筋格构架紧贴基岩面;

2.检查钢筋格构架制作尺寸及焊接质量是否满足设计要求;

3.检查超前锚杆钻孔及安装质量,对钻孔孔深、锚杆长度、倾斜角度等参数进行检查验收,经四方现场确定的锚杆长度为4.5m,外露长度以能与钢筋格构架焊接完全为准,顶拱900范围均需进行超前锚杆支护,间距30cm,双排呈梅花型布置,因地质条件相当复杂,钻孔完成后经常出现卡钻及塌孔的情况,故对锚杆注浆没有硬性要求,锚杆沿掌子面顶部上倾100～150,并按照相关规范要求检查超前锚杆与钢筋格构架之间焊接长度与焊接质量,焊接方式为单面焊(10d)或双面焊(5d);

4.对预埋排水管进行认真检查验收,检查所埋设钢管是否堵塞,钢管长度时候满足要求,埋设深度是否能承受涌水压力等;

5.待锚喷施工全部结束后(包括顶拱与边墙),检查锁脚锚钻孔及安装质量,对钻孔孔深、锚杆长度、孔排距、钢筋格构架之间的焊接质量均进行检查验收,锁脚锚杆长度为3m,外露长度25cm(与钢筋格构架截面积相同),双排平行布置;

6.洞渣装运施工过程中应进行巡视检查,因洞渣对掌子面有向内的压力,对掌子面安全有着一定影响,故根据掌子面岩性情况,确定洞渣是否装运或全部装运完成。

磨房沟洞段开挖及临时支护现场监理对质量控制需注意的事项:

1.由于该部位涌水相当严重,导致洞内最大水深达1m左右,开挖洞段洞室顶拱部位漏水很大,对施工造成很大困难,现场必须密切注意施工安全及现场人员设备安全;

2.由于洞室水流量相当大,开挖前必须砌筑满足足够流量的排水沟通至洞口,并形成完整的排水系统;

3.必须准备足够钢筋格构架等材料并满足开工条件后方可进行开挖施工,以免开挖后因设备人员原因造成无法支护而产生安全隐患;

4.因整个磨房沟洞段围岩相当复杂,为保证洞室施工安全,钢筋格构架必须紧贴边顶拱部位,故边顶拱超挖问题很难控制,造成超挖部分应在永久支护时用混凝土进行衬砌回填(磨房沟临时支护完成后,最大超挖达2.5m)。

(三)右岸EL.650m灌浆洞F14断层塌方部位临时支护方案

右岸EL.650m灌浆洞全长165m,大部分洞段地质条件较好,但中间穿过F14断层与F17断层,其中F14断层宽约20m,其中包含EL.650m灌浆廊道与5#交通洞交接的“丁字口”部位,由于该断层基岩状况很不理想,为强风化花岗岩,且部分基岩为全风化花岗岩,导致其中K0+070～K0+075部位造成塌方,最大塌方部位超挖达3m,塌方后顶拱部位大体为弧形,且基岩面仍为强风化花岗岩,随时都有再次发生塌方的可能,以下重点介绍塌方部位临时支护质量控制:

主架采用工字钢、子架采用钢筋格构架并辅以随机锚杆与锁脚锚杆相结合的支护方式进行处理。即:洞室原设计开挖线部位先采用工字钢进行支护,再对塌方部位紧贴基岩面采用钢筋格构架进行支护,辅以随机锚杆与锁脚锚杆进行加固,并用连接筋将主架与子架之间进行充分焊接固定,最后对基岩面进行锚喷密实。在进行以上支护施工前,为保证施工人员设备安全,需对基岩面进行锚喷一层5cm左右的混凝土,防止顶拱部位石块掉落。

(四)现场监理质量控制要点

根据相关规范与合同文件及设计技术要求规定,现场监理需对每一道工序进行检查验收,其具体控制要点如下:

1.检查塌方部位喷锚封闭厚度、一级配混凝土级配与外加剂型号及掺加量等是否满足施工设计技术要求,并覆盖顶拱部位体型不规则部位,尽可能使其形成弧形,以方便临时支护施工,并保证施工期间人员设备安全;

2.检查工字钢是否与洞室边脚部位充分接触支撑,并用水泥砂浆进行封闭,锁脚锚杆孔深及长度与密实度是否满足设计要求;

3.检查钢筋格构架焊接施工是否满足设计要求(钢筋格构架制作剖面图如图2),钢筋格构架是否紧贴基岩面,如钢筋格构架与基岩面之间仍存在空隙,应在后续锚喷施工中进行锚喷密实;

4.检查锚喷混凝土配合比、覆盖厚度及质量是否满足设计要求。

二、圆形洞不良地质洞段开挖及支护施工方法与现场质量控制要点

大花水水电站位于贵州省开阳县与福泉市交界处、清水河中游峡谷河段内,为清水河干流水电梯级开发的第三级。电站总装机容量200MW,拦河大坝为物线双曲拱坝+重力墩,左岸为重力墩,右岸为双曲拱坝,大坝轴线总长287.56米,最大坝高134.50米,厚高比0.171,大花水水电站在引水隧洞在开工阶段,设计方为使在过水过程中受力分散,减小对洞室衬砌混凝土的冲刷磨损,将整条引水隧洞设计为圆形洞。在进水口洞段施工过程中,由于地质条件差,参建四方现场讨论后确定暂对地质条件较差部位进行临时支护,但由于圆形洞两边边墙的边脚部位支撑力作用很小,围岩复杂的部位在临时支护时带来很大困难,特别是在需要架设工字钢与钢筋格构架时,很容易造成工字钢与钢筋格构架变形,且在底板开挖完成后工字钢或钢筋格构架底部悬空在所难免,导致该洞段造成很大变形,顶拱部分常有掉块现场发生,甚至造成部分洞段发生两次塌方事故,对洞室开挖质量及施工进度都产生了很大的不良影响,后对该洞段改成城门洞型进行临时开挖支护才顺利完成任务。

三、总结

在不良地质条件洞段进行洞室开挖过程中,现场监理必须时刻保持头脑清醒,不能为加快施工进度而忽略工程质量与洞室安全,清楚临时支护的每一道工序及各道工序的控制要点,按照规范及设计技术要求对每一道工序认真进行验收,否则,将对洞室的质量和进度都为带来非常大的不良影响。

对于引水隧洞,城门洞与圆形洞相比,城门洞便于进行临时支护,保证洞室安全,但投付使用后由于应力集中于顶拱中轴线、边墙与顶拱交接点及边脚等五个点,水流对洞室衬砌混凝土更容易造成磨损,需定期进行检查维修,适用用围岩条件较差的工程;圆形洞过水后受力比较均匀,衬砌混凝土不易造成破坏,但在施工过程中的临时支护不能保证洞室及施工设备人员安全,适用于围岩较好的工程。对不过水洞段,一般都采用城门洞型。