巴基斯坦NJ水電站引水隧洞穿河段在不良地質(zhì)條件下施工技術(shù)

1、巴基斯坦NJ水電站引水隧洞穿河段在不良地質(zhì)條件下施工技術(shù)摘要：巴基斯坦NJ水電站位于喜馬拉雅山強烈構(gòu)造區(qū)西構(gòu)造結(jié)的核心部位，其 長距離引水隧洞（單線長約28.6km，總長48.2km）在中后部從Jhelum河底下方 穿過（簡稱：穿河段）。其中，穿河段開挖為8.55*9.05m馬蹄形斷面，斷面面積 107皿，長度為804m，距河底最低處約165m，穿河段緊鄰上游側(cè) MUZAFFARABAD大斷層，穿河段巖性主要為SS-2砂巖和泥巖，少量為SS-1砂巖; 裂隙多為貫穿性寬大裂隙，斷層裂隙；巖層破碎、軟化，地質(zhì)條件極其復(fù)雜，給 穿河段開挖施工帶來了極大的困難和挑戰(zhàn)。關(guān)鍵詞:水電站；引水隧洞；施工技術(shù)

2、；刖言水力發(fā)電站憑借其發(fā)電量大、可再生、污染小等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外發(fā) 電項目。引水隧洞是引水式發(fā)電站的重要組成部分之一，受發(fā)電量、河道水流量、 水頭落差等因素影響，引水隧洞長度和斷面設(shè)計也存在較大的差異。而在長距離 的引水隧洞開挖過程中，勢必會遇到更多不利的地質(zhì)因素，如穿越斷層、破碎帶、 圍巖軟硬不一區(qū)域、地下水豐富區(qū)域以及巖溶區(qū)域等，如何在施工過程中提前發(fā) 現(xiàn)不良地質(zhì)條件，以及如何采取措施應(yīng)對不良地質(zhì)條件下的施工，以保障隧洞施 工安全、快速進(jìn)行，是長距離引水隧洞必須解決的難題。施工技術(shù)特點2.1依靠水平深孔超前取芯勘探技術(shù)準(zhǔn)確探明前方圍巖地質(zhì)，根據(jù)不同圍巖 采取不同開挖支護(hù)方案，通過不斷

3、的評估、總結(jié)之前的施工方法，得到更加合理 的后續(xù)施工技術(shù)方案。2.2為減小爆破振動，將如今廣泛應(yīng)用的非電毫秒雷管引爆技術(shù)替換為半秒 雷管引爆，且在施工過程中通過實驗室爆破振動監(jiān)測，證明有良好效果。2.3成功穿過河底開挖及斷層帶開挖，并處理掌子面塌方涌水、掌子面后底 板涌水及掌子面后邊頂拱涌水，為不良地質(zhì)段開挖、涌水處理提供借鑒意義。適用范圍施工技術(shù)適用于斷層帶、裂隙發(fā)育、高水壓、強涌水等復(fù)雜地質(zhì)的隧洞開挖 以及不良地質(zhì)段引起的地質(zhì)災(zāi)害處理。施工技術(shù)原理原理1：在前期無詳細(xì)地質(zhì)勘探資料的情況下，開挖前，采用水平深孔超前 勘探孔取芯和沖擊勘探相結(jié)合的勘探方法，根據(jù)取芯過程中取芯孔的出水顏色及 大小

4、，判斷前方圍巖含水情況。根據(jù)取芯的完整程度，判斷前方圍巖的巖性及完 整性。通過科學(xué)推斷了解圍巖地質(zhì)狀況，分析巖層走向和地下水的發(fā)育情況，為 開挖施工提供決策依據(jù)；原理2：根據(jù)預(yù)判的前方圍巖類別和涌水情況，利用超前灌漿形成帷幕墻加 固前方圍巖，確定合適的超前支護(hù)手段（超前管棚或超前錨桿）處理方式，選定 不良地質(zhì)段的開挖進(jìn)尺和加強支護(hù)方式，穩(wěn)步推進(jìn)，同時要最大程度實現(xiàn)各作業(yè) 面的穿插平行作業(yè)，提高施工效率，實現(xiàn)快速施工。不良地質(zhì)段施工技術(shù)5.1施工技術(shù)流程5.1.1開挖前準(zhǔn)備工作：在引水隧洞穿河段開挖前期，設(shè)計單位對河道兩 側(cè)垂直向下至引水隧洞設(shè)計高程處進(jìn)行了取芯地質(zhì)勘探工作，對穿河段河道兩側(cè) 區(qū)

5、域的巖性有了一定的了解。在穿河段開挖過程中，左右洞掌子面距離應(yīng)不小 于25m；在位置靠前的工作面上進(jìn)行勘探孔取芯，勘探期間，另一條隧洞繼續(xù)開 挖，根據(jù)探明的巖層走向和地下水的發(fā)育情況等信息，推斷出另一側(cè)洞段需要預(yù) 防的灌漿部位。取芯長度按150m/次左右考慮，并根據(jù)實際操作情況調(diào)整，兩次 取芯需要保證10m左右的搭接長度。5.1.2測量放樣：采用萊卡全站儀進(jìn)行斷面驗收，如存在欠挖，需將欠挖部 位開挖至設(shè)計輪廓線。5.1.3鉆眼、爆破：使用多臂鉆進(jìn)行造孔，并根據(jù)不同的圍巖計算爆破藥量。 爆破完成后），根據(jù)巖石情況采用挖掘機(jī)或人工手持剝落棒站在剝落臺車上對洞 頂及邊墻松動巖石進(jìn)行剝落。5.1.4裝

6、巖出渣：在通風(fēng)散煙約半小時后，開始進(jìn)行出渣。裝巖出渣根據(jù)隧 洞洞徑選擇合適型號的設(shè)備，滿足設(shè)備靈活工作的要求。先使用挖機(jī)進(jìn)行掌子面 松動圍巖排險，后使用裝載機(jī)配合自卸汽車進(jìn)行出渣。5.1.5地質(zhì)素描：地質(zhì)素描主要是進(jìn)行掌子面巖層、巖性描述（包括巖石風(fēng) 化破碎程度、巖體結(jié)構(gòu)狀態(tài)等）；地層分界面產(chǎn)狀及其位置；巖層產(chǎn)狀及其變化測 定；構(gòu)造（斷層等）位置、產(chǎn)狀、寬度測定，斷層性質(zhì)描述；節(jié)理裂隙統(tǒng)計，包括 發(fā)育分布位置、產(chǎn)狀、組數(shù)、節(jié)理面閉合張開狀態(tài)、節(jié)理面形態(tài)、節(jié)理面充填情 況；掌子面涌滴水位置的確定、涌滴水量測定或估算；特殊地質(zhì)現(xiàn)象描述。根據(jù) 掌子面地質(zhì)描述圍巖情況，確定支護(hù)方案及下一循環(huán)開挖方案。

7、5.1.6初噴：噴射前用高壓風(fēng)帶少量的水將巖壁面的粉塵、雜物吹干凈，然 后采用濕噴臺車對圍巖進(jìn)行7-8cm鋼纖維砼噴護(hù)。噴護(hù)應(yīng)由下向上分層分塊噴護(hù)， 每段長度為3-4m，噴頭噴射方向與巖面偏角小于10，夾角為45，噴頭至受噴 面距離在0.81.2m之間，噴頭呈螺旋形均勻緩慢移動，砼噴護(hù)完成后表面必須 平順。5.1.7系統(tǒng)錨桿：錨桿點位放樣，間排距應(yīng)梅花型布置。采用兩臂鉆進(jìn)行錨 桿造孔，孔深5m，孔徑*42，錨桿造孔完成后，進(jìn)行清孔驗孔，然后進(jìn)行錨桿 注漿及錨桿安裝，錨桿為長5m，*25鍍鋅錨桿，等孔內(nèi)砂漿凝固24小時后，采 用專用扳手將錨桿墊片上的螺帽擰緊。5.1.8掛網(wǎng)或安裝鋼肋條及鋼格柵：

8、安裝網(wǎng)片或鋼肋條及鋼格柵需在初噴鋼纖 維砼初凝后進(jìn)行，網(wǎng)片為*6鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為10cmx10cm，安裝時需緊貼巖 面，網(wǎng)片搭接長度為20cm，采用錨桿墊片固定網(wǎng)片或采用電鉆向墻體鉆20cm深 的孔，安裝*10的鋼筋，鋼筋長35cm為宜，然后將外露砼面鋼筋扳彎來固定網(wǎng) 片。安裝鋼肋條采用*16的螺紋鋼，間距15-20cm，*16的聯(lián)系筋間距為50cm。 鋼格柵安裝間距為1m每棉，在圍巖破碎及收斂較大的區(qū)域加密支護(hù)。每棉鋼格 柵還需安裝固定格柵拱架的錨桿，錨桿直徑*25,長1.2m，入巖深度1m，間距 1.5m。5.1.9二次噴護(hù)：由于錨桿造孔時有巖漿或泥漿從孔內(nèi)流出黏貼在噴護(hù)砼表 面上，在復(fù)

9、噴時需用高壓風(fēng)帶少量的水將巖壁面的巖漿或泥漿清洗干凈，然后采 用濕噴臺車進(jìn)行8-16cm復(fù)噴。5.1.10必要時需澆筑底板鋼筋混凝土，混凝土澆筑厚度30-40cm。5.2較差圍巖段施工操作要點在圍巖破碎或有涌水的區(qū)域開挖施工時，需提前進(jìn)行超前灌漿，或在超前灌漿的基礎(chǔ)上進(jìn)一步使用超前管棚加灌漿的強支護(hù)，保障安全通過破碎、涌水區(qū)域。5.2.1超前灌漿：超前灌漿分為初期堵漏灌漿和周邊超前灌漿。如果取芯或沖擊超前勘探孔出現(xiàn)涌水量在100 L/min或以上，涌水壓力在 5bar（0.5MPa）之間時，擬定進(jìn)行超前灌漿。在隧洞周邊360范圍布置超前灌漿 孔，向隧洞軸線前方呈傘狀布置，孔深一般為30m，或按

10、工程師指令孔深為 1530m。例如：I序孔primary holes布置4個，在以下鐘點位置：12： 00點鐘， 3:00，6:00，9:00點鐘。H序孔secondary holes布置4個，在以下鐘點位置1:30， 4:30，7:30，10:30。如果有必要則在I，H序孔之間增加布置B序孔。該布孔方 式適用于在特殊地段的超前灌漿或應(yīng)由工程師指令超前灌漿施工工藝為：判定涌水部位T沖洗T阻塞T壓水試驗（如果有） T灌漿T保持壓力T灌漿結(jié)束判定涌水部位由承包商和工程師的地質(zhì)人員在現(xiàn)場評估。鉆孔沖洗：對于有涌水的勘探孔，一般不進(jìn)行鉆孔沖洗?；虬垂こ處煬F(xiàn) 場指令進(jìn)行孔段沖洗?？锥巫枞翰捎脵C(jī)械式阻塞

11、器或氣囊式阻塞器對涌水的勘探孔進(jìn)行阻塞。 阻塞深度一般不小于3.0m。鉆孔過程中在特定的涌水區(qū)測量涌水，需要對孔底以 上一定的涌水區(qū)進(jìn)行阻塞。壓水試驗：超前灌漿一般不進(jìn)行壓水試驗?；虬垂こ處煬F(xiàn)場指令進(jìn)行壓 水試驗。超前灌漿：水泥灌漿漿液分為純水泥漿及水泥漿中摻加外加劑的水泥漿， 一般采用Type A型純水泥漿灌注。水泥漿水灰比為0.5:1 （重量比）。必要時水 泥漿中可以摻加速凝劑。摻加外加劑需要進(jìn)行試驗并得到工程師的批準(zhǔn)。當(dāng)采用雙液灌漿時，則用水泥-水玻璃雙液漿。采用雙液泵或兩臺灌漿泵分 別灌注水泥漿及水玻璃。初步擬定水泥漿液采用0.5： 1的濃漿，水泥與水玻璃體 積比為1： 0.11： 0

12、.5，根據(jù)實際灌漿過程中的進(jìn)漿量調(diào)整漿液比例。灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)擬定為：在確定的灌漿壓力下，當(dāng)吸漿量5L/min，繼續(xù)灌 注10min，可結(jié)束灌漿。并聯(lián)多個灌漿孔，當(dāng)吸漿量15L/min，繼續(xù)灌注15min 結(jié)束。只有在給定的壓力下，延續(xù)至少10分鐘才可同意完成了一個孔段的灌漿 或現(xiàn)場工程師確定。閉漿或屏漿：閉漿就是為防止孔段內(nèi)漿液反流溢出，繼續(xù)保持孔內(nèi)封閉 狀態(tài)。屏漿則對于大涌水量的孔段，達(dá)到灌漿結(jié)束條件后，繼續(xù)使用灌漿泵對灌 漿孔段內(nèi)保持壓力30分鐘。5.2.2超前管棚支護(hù)及灌漿圍巖破碎區(qū)域開挖前需要先進(jìn)行超前灌漿，在超前灌漿完成的基礎(chǔ)上，根 據(jù)需要實施頂拱超前支護(hù)，可以使用超前錨桿或超前管棚，

13、在穿河段區(qū)域考慮到 有伴隨涌水發(fā)生的可能，一般選擇超前管棚并灌漿來保障施工安全。管棚安裝及 灌漿施工工藝見下圖1：管棚灌漿孔布置在隧洞頂拱區(qū)域120-180范圍，孔距為0.3-0.4m，孔內(nèi)預(yù) 埋灌漿管，在灌漿管內(nèi)灌漿。鉆孔孔徑為*64mm或133mm，根據(jù)實際地質(zhì)情 況選擇小管棚或大管棚，沿隧洞軸線外偏角710，呈傘狀向圍巖輻射，鉆孔 長度為深入掌子面內(nèi)6m或12m，兩個相鄰循環(huán)灌漿孔的之間搭接長度不小于 2m 或 4m。埋設(shè)灌漿鋼管采用48mm或80mm無縫鋼管制作，長度6m或12m， 管壁設(shè)若干梅花型出漿孔。出漿孔孔徑8mm，間距為30cm。見圖2、圖3。灌漿方式采用純壓式，按照分序加密的原則進(jìn)行，共分為I序孔和H序孔 兩個次序。即隔