玉田电站地下洞室不良地质段施工作业指导书

1、玉田电站地下洞室不良地质段施工作业指导书玉田电站地下洞室不良地质段施工作业指导书一、工程概述玉田水电站位于四川省凉山州甘洛县嘎日乡和越西县白果乡境内，为大渡河中游右岸支流尼日河梯级电站的第四级。为引水式开发的高水头电站，它由首部枢纽、引水系统、厂区枢纽三部分组成。上游水库总库容49.8万m3，正常蓄水位1279.0 m，设计水头162 m，设计引用流量57 m3/s，装机容量3×35MW，保证出力20.2MW，年利用小时5360h，多年平均发电量43400kWh。尼日河流域大地构造部位上处于川滇南北向构造带之东北带大凉山断褶带。沉积层出露较全，反映该区为长期的沉降带。岩浆活动集中于前

2、震旦纪及晚二迭纪，但以早震旦世最为强烈，产生大量酸性基性火山岩和侵入岩，由于“四川运动”作用的结果，产生大量北北西向为主的褶皱和断裂，迭加于早期东西向及南北向构造形迹之上，使之构造背景复杂化有压隧洞具备成洞工程地质条件，本工程隧洞最大埋深450m，最浅处仅50m，隧洞穿越地层多，且岩性复杂，有震旦系寒武系、奥陶系、二迭系、三迭系及侏罗系地层，为白云岩、灰岩、玄武岩、砂页岩及含煤等。同时，隧洞通过新基姑向斜、拉尔背斜、阿则尔及向斜、玉田背斜，并将遇到近10条断裂构造，以压性、压扭性为主。围岩多以坚硬、完整性较好的玄武岩、白云岩、灰岩、砂岩等为主。二、地下洞室不良地质段施工的基本原则（1）降低地下

3、水位，提高围岩自稳能力；（2）加强渗水控制，完善洞室排水管道，建立应急排水系统，利用超前探孔、掌子面爆破孔、超前锚杆孔等探测前方地下水状况，发现渗水异常则立即采取灌浆等防渗措施，“堵排”结合，控制渗水；（3）为查明岩体变化趋势，必要时在掌子面钻设超前探测孔或探洞，超前获取岩体变化资料，为施工提供依据；（4）按“新奥法”原则组织地下洞室的开挖支护施工，洞室爆破采用非电毫秒雷管微差起爆网络，开挖边线按光面爆破设计，控制最大一响起爆药量，尽可能地减少爆破施工对围岩的扰动，加强现场测量，适时进行喷锚支护；（5）爆破试验：在开挖前，结合工程的具体情况进行必要的爆破试验，内容包括：火工性试验、爆破振动试验

4、、光面及预裂爆破试验、平洞开挖爆破试验等，每一工作面初期爆破施工均具有试验性质；（6）在不良地质段，视实际情况采用超前固结灌浆、超前锚杆、综合支护等安全支护技术，提高围岩的自稳定能力。必要时，采取分步开挖，减少一次开挖断面尺寸、分部及时支护的施工方法；（7）在施工时对围岩进行实时监测，根据检测成果，及时调整施工程序、开挖方法，选取合适的支护方式，以保证围岩的稳定；（8）采用“缓冲层”爆破技术开挖洞室，减少爆破振动波对保留岩体的影响，提高半孔率，确保围岩的稳定性。三、地下洞室不良地质段开挖支护施工工艺3.1 常用的开挖施工工艺（1）“眼镜法”开挖。“眼镜法”开挖并配合临时联合支护是组织断层段施工

5、的重要手段。其施工原则为：先灌浆、再护顶、严支护、快衬砌。隧洞段面划分为三个部位开挖，首先开挖两侧边导洞（第一部分），再开挖顶拱部分（第二部分），最后处理中心岩体（第三部分）。第一部分开挖完后，立即喷射砼对开挖面进行初期封闭，并做好整体支护的基础，如砼拱脚、钢支撑、钢格栅等的下半部分，之后利用喷射砼对钢支撑、钢格栅进行第二次封闭，然后随第二部分的开挖，顺序施工初喷射砼、安装钢格栅钢支撑、二次喷射砼封闭，形成整体支护。在整体支护下，最后开挖核心部位的岩体。（2）先导洞后扩挖。先导洞后扩挖的施工技术，其原理分次开挖隧洞，减少一次起爆药量，降低爆破振动速度，减轻保留岩体的破坏程度。同时利用导洞，起前

6、探测前方围岩的变化趋势，为调整施工方案提供依据。3.2 常用的支护施工工艺3.2.1 钢支撑（型钢拱架或格棚拱架）安装施工 拱架与喷砼结合形成肋拱可单独用于支护，也可与超前小导管、管棚、超前锚杆等联合使用，进行受地质构造影响严重、节理裂隙发育、岩石破碎等不良地质段的施工。钢支撑施工要求做到以下几点：（1）紧帖岩石布置，脱空较大的部位设拱上拱。（2）钢支撑间采用22钢筋连为一体以增加整体性，连接钢筋沿钢支撑周边交错布置，间距50100。（3）部分洞段钢支撑脚部安设工字钢底梁以扩大支承面积，增加地基承载力，工字钢底梁要求埋于土体内3040，与各榀钢支撑底端侧面焊接在一起。（4）钢支撑采用固定锚杆和

7、锁脚锚杆与岩体固定，对于特殊地质洞段需加长锁固锚杆，或采用注浆锚管锁固。（5）各类锚杆要求与拱架焊结为一体。（6）钢支撑就位后铺设钢筋网，以防止岩石掉块。钢支撑与围岩间空隙部位采用喷射砼或M10浆砌石回填密实，至其表面完全覆盖。3.2.2 预注浆 预注浆的作用是将水泥浆液压入需加固的地层中，经过凝胶硬化作用后充填和堵塞地层中的裂隙，减小注浆区地层的渗水系数，并固结软弱和松散岩体，使围岩强度和自稳能力得到提高。该方法与管棚法、锚杆法等结合，可作为处理断层破碎带等不良地质段的重要措施。3.2.3 大管棚预支护 大管棚支护结构由钢管及钢架组成，在掌子面上，以钢架为支撑点，按设计的间距和角度打设一定深

8、度的钢管，使钢管和钢架一起组成超前支护结构。（1）大管棚布置。大管棚沿设计开挖轮廓线以外1015布置。顶拱部位管棚间距为2040，边墙部位3050。实际施工中在保证洞室稳定的情况下可根据岩体条件灵活调整间距。管棚与洞轴线准平行，外插角控制在5。10。每两循环之间纵向水平搭接长度200300，跟管钢管选用108特制接头钢管。大管棚详见下图（2）施工准备。每棚大管棚起始端部位扩挖，扩挖段面采用型钢拱架支护。施工前采用钢管脚手架搭设钻机平台，平台要求基础稳定，搭设牢固，以防止钻孔时钻机不均匀沉降、位移或晃动导致成孔质量不付佳。（3）钻 孔。采用YG-80型工程锚固钻机钻进，跟管护壁工艺，QCW-10

9、0型冲击器配130偏心冲击钻头成孔。钻孔在脚手架平台上施工，采用活动杆件配合捣链以利于孔位转移，孔向采用全站仪进行控制，并定时校核钻机导向杆方向，保证管棚偏差满足要求。（4）灌 浆。灌浆前距掌子面1.5m范围内的洞段及掌子面采用喷射30厚砼封闭，作为止浆墙。为了防止渗水对砼的稀释，施工中采取临时加大水泥、速凝剂用量等措施，以利砼尽快凝结。根据围岩的稳定情况，在顶拱部位可选取一部分大管棚制作成花管。花管大管棚进行控制性灌浆，加固周边的围岩。灌浆时重点控制进浆量和浆液的扩散范围，灌浆压力控制在0.20.3MPa，渗漏严重的孔段掺加适量的水玻璃、进行小流量低压注浆或间歇式注浆，以缩短浆液的胶化固结时

10、间，减小其扩散半径。普通大管棚里面直接注0.5：1的浓浆充填，充填范围为钢管内腔及钢管与岩壁之间的空隙，以提高钢管自身的刚度。花管管棚与普通管棚间隔布置。另外，预灌浆与管棚预支护相结合的技术是进行断层及破碎带等不良地质段施工的重要手段。可根据围岩特性，采用a、先注浆后下管：在围岩破碎、成孔困难时采用该种施工方式。B、先下管后灌浆：其目的是采用注浆加固围岩，以减轻管棚承受的荷载。3.2.4 超前锚杆及超前锚注法在不良地质段采用超前锚杆预支护(必要时配合超前灌浆)施工技术。超前锚杆支护每循环开挖前施作，采用拱架支撑式，其前端沿顶拱斜上方插入围岩体内，末端支承在拱架上方并焊结牢固，使其起到支护掘进进

11、尺范围内拱部上方并有效约束围岩在开挖后的一定时间内不发生松弛坍塌，为锚喷支护和安装拱架创造条件。超前锚杆按1530间距于顶拱设计轮廓线以外1015左右处布置，根据围岩情况，间距可作适当调整。如围岩情况特别不良好，可采用二到三层结构，层间上下交错，保证其加固厚度。超前锚杆根据围岩类别调整采用22、25、28，L=3.55m规格锚杆,仰角5。15。超前锚杆前后循环搭接长度不小于1.5m，超前锚杆要全部固定在拱架的顶部，形成联合受力结构。该锚杆起插板作用，用以支托爆破后掌子面上部临空的岩体。超前锚杆的作用机理是：（1）超前锚杆起到释放或削弱掌子面围岩应力作用；（2）及时提供支护抗力，改善围岩应力状态

12、；（3）早期发挥锚固岩体作用，防止掉块、塌方。3.2.5 超前小导管注浆 （1）主要施工程序 每循环施工前布置超前小管棚或超前小锚杆配合超前小管棚注浆进行预支护，防止围岩松弛，提高掌子面的稳定性。小管棚钻设后立即压灌水泥浆固结洞室周边岩体，使其形成具有一定强度的壳体。一次注浆完成后采用短进尺多次开挖，具体开挖次数根据一次预支护长度与掌子面围岩情况确定。洞室必要时可采用短台阶分层开挖，“锚喷网+钢支撑（格栅拱架）+注浆小导管（或径向锚杆）”联合支护，对于底板特别松散的洞段设型钢横梁或钢筋砼地梁加强支护。进入下一循环预支护段施工可同时安排对已开挖的顶拱及边墙跟进进行固结灌浆，以提高围岩的稳定性。为

13、保证施工安全，掌握围岩变形动态，间隔20-30m布置一收敛监测段面，以便及时发现问题，调整施工工艺。（2）小管棚布置小管棚沿开挖轮廓线以外1015布置，一个循环长500600，根据围岩情况孔位间距为1530，其角度根据调整的衬砌结构进行计算，外插角为5。15。小管棚各循环搭接长度为150200，选用48、3.5钢管。小管棚孔位布置图（3）施工前准备施工前搭设脚手架平台，平台高度位于管棚设计高度以下150，宽400，并满铺木板，要求平台搭设稳定、牢固，以利钻孔作业。（4）钻 孔在搭设好的脚手架上用YQ-100B型潜孔孔钻机或其它风钻配56钻头钻进，再安装小导管。如果因特殊地质段围岩如类砂状地层、

14、砂砾石地层、土层、堆积体、大的塌方体，钻孔时孔壁稳定性差，成孔难度大。因此，采用跟管工艺将小导管送入孔内，杆体埋入孔内不拔出来，小管棚与钻头采用特制按头连接。钻孔时随时用角度尺检查钻孔或推进钢管的方向，以控制外插角达到设计要求。（5）止浆墙的形成灌浆前距掌子面100范围内的洞段及掌子面采用喷30厚砼封闭，作为止浆墙。（6）灌 浆利用钻设花眼的小管棚作灌浆管进行灌浆，固结钢管及周围松散体，管内灌浆可提高钢管自身的承载能力。主要施工方法如下：A灌浆管的制作。为灌浆需要，在钢管四周用电钻钻设灌浆孔，孔径1016，间距2530，呈梅花形布置，同一断面注浆孔互成90。如在采用跟管工艺，则钢管前部加工丝口

15、，采用特制接头与潜孔钻钻头连在一起。小管棚靠外露端100范围不高灌浆孔。B灌 浆小管棚安装完成，掌子面封闭后初始压注1：1水泥浆液，采用普通硅酸盐水泥拌制，浆液中可掺35的水玻璃，以缩短浆液的胶化固结时间。水泥浆液水灰比控制在0.6：11：1之间，水玻璃性能要求模数2.42.8，浓度3045。Be灌浆采用全孔一次注入。压力为0.40.8MPa，具体根据现场条件进行调整。灌浆时先用低压力、中流量注入，灌浆过程中逐步提升压力，灌压力上升至最大灌浆压力后，保持压力屏浆510min,然后结束。四、各方法具体相结合的应用 4.1 针对特殊地质段围岩的复杂多变的特点，施工中应从实际出发，各种不同的情况采用各种不同的施工方法，有时用一种施工方法，有时两种或三种施工方法想结合使用，才能为隧洞顺利开挖提供有利保障，也才能确保施工人员、设备的安全。4.2 当掌子面前端出现大的空腔时，为约束围岩的进一步变形恶化，采用大管棚进行整体预支护提高掌子面前端围岩安全稳定性是必要和有效的措施。4.3 如渗水较大，应对导水断层进行追溯开挖，布置减压排水管或排水孔，集中引排地下水，增加末开挖段围岩的稳定性。然后，适时采用密