导流洞不良地质段开挖稳定关键技术研究.pdf
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1、导流洞不良地质段开挖稳定关键技术研究徐林林何金星/中国水利水电第六工程局有限公司【摘要】本文介绍了乌东德水电站右岸导流洞薄层一极薄层灰岩不良地质段开挖施工的技术特点、难点及施工措施,针对工程难题,通过开展一系列的科研攻关,确保了特大断面导流洞不良地质段区域开挖的安全、稳定,预防了大塌方的产生,取得了较好的研究成果,可为类似工程提供借鉴。【关键词】不良地质段开挖稳定关键技术研究1概述在高山峡谷建设电站,一般采取隧洞导流的方式。随着水电站建设规模的不断扩大,导流地下洞室规模日渐大型化与复杂化,地质条件也日趋复杂,而且水利水电工程建设周期向着逐渐缩短的方向发展。导流洞开挖是大江截流的控制性工程,一般
2、工期极为紧张。如何在极短施工工期适应极复杂地质围岩情况,已成为当今地下洞室施工中不可回避的问题。在积累了溪洛渡左岸导流洞、锦屏导流洞以及官地地下厂房等洞挖施工近十年经验的基础上,于乌东德水电站右岸导流洞施工中进行技术创新。乌东德水电站特有的薄层极薄层灰岩不良地质段,使开挖后岩体卸荷松弛稳定问题极为突出,围岩自稳时间短,容易出现塌、顺层剥落等破坏。对遇到的工程难题开展科研攻关,降低了爆破对大断面岩石的扰动和变形,有效加固了岩体,预防了大塌方的产生,确保了施工安全。乌东德水电站3 号、4号导流洞洞身标准段分为三层进行施工,根据不同围岩类型采用不同的分层高度。3 号、4号导流洞隧洞洞身标准段开挖分层
3、分区见图1。2不良地质段开挖支护施工乌东德水电站右岸共布置3 条导流洞,洞身段平行布置,轴线间距3 8 50 m,3 号、4号导流洞衬砌后净断面尺寸16.5m24.0m(宽高),开挖尺寸19.9m27.2m,洞身出口段与电站尾水隧洞结合。右岸导流隧洞围岩体由褶皱基底构成,从进口至出口穿越的地层依次为:因民组Ptzy、Pt z y,落雪组Ptzl、Pt z 1。其中,A区A区A区8B区上层C区B区上层C区B区上层C区3.95103.954.35104.354.6104.6一5中层中层中层37下层6下层6下层617.918.719.2DI型断面分区分层图(I类围岩)D1型断面分区分层图(I类围岩)
4、D2、D 2 型断面分区分层图(类围岩)图13 号、4号导流洞隧洞洞身标准段开挖分层分区图(单位:m)8程地下Pt2yi为肉红色互层夹薄层和中厚层石英质大理岩化白云岩,Pt2/3-2-4、Pt z/3-2为厚约5m的石英岩,岩石坚硬。岩层产状:倾向16 0 18 0,倾角一般为6 5 8 5,倾向下游。导流隧洞下游岩体以微风化为主,局部有裂隙性溶蚀风化,层面发黄,胶结较差,洞壁局部有揉皱现象,中缓倾结构面及微裂隙发育,岩体破碎,局部有滴渗现象,为IV类围岩。另外,该洞段发育一组宽2 3 mm的长大裂隙,走向3 50、倾角2 5,缓倾上游,缝内泥、钙质充填,与层面共同切割形成易失稳块体。围岩稳定
5、性差、自稳时间短,以及规模较大的各种变形和破坏,都有可能存在施工隐患。地质破碎岩体见图2、图3。图2地质破碎岩体(一)图3地质破碎岩体(二)在施工中遇到该种地质问题,按照“短进尺、弱爆破、强支护”的施工原则,一循环、一支护,在洞室设计“钢拱架十模喷混凝土十二次回填形成整体支撑拱受力体”体系。钢支撑内侧安装免拆模板,模喷混凝土;或遇空腔较大部位,可支立副拱,形成空腔内部桁架支撑体系;回填混凝土形成整体支撑拱;最后进行回填灌浆,填充缝隙,使回填混凝土、钢拱架及围岩形成统一整体,改善围岩整体受力条件,形成稳定拱形受力体。2.1施工流程工艺流程:薄层开挖喷混凝土封闭岩面系统锚杆安装(对于成孔困难部位钻
6、设自进式锚杆或先进行无盖重固结灌浆,再进行系统锚杆施工)钢支撑施工在钢支撑靠岩面侧焊接钢筋网并安装免拆快易收口模板模喷混凝土二次回填形成整体支撑拱受力体(对于空腔区域大于1m部位,采用泵送混凝土回填;对于空腔区域小于1m部位,采用灌浆回填)。2.2分层开挖根据特大断面洞室结构特点,采取自上而下薄层开挖方法。上层层高为910 m,采取中导洞超前勘探先行、支护完毕后两侧扩挖跟进或全断面进尺的开挖方法,现场严格按照一循环、一支护的程序施工。中下层采取中间拉槽、两侧预留保护层的开挖方法,分层高度均为46 m。通过采取薄层开挖,一循环、一支护的方法及时加固岩体,降低爆破对大断面岩石的扰动和变形,有效预防
7、了大塌方的产生。乌东德水电站3 号、4号导流洞隧洞开挖炮孔布置见图4、图5和图6。2.3及时封闭岩面开挖后及时对周边围岩及掌子面喷一层58 cm厚的钢纤维混凝土进行封闭,避免风化给围岩造成二次损害;形成初期简单的柔性支护环,以增长围岩的自稳时间;利用掌子面的素喷混凝土封闭措施,保持开挖掌子面与洞轴线大致垂直,以方便大型机械作业,加快后续安全支护进度。2.4锚杆支护喷混凝土后及时打设一定数量的系统锚杆,尽早发挥其悬吊作用,进一步加强围岩的稳定。系统锚杆宜采用多臂钻(人工手风钻只适合在类、类围岩施工,多臂钻可以在IV类、V类围岩及破碎弱风化围岩施工中,体现出更强的适应性,实现更快速、优质、安全的施
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