拉西瓦电站左岸高线交通洞粘土岩及断层施

王景哲¹，杜永²

（1．国家电力公司西北勘测设计研究院，西安　710065；
2．中国水利水电第四工程局，西宁　810006）

    关键词：拉西瓦水电站；隧洞；粘土岩；大断层；施工技术
    摘　要：总结粘土岩与大断层内的隧洞施工技术，对黄河上游及类似工程施工提供借鉴。

　　拉西瓦水电站位于青海省贵德县与贵南县交界处，坝址上游32．8 km为已建的龙羊峡水电站，坝址下游75．8 km为已建的李家峡水电站。该电站是黄河流域最大的水电站，坝型为混凝土双曲薄拱坝，坝高250 m，装机容量6×700 MW，地下式厂房结构。左岸高线交通隧洞工程是拉西瓦水电站的前期工程，主要承担左坝肩、左岸缆机平台的部分出渣、混凝土及机电设备等的运输任务，同时也是永久上坝交通的组成部分。隧洞起点桩号为K0＋848．64m，终点为左岸坝头，桩号K3＋229．31 m，隧洞全长2 380．67 m，其中隧洞段长2 356．65 m，明线段长10．02 m，明拱段长14 m。隧洞为城门洞型，由于粘土岩及伊黑龙F1大断层位于K0＋848．64～K1＋104．97 m之间，因此在该段设2条并行的钢筋混凝土全断面衬砌单车道隧洞，以减小开挖断面面积，单车道开挖断面尺寸为7．6 m×8．3 m（宽×高），2条隧洞相隔岩体厚度为24．2 m。K1＋104．97～K1＋134．10 m段由单车道渐变到双车道，开挖断面尺寸为15．62 m×8．96 m～11．2 m×10 m（宽×高）。在K1＋134．10～K3＋219．29 m段设双车道隧洞， 开挖断面尺寸为12 m×10．15 m（宽×高）。隧洞围岩类别为Ⅱ～Ⅴ类围岩。
1　隧洞地质
　　隧洞沿线地层主要为上三系粘土岩、下三叠系变质石英砂岩、夹板岩、少量灰岩、变质岩、洪积碎石夹壤土及花岗岩。其中隧洞进口段（单车道隧洞段）地层岩性为第三系N2红色粘土岩及半成岩的砂砾岩，具水平层理、块状结构。粘土岩岩石强度低、遇水后表面膨胀、崩解、软化，失水后干缩开裂，具快速风化的特性。砂砾岩为半胶结状，分布不均匀，出露无规律。粘土岩与变质岩的交界处即为伊黑龙F1大断层。该断层属于区域性断层，下盘为粘土岩，上盘为变质岩，由多条不规则断带组成，其主要组成物质为断层角砾岩夹少量粘土岩条带、灰色糜棱岩，泥质条带夹少量碎块石等。断层中部夹受断层破坏的变质砂岩，岩石胶结差，但挤压紧密。伊黑龙大断层主带宽度40 m左右，影响带宽度40～80 m，断层出露于地表。地下水主要分布在伊黑龙断层带和影响带中，主要以渗、滴水为主，局部有小量涌水。隧洞中段及出口段岩层主要为变质岩及花岗岩，围岩类别为开挖是该工程施工的关键，必须采取特殊的施工技术方可保证开挖质量和施工安全。
2　施工技术
2．1　粘土岩施工技术
　　针对粘土岩强度低、遇水后表面膨胀、崩解、软化，失水后干缩开裂，具快速风化的特性，在开挖时主要采取以下几项措施：
　　（1）短进尺，强支护。由于粘土岩地段开挖断面相对较小，开挖时采用全断面掘进，开挖进尺控制在1．5～2．5 m。每次出渣完毕后，立即进行Ⅰ₁₈钢支撑施工，同时进行挂网、喷锚施工。钢支撑安装时，与四周岩壁之间采用锁脚锚杆进行锚固，钢支撑之间采用钢筋或型钢相连，以使所有钢支撑形成一个整体。钢支撑及钢筋挂网必须与岩石面紧密贴合，喷混凝土必须将钢支撑全部包裹，使钢支撑与挂网及喷混凝土形成一个整体受力的壳体共同承受围岩压力。
　　（2）由于粘土岩具有遇水软化、崩解的特点，打水钻易使粘土岩的自稳性能降低，开挖安全难以保证；若打干钻，洞内灰尘较大，对施工人员的身体健康造成危害，而且劳动效率也大大降低。因此粘土岩地段造孔，采用ZDQ18型麻花电钻。该钻具有钻孔速度快，打钻扬尘小的特点，而且施工成本很小，是粘土岩地段最理想的造孔机具。
　　（3）开挖时密布超前锚杆和周边光爆孔。由于粘土岩强度低，自稳性较差，为了控制超欠挖及保证开挖时的安全，超前锚杆间距按0．4～0．8 m布置，长度为3～4．5 m，角度按30°～35°控制，使超前锚杆在开挖断面拱部起到棚架作用。周边光爆孔间距按0．3～0．6 m布置，控制爆破装药量，以减小对周围岩石的爆破扰动。
　　（4）采用反铲清理掌子面。由于粘土岩强度低，爆破对掌子面岩石扰动较大，经常出现下茬炮装药时掌子面塌方的现象，为了确保安全，出渣完毕后，对掌子面采用反铲清理，这样一方面可解除掌子面塌方的危险，另一方面更有利于下茬炮的钻孔施工。
　　经采取以上措施后，粘土岩地段施工取得了预期的效果，断面开挖平整度±5 cm，除掌子面偶有局部小的塌方外，边墙及顶拱很少出现塌方现象，施工质量、安全得到了强有力的保障，已于2002年9月底完成了施工任务。
2．2　伊黑龙F1大断层施工技术
　　大断层位于粘土岩与变质岩的分界处，断层产状：NW310°～325°、SW∠35°～65°，与隧洞轴线的夹角为64°～78°，断层影响带及主带宽度80～120 m，在断层中存在地下水。因此，若开挖时不采取特殊的处理措施，将会造成大的塌方或冒顶现象。该部位的开挖施工，主要采取以下几项措施：
　　（1）控制开挖进尺在1．0 m以内，钢支撑间距0．5 m，同时改挂网喷素混凝土为挂网喷钢纤维混凝土，局部地方挂双层钢筋网喷护。
　　（2）加密超前锚杆，锚杆间距调整为0．3 m。后期由于地下水的影响，渗水地段造成已支护好的钢拱架顶部局部地方被渗水淘空，出现塌方现象，而且掌子面也时有塌方，对此，改超前锚杆为超前小导管（花管）固结灌浆法掘进，在灌浆时掺入3％的水玻璃，以缩短待凝时间。对被渗水淘空的部位采用挂网喷钢纤维混凝土填注的方法进行处理。
　　（3）及时在渗水部位（包括掌子面）打设排水孔，采用PVC花管引出渗水。
　　（4）由于断层处的岩石比较破碎，采用以反铲抠挖为主、局部地方放小炮的方法进行开挖施工。
　　（5）每次开挖完毕迅速进行喷锚支护，并对掌子面进行素喷封闭处理。
　　（6）及时施工断层地段的衬砌混凝土。
3　经验与教训
　　（1）在粘土岩地段采取加密超前锚杆及周边光爆孔的方法，对控制超欠挖及确保施工安全起到了良好的效果。
　　（2）前期开挖时，由于对粘土岩的自稳性估计过高，钢支撑间距曾控制在2～3 m，后期发现有些钢支撑产生了扭曲变形，经采取补加钢支撑，二次补喷钢纤维混凝土后，钢支撑变形得到了有效的控制，所以对粘土岩地段钢支撑间距宜控制在1～1．5 m，而且混凝土施工要及时跟进。
　　（3）对粘土岩地段及断层部位，采取喷钢纤维混凝土要较喷素混凝土效果显著，它更能适应隧洞较大的变形，是洞挖工程初期支护最理想的支护材料。钢纤维混凝土可提高混凝土的韧度、抗冲击能力和对裂纹的控制能力，而且均匀分布的钢纤维可使喷射混凝土在任意截面均能承受拉应力，同时它和围岩有极佳的紧密结合性能，可通过应力的重分布，充分发挥围岩的自承能力，可提高施工的安全性。
　　（4）在断层地段尤其是渗水地段，采用对掌子面迅速喷混凝土封闭并打设排水孔的方法是必要的。根据岩石的可灌性，采取超前小导管固结灌浆的方法掘进，对控制塌方和保证施工安全起到了决定的作用。

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