引水洞覆盖层进洞施工技术

引水洞覆盖层进洞施工技术

程宁宇吴利国

程宁宇吴利国

中国水利水电第七工程局有限公司四川成都610081

摘要：大渡河硬梁包水电站德威大堰引水洞覆盖层洞段总长40m，主要由崩坡堆积体砂土碎石覆盖而成，总体结构松散、构成复杂，成洞条件极差，钻孔试验过程中，塌孔、卡钻现象严重。施工过程中，通过采用跟管钻进法施做超前大管棚、预固结灌浆、架设钢格栅拱架、挂网喷混凝土等多种支护方式，成功解决了覆盖层进洞的难题。本文对这一施工技术进行了介绍。

关键词：覆盖层进洞；隧洞施工；跟管施工

1工程概况

硬梁包水电站位于四川省泸定县境内，是大渡河干流水电规划22个梯级电站的第13个梯级电站。电站正常蓄水位1246m，装机容量111.6万kW，与上游双江口水库联合运行，多年平均年发电量51.42亿kW•h，发电效益巨大。

德威大堰沿大渡河右岸布置，全长约22.5km，用于泸定县德威乡约3200亩耕地的灌溉。水库蓄水后，大堰从库区取水，经引水洞绕过坝肩后，通过钢筋混凝土涵管在下游向原大堰渠道供水。引水洞长391m，断面为城门洞型，断面尺寸为2.0m（宽）×1.9m（高）。引水隧洞出口位于一斜坡下，斜坡坡度40°～50°，砂石土层覆盖，呈散体状结构，堆高30m～100m，堆宽60m～200m，堆石体处于极限平衡状态。该崩坡堆积体含有大量孤石、碎石，粉土、砂层充填于石块之间，总体结构非常松散、构成复杂、架空明显、粘聚力极小，坡内无地下水，成洞条件极差。由于崩坡堆积体较高，且上方有当地新建输水管道通过，若将覆盖层全部挖除，不仅开挖工程量大，投资高，施工时还可能扰动输水管道支墩基础，增大施工安全风险。为保证隧洞开挖施工安全，加快施工进度，解决钻孔卡钻、孔壁坍塌等难题，经研究决定，采用跟管钻进法施做超前大管棚进洞。

2进洞前边坡防护

针对引水洞出口地表地质结构特点，按照先防护后开挖的原则，采取在出洞口边坡设置被动防护网、钢筋石笼挡墙、截排水沟及挂网喷混凝土等防护措施，以确保边坡的稳定。同时，保护地表原始植被，减少对施工区域自然环境的破坏。

3跟管钻进进洞方案

跟管钻进法将钻头与跟管形成刚性连接，中心钻具与套管同时钻进，在钻孔的同时对已形成的钻孔用护壁套管保护起来，护壁套管具有足够的强度和刚度，可有效的阻隔钻孔孔壁的变形、坍塌和掉块，阻隔钻孔机具对孔壁的冲击扰动，从而有效的保证孔壁的完整性，钻孔、顶管一次就位。与传统管棚施工先钻孔后顶推管棚的方法相比较，跟管钻进有效的解决了复杂地层钻进过程中的破岩、塌孔、堵孔和卡钻等问题，不扩大孔位，施工速度快，效果好。跟管钻进施工工艺流程如下：导向墙浇筑→洞脸、掌子面喷砼支护→搭设钻机操作脚手架→钻机安装就位→跟管钻进→退钻、接杆、接管→钻进至设计孔深→拆除钻具钻杆、插锚筋束→注浆→验收。

3.1导向墙施工

导向墙长3m，厚0.6m，采用钢格栅拱架作为骨架，在其上调整固定Ф159导向无缝钢管，导向管外插角1°～3°，埋入边坡10cm，环向间距33cm。导向管安装完毕后，立模浇筑导向墙混凝土。

3.2管棚施工

3.2.1管棚施工参数

为保证超前管棚具有足够的刚度和强度，超前管棚跟管采用Φ127无缝钢管，自起拱线以上布设，拱肩以下两侧边墙各设置1根管棚以防止侧壁垮塌，管棚环向间距约33cm。跟管单节长1.5m（含连接件），接长采用丝扣连接，相邻两节管丝扣位置错开，单孔跟管总长度30m/29.25m。跟管上单断面设2个溢浆孔，孔径16mm，孔间距300mm，呈梅花形布置，尾部留1.5m不钻孔的止浆段。

3.2.2钻孔施工

跟管钻孔采用成都哈迈YXZ-90A锚索钻机，钻头采用合金偏心钻头，钻孔角度上仰1°～3°。钻孔顺序：先钻最底部1、20号孔，以确定孔深，然后施工单号孔，待单号孔钻孔、灌浆完成后，再施工双号孔。为了让相邻两根套管丝扣位置错开，单号孔比双号孔深0.75m，即单号孔深30m，双号孔深29.25m。

开孔前，搭设钻机操作脚手架，调正钻机，将套管放入导向管，使导向孔、钻机立轴和钻杆在一条直线上。采用空气潜孔锤跟管钻进和潜孔锤超前扩底，套管扩孔双回旋钻进技术，以压缩空气作为潜孔锤动力，同时冷却钻头，吹孔排除岩屑。当钻孔钻进到设计深度后，钻机反向旋转90°，内钻杆即可将中心钻头与套管分离，取出中心钻具，套管、管靴留在孔内，钻孔一次成孔。

钻进过程中注意观察套管的跟进情况及孔内排粉情况，每钻进0.3～0.4m强吹孔排粉，以保持孔内清洁，发现回转阻力大或外套管跟着旋转的情况时，轻提钻具反复进行排渣清孔。发现有突进和卡钻现象一定要查明原因，排除故障后才能进行施工。在复杂地层钻孔过程中，易发生卡钻现象，配备一台拔管机，可有效避免卡钻后延误工期。

3.2.3锚筋束制作及安装

为增大超前管棚支护结构的整体刚度和强度，套管内插同长度2*Φ28锚筋束。锚筋束束体上绑扎Φ20PVC管作为排气管，孔口外露长度0.5m。锚筋束顺束体方向在上、下、左、右四个面每隔3m焊接0.2m长Φ6.5圆钢，圆钢中间凸起，将锚筋束架空，以确保锚筋束与管壁有足够的空间，保证管棚注浆时浆液能充分包裹锚筋束体。锚筋束安装完成后，在跟管口埋设1m长进浆管，然后使用水泥砂浆将孔口、管口全部封闭。

3.2.4管棚注浆

注浆采用纯水泥浆液，根据覆盖层承压能力差的特点，采用纯压式灌浆方法，按全孔一次灌浆的方法进行；灌浆顺序为先低后高、从两侧向中间进行；浆液比级(水:水泥)分1∶1、0.8∶1及0.5∶1三个比级，开灌水灰比1:1，漏量大时灌注0.8∶1或0.5∶1的浓浆，灌浆压力0.1～1MPa，压力视吸浆量情况及现场监理工程师指令进行调整，尽量控制每延米吃浆量在200kg以内。当每分钟注入量不大于1L时，延时30min结束灌浆。

3.3覆盖层洞挖与支护施工

3.3.1开挖

整个进洞超前支护施工完成后，进行洞室断面后续的洞身暗挖和支护作业。洞身开挖断面尺寸3.4m（宽）×3.1m（高），采用全断面法开挖。因洞身开挖断面尺寸小，机械无法操作，全部采用人工进行开挖，开挖工具采用风镐、铁锹、铲等。覆盖层洞段开挖过程中遇到了了大小不等的孤石，人工开挖困难，施工过程中，采取沿结构断面外侧打爆破孔的方式对结构断面以内的孤石体进行松动爆破，待结构断面以内的孤石破碎后再按常规办法继续开挖。洞内出渣选用小型装载机装渣配农用三轮车运渣。

3.3.2支护

开挖每循环进尺0.5～1.0m，快速架立钢格栅拱架，安装好钢格栅拱架后，及时进行锁脚加固和挂网喷混凝土支护。因覆盖层段侧墙无法钻孔打设锚杆，即便打入锚杆，抗拉拔力也很差，故采用[16槽钢与拱架底部两端焊接封闭进行锁脚支撑。

4结语

硬梁包水电站德威大堰引水洞覆盖层洞段的施工，通过采用跟管钻进法施做超前大管棚、预固结灌浆、超强临时支护、及时永久支护等手段，成功的解决了覆盖层崩坡堆积体不良地质段隧洞成洞难、易塌方、工期紧等多项困难，保证了施工安全，在质量、进度方面均取得了良好的效果，为复杂地层中的隧洞进洞施工提供了宝贵经验。

参考文献

[1]郭仲敏.超前管棚预支护在隧洞施工中的应用[J].山西水利科技,2009(04):20-21.

[2]刘献求.管棚法超前支护在板坡隧洞施工中的应用[J].低碳世界,2016(20):75-76.