巴基斯坦NJ水电站引水隧洞穿河段在不良地质条件下施工技术

1、巴基斯坦NJ水电站引水隧洞穿河段在不良地质条件下施工技术摘要：巴基斯坦NJ水电站位于喜马拉雅山强烈构造区西构造结的核心部位，其 长距离引水隧洞（单线长约28.6km，总长48.2km）在中后部从Jhelum河底下方 穿过（简称：穿河段）。其中，穿河段开挖为8.55*9.05m马蹄形断面，断面面积 107皿，长度为804m，距河底最低处约165m，穿河段紧邻上游侧 MUZAFFARABAD大断层，穿河段岩性主要为SS-2砂岩和泥岩，少量为SS-1砂岩; 裂隙多为贯穿性宽大裂隙，断层裂隙；岩层破碎、软化，地质条件极其复杂，给 穿河段开挖施工带来了极大的困难和挑战。关键词:水电站；引水隧洞；施工技术；1. 刖言水力发电站凭借其发电量大、可再生、污染小等优势，广泛应用于国内外发 电项目。引水隧洞是引水式发电站的重要组成部分之一，受发电量、河道水流量、 水头落差等因素影响，引水隧洞长度和断面设计也存在较大的差异。而在长距离 的引水隧洞开挖过程中，势必会遇到更多不利的地质因素，如穿越断层、破碎带、 围岩软硬不一区域、地下水丰富区域以及岩溶区域等，如何在施工过程中提前发 现不良地质条件，以及如何采取

2、措施应对不良地质条件下的施工，以保障隧洞施 工安全、快速进行，是长距离引水隧洞必须解决的难题。2. 施工技术特点2.1依靠水平深孔超前取芯勘探技术准确探明前方围岩地质，根据不同围岩 采取不同开挖支护方案，通过不断的评估、总结之前的施工方法，得到更加合理 的后续施工技术方案。2.2为减小爆破振动，将如今广泛应用的非电毫秒雷管引爆技术替换为半秒 雷管引爆，且在施工过程中通过实验室爆破振动监测，证明有良好效果。2.3成功穿过河底开挖及断层带开挖，并处理掌子面塌方涌水、掌子面后底 板涌水及掌子面后边顶拱涌水，为不良地质段开挖、涌水处理提供借鉴意义。3. 适用范围施工技术适用于断层带、裂隙发育、高水压、强涌水等复杂地质的隧洞开挖 以及不良地质段引起的地质灾害处理。4. 施工技术原理原理1：在前期无详细地质勘探资料的情况下，开挖前，采用水平深孔超前 勘探孔取芯和冲击勘探相结合的勘探方法，根据取芯过程中取芯孔的出水颜色及 大小，判断前方围岩含水情况。根据取芯的完整程度，判断前方围岩的岩性及完 整性。通过科学推断了解围岩地质状况，分析岩层走向和地下水的发育情况，为 开挖施工提供决策依据；原理2：根据预

3、判的前方围岩类别和涌水情况，利用超前灌浆形成帷幕墙加 固前方围岩，确定合适的超前支护手段（超前管棚或超前锚杆）处理方式，选定 不良地质段的开挖进尺和加强支护方式，稳步推进，同时要最大程度实现各作业 面的穿插平行作业，提高施工效率，实现快速施工。5. 不良地质段施工技术5.1施工技术流程5.1.1开挖前准备工作：在引水隧洞穿河段开挖前期，设计单位对河道两 侧垂直向下至引水隧洞设计高程处进行了取芯地质勘探工作，对穿河段河道两侧 区域的岩性有了一定的了解。在穿河段开挖过程中，左右洞掌子面距离应不小 于25m；在位置靠前的工作面上进行勘探孔取芯，勘探期间，另一条隧洞继续开 挖，根据探明的岩层走向和地下水的发育情况等信息，推断出另一侧洞段需要预 防的灌浆部位。取芯长度按150m/次左右考虑，并根据实际操作情况调整，两次 取芯需要保证10m左右的搭接长度。5.1.2测量放样：采用莱卡全站仪进行断面验收，如存在欠挖，需将欠挖部 位开挖至设计轮廓线。5.1.3钻眼、爆破：使用多臂钻进行造孔，并根据不同的围岩计算爆破药量。 爆破完成后），根据岩石情况采用挖掘机或人工手持剥落棒站在剥落台车上对洞 顶及边墙

4、松动岩石进行剥落。5.1.4装岩出渣：在通风散烟约半小时后，开始进行出渣。装岩出渣根据隧 洞洞径选择合适型号的设备，满足设备灵活工作的要求。先使用挖机进行掌子面 松动围岩排险，后使用装载机配合自卸汽车进行出渣。5.1.5地质素描：地质素描主要是进行掌子面岩层、岩性描述（包括岩石风 化破碎程度、岩体结构状态等）；地层分界面产状及其位置；岩层产状及其变化测 定；构造（断层等）位置、产状、宽度测定，断层性质描述；节理裂隙统计，包括 发育分布位置、产状、组数、节理面闭合张开状态、节理面形态、节理面充填情 况；掌子面涌滴水位置的确定、涌滴水量测定或估算；特殊地质现象描述。根据 掌子面地质描述围岩情况，确定支护方案及下一循环开挖方案。5.1.6初喷：喷射前用高压风带少量的水将岩壁面的粉尘、杂物吹干净，然 后采用湿喷台车对围岩进行7-8cm钢纤维砼喷护。喷护应由下向上分层分块喷护， 每段长度为3-4m，喷头喷射方向与岩面偏角小于10，夹角为45，喷头至受喷 面距离在0.81.2m之间，喷头呈螺旋形均匀缓慢移动，砼喷护完成后表面必须 平顺。5.1.7系统锚杆：锚杆点位放样，间排距应梅花型布置。采用两臂

5、钻进行锚 杆造孔，孔深5m，孔径*42，锚杆造孔完成后，进行清孔验孔，然后进行锚杆 注浆及锚杆安装，锚杆为长5m，*25镀锌锚杆，等孔内砂浆凝固24小时后，采 用专用扳手将锚杆垫片上的螺帽拧紧。5.1.8挂网或安装钢肋条及钢格栅：安装网片或钢肋条及钢格栅需在初喷钢纤 维砼初凝后进行，网片为*6钢筋网，网格尺寸为10cmx10cm，安装时需紧贴岩 面，网片搭接长度为20cm，采用锚杆垫片固定网片或采用电钻向墙体钻20cm深 的孔，安装*10的钢筋，钢筋长35cm为宜，然后将外露砼面钢筋扳弯来固定网 片。安装钢肋条采用*16的螺纹钢，间距15-20cm，*16的联系筋间距为50cm。 钢格栅安装间距为1m每棉，在围岩破碎及收敛较大的区域加密支护。每棉钢格 栅还需安装固定格栅拱架的锚杆，锚杆直径*25,长1.2m，入岩深度1m，间距 1.5m。5.1.9二次喷护：由于锚杆造孔时有岩浆或泥浆从孔内流出黏贴在喷护砼表 面上，在复喷时需用高压风带少量的水将岩壁面的岩浆或泥浆清洗干净，然后采 用湿喷台车进行8-16cm复喷。5.1.10必要时需浇筑底板钢筋混凝土，混凝土浇筑厚度30-40cm。5.2

6、较差围岩段施工操作要点在围岩破碎或有涌水的区域开挖施工时，需提前进行超前灌浆，或在超前灌浆的基础上进一步使用超前管棚加灌浆的强支护，保障安全通过破碎、涌水区域。5.2.1超前灌浆：超前灌浆分为初期堵漏灌浆和周边超前灌浆。如果取芯或冲击超前勘探孔出现涌水量在100 L/min或以上，涌水压力在 5bar（0.5MPa）之间时，拟定进行超前灌浆。在隧洞周边360范围布置超前灌浆 孔，向隧洞轴线前方呈伞状布置，孔深一般为30m，或按工程师指令孔深为 1530m。例如：I序孔primary holes布置4个，在以下钟点位置：12： 00点钟， 3:00，6:00，9:00点钟。H序孔secondary holes布置4个，在以下钟点位置1:30， 4:30，7:30，10:30。如果有必要则在I，H序孔之间增加布置B序孔。该布孔方 式适用于在特殊地段的超前灌浆或应由工程师指令超前灌浆施工工艺为：判定涌水部位T冲洗T阻塞T压水试验（如果有） T灌浆T保持压力T灌浆结束判定涌水部位由承包商和工程师的地质人员在现场评估。钻孔冲洗：对于有涌水的勘探孔，一般不进行钻孔冲洗。或按工程师现 场指令进行孔段

7、冲洗。孔段阻塞：采用机械式阻塞器或气囊式阻塞器对涌水的勘探孔进行阻塞。 阻塞深度一般不小于3.0m。钻孔过程中在特定的涌水区测量涌水，需要对孔底以 上一定的涌水区进行阻塞。压水试验：超前灌浆一般不进行压水试验。或按工程师现场指令进行压 水试验。超前灌浆：水泥灌浆浆液分为纯水泥浆及水泥浆中掺加外加剂的水泥浆， 一般采用Type A型纯水泥浆灌注。水泥浆水灰比为0.5:1 （重量比）。必要时水 泥浆中可以掺加速凝剂。掺加外加剂需要进行试验并得到工程师的批准。当采用双液灌浆时，则用水泥-水玻璃双液浆。采用双液泵或两台灌浆泵分 别灌注水泥浆及水玻璃。初步拟定水泥浆液采用0.5： 1的浓浆，水泥与水玻璃体 积比为1： 0.11： 0.5，根据实际灌浆过程中的进浆量调整浆液比例。灌浆结束标准拟定为：在确定的灌浆压力下，当吸浆量5L/min，继续灌 注10min，可结束灌浆。并联多个灌浆孔，当吸浆量15L/min，继续灌注15min 结束。只有在给定的压力下，延续至少10分钟才可同意完成了一个孔段的灌浆 或现场工程师确定。闭浆或屏浆：闭浆就是为防止孔段内浆液反流溢出，继续保持孔内封闭 状态。屏浆则对

8、于大涌水量的孔段，达到灌浆结束条件后，继续使用灌浆泵对灌 浆孔段内保持压力30分钟。5.2.2超前管棚支护及灌浆围岩破碎区域开挖前需要先进行超前灌浆，在超前灌浆完成的基础上，根 据需要实施顶拱超前支护，可以使用超前锚杆或超前管棚，在穿河段区域考虑到 有伴随涌水发生的可能，一般选择超前管棚并灌浆来保障施工安全。管棚安装及 灌浆施工工艺见下图1：管棚灌浆孔布置在隧洞顶拱区域120-180范围，孔距为0.3-0.4m，孔内预 埋灌浆管，在灌浆管内灌浆。钻孔孔径为*64mm或133mm，根据实际地质情 况选择小管棚或大管棚，沿隧洞轴线外偏角710，呈伞状向围岩辐射，钻孔 长度为深入掌子面内6m或12m，两个相邻循环灌浆孔的之间搭接长度不小于 2m 或 4m。埋设灌浆钢管采用48mm或80mm无缝钢管制作，长度6m或12m， 管壁设若干梅花型出浆孔。出浆孔孔径8mm，间距为30cm。见图2、图3。灌浆方式采用纯压式，按照分序加密的原则进行，共分为I序孔和H序孔 两个次序。即隔孔相间为I序，两个I序孔中间为H序孔。先灌I序孔，后灌H 序孔，直至检查孔涌水量小于50L/min时结束。6. 结果评价自穿河段引水隧洞开挖以来，从各项仪器观测数据显示，洞体变形处于稳定状态。 隧洞开挖过程中处理了由于地质灾害引发的掌子面塌方、边顶拱涌水及仰拱涌水 各一次，整体来说，该灌浆、开挖及地质灾害处理的手段很成功，可以值得类似 的工程施工中进行借鉴。从而为水利工程项目的建设和发展创造良好的施工和实 践模式。

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