软岩区水平岩层不良地质条件安全、质量管理应对措施体系建立与应用

软岩区水平岩层不良地质条件安全、质量管理应对措施体系建立与应用

吕超洋

重庆蟠龙抽水蓄能电站有限公司重庆市

摘要：蟠龙电站地质条件很差，岩石多为粉砂质泥岩和泥质粉砂岩交叠，且泥岩遇水极易软化，加之整个岩石呈水平分布，隧道开挖过程中产生的安全风险和质量控制较常规隧道开挖增加了很大的难度；为确保洞室开挖过程中安全、质量可靠，在蟠龙项目建设过程中利用先进的科学技术和机械装备，梳理出先进、有效应对手段，并在现有工程中得到了有效执行，效果较好，总结出了一套应用于水平岩层不良地质条件安全质量管理的经验。该套体系对相类似的不良地质条件工程洞室开挖安全质量的管理有较强的推广应用价值。

关键词：不良地质；安全风险；质量；建立与应用

0引言

为切实提高软岩区不良地质条件下安全、质量管理，提高工程安全质量管理水平，结合规程规范，蟠龙项目结合工程实际，针对不良地质条件，利用先进的科学技术和机械装备，梳理出先进、有效应对手段，并在现有工程中得到了有效执行，效果较好，总结出了一套应用于水平岩层不良地质条件安全质量管理的经验。本项目一方面可以有效指导目前蟠龙工程复杂地质条件下安全、质量管理，降低安全风险，确保工程建设安全、质量；另一方面也可有效指导后期地质条件复杂的地下厂房开挖支护安全和质量管理。此外，对相类似的不良地质条件工程洞室开挖安全质量的管理有较强的推广应用价值。

1.工程概况

蟠龙抽水蓄能电站由上水库、输水系统、地下厂房系统、下水库及地面开关站等建筑物组成。重庆蟠龙抽水蓄能电站位于重庆市綦江区中峰镇境内，距重庆市渝中区直线距离约80km。电站安装4台300MW可逆式水泵水轮发电机组，总装机容量1200MW，额定水头428m，设计年发电量20.04亿kW/h，是国家大型水电工程项目。电站建成后将供电重庆市主网，主要承担电网的调峰、填谷、调频、调相、事故备用和黑启动等任务，是未来电网中重要的骨干电源。

蟠龙电站枢纽建筑物主要由上水库、下水库、输水系统、地下厂房及开关站等建筑物组成。上水库位于清溪河右岸支流蟠龙沟上游，总库容1123.56万立方米，下水库位于綦江一级支流清溪河上游右岸支流石家沟上，总库容1415.5万立方米。建设征地涉及5个村，189户，共605人，征地总面积为5363.42亩。该项目拟以1回500千伏出线接入隆盛500千伏变电站，直线距离约40千米。项目建设总工期为78个月。

地下工程主要涉及主副厂房、主变洞、引水系统、尾水系统、上下库1~7#隧道、生基岗隧道、进厂交通洞、通风兼安全洞、主变进风洞、主厂房进风洞、主变排风洞、上中下排水锚固廊道、帷幕灌浆廊道、高压电缆平洞等洞室，地下工程量庞大，安全风险多。

2.蟠龙工程地质条件

蟠龙工程区内出露的地层为中生界侏罗系上统蓬莱镇组(J3p)和白垩系上统夹关组(K2j)以及分布不均一的第四系松散堆积物。

蓬莱镇组(J3p)和夹关组(K2j)均为陆相碎屑岩，具多循环沉积韵律特点。颗粒结构自下而上总体表现由粗渐细，即由砾岩到中粗粒砂岩、中细粒和细粒砂岩、粉砂岩至泥岩，循环叠置，沉积韵律分明。不同沉积韵律间多为突变接触，接触面不规则，起伏差一般在0.2m～0.5m；同一韵律中岩层之间多为渐变接触，界面不十分明显；砂岩以泥质胶结为主，少量钙。

地下工程水平岩层布置情况见表1。

表1工程区地层岩性

3.存在的几种危险情况

水平岩层条件下，洞室开挖后，容易在顶拱形成薄片，容易发生掉块，详见图1。对下方施工、通行的人员和设备带来了较大的安全隐患。

4.计划采取的对策

4.1对策情况

针对可能发生掉块伤人的安全隐患，拟采用一炮一确认，一炮一支护的管理，要求现场各洞室每个循环爆破出渣完成后，立即进行安全确认，并及时按照设计要求完成支护工作，详见图2。

图1开挖后形成薄片示意图图2支护示意图

4.2存在的不足之处

爆破后立即支护，造成每一个施工循环作业时间持续较长，施工机械设备有效利用时间较低，可能造成施工进度滞后。

5.采用措施的实践

5.1设计提前预判

建立地质超前预报系统，利用瑞典进口的MALA地质雷达（ProEx第二代），选用100MHz地面耦合型天线，实施短程地质信息预报。结合现场实际地质情况，每30m进行一次地质预报，预判前方地质情况，提出相关措施建议。并在第二天立即将超前地质预报单发送给业主、监理、施工单位，以便以前采取对应的措施。

5.2组织承包商技术交底

现场各洞室施工前，组织设计对洞室设计情况进行安全、技术交底，确保施工承包商详细了解洞室施工需要注意的情况。

5.3一炮一设计、一炮一确认、一炮一支护

洞室施工过程中，蟠龙公司严格要求监理单位、施工单位按照一炮一设计、一炮一确认、一炮一支护要求执行，确保在围岩揭露后及时封闭并支护。

流程如下：

①一炮一设计

每循环钻孔前，结合爆破试验情况进行爆破设计，并严格按早爆破设计进行钻孔装药，控制装药量，确保爆破队软弱岩石结构面不造成破坏，同时保证开挖质量；

②一炮一确认

爆破后，施工单位立即组织水工和地质专业人员进行爆破确认，并填写开挖爆破循环作业安全签认表；如施工单位无法确认安全，立即通知监理单位，由监理单位组织设计单位共同进行安全确认，明确具体处理措施，由施工单位立即实施，确保围岩安全稳定。

③一炮一支护

确认无危险后，立即组织资源进行支护，确保对围岩及时封闭，减少围岩变形，避免发生掉块。

5.4采用先进机械设备

同时，蟠龙公司针对水平岩层的特性，优化设备选型，要求施工单位选用先进施工机械设备。

锚杆施工选取先进的钻机【全液压履带式工程钻机（ZSL―100型）】，选用先进钻机进行锚杆施工（见图3），确保了锚杆施工孔向得到有效的控制，有效锚固了可能发生掉块的薄片岩层。同时，也保障施工人员和设备安全

隧道施工选用先进注浆机-【灌（注）浆泵（GS50EB型）】，锚杆砂浆的浓度得到了有效的控制，确保了锚杆施工质量（见图4）。

图3先进钻机施工锚杆图4螺杆式注浆机

隧道施工采用联合喷料机进行平洞喷护作业，该设备适应小断面洞室施工，极大程度地提高了施工效率和工程质量。

5.5初期支护（锚喷+拱架）和永久支护及时跟进

利用先进施工机械设备，有小减小了施工安全隐患，并保证了支护工程施工质量，施工安全、质量得到了有效控制。

最终，蟠龙电站各隧道实现了初期支护（锚喷+拱架）及时跟进掌子面，在设计有明确要求时，仰拱施工也后续跟进，针对特殊不良地质段，采用分台阶施工，有效保证围岩稳定，确保整个施工过程安全。同时，根据设计安全步距要求，混凝土衬砌及时跟进，确保永久安全稳定。

5.6施工监测

锚喷支护完成后，施工单位及时开展监控量测，及时监控洞室收敛情况；同时按照设计图纸，在相应监测断面具备施工条件时，及时安装安全监测设备，通过监测掌握围岩变化情况，分析可能产生的影响，以便制定应对措施。

6.工期分析

蟠龙工程自开工至今，洞室施工项目，三类围岩进度分析平均月进尺可控制在96.3m，四类围岩进度分析平均月进尺50.5m，详细情况见表2，进度基本可控。

表2：蟠龙项目各隧道、隧洞月均进尺统计分析表

7.实施效果

7.1较好的控制施工安全

一炮一设计、一炮一确认、一炮一支护实施后，目前蟠龙工程1#、2#、5#、6#、7#隧道、6#施工支洞、通风兼安全洞、进厂交通洞未发生任何掉块和塌方。施工人员和设备安全得到较好的控制。

7.2对边墙水平锚杆结合地质情况进行优化

结合水平岩层特点，对边墙水平锚杆的倾角进行了优化调整，有效保障边墙稳定。

7.3进度可控

实际施工情况表明，三类围岩进度平均月进尺可控制在96m，施工进度是可控的。

作者简介：

吕超洋（1988-08-28），男，汉族，籍贯：四川宜宾，当前职务：主任助理，当前职称：工程师，学历：大学本科，研究方向：水利水电工程