猴子岩水电站导流洞围岩变形处理措施浅谈

彭洪刚，蒋新东，丁俊

(中国水利水电建设工程咨询中南公司，湖南长沙410014)

1 工程概况

猴子岩水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县孔玉乡，是大渡河干流水电规划“三库22级”中的第9级电站。坝址控制流域面积约54 036 km2，多年平均流量774 m3/s。水库正常蓄水位高程1 842 m，电站装机容量1 700 MW，单独运行年发电量69.964亿kW·h。

该工程初期导流采用断流围堰挡水、隧洞导流的导流方式。2条导流洞断面尺寸均为13 m×15 m(城门洞型，宽×高)，同高程布置在左岸，进口高程1 698 m，出口高程1 693 m。1#导流洞长1 547.771 m(其中与2#泄洪洞结合段长624.771 m)，平均纵坡3.230 5‰，2#导流洞长1 974.238 m，平均纵坡2.532 6‰。导流洞进水口采用岸塔式，塔顶高程1 745 m，塔体尺寸为25 m×25 m×51 m(长×宽×高)，闸室分为2孔，单孔尺寸为6.5 m×15 m(宽×高)。

2 工程地质条件

两条导流洞围岩以Ⅲ类为主，部分Ⅳ、Ⅴ类围岩主要分布在F0、F8－2、F8－1等断层部位。

变形段为1#导流洞桩号0+330～0+380，2#导流洞桩号0+430～0+460、0+640～0+895等洞段由于洞室结构面不利组合，加之地应力较高、岩层走向方向与洞向交角较小，开挖后顺层挤压破碎发育，岩体破碎，存在渗水等问题，成洞条件差，开挖支护完成后发生变形，出现了拱架变形、已喷混凝土开裂、脱落等明显的变形现象。

3 开挖支护形式

导流洞分上、中、下三层开挖，上层开挖后按设计要求对顶拱及边墙进行支护施工。支护形式为Ⅰ18工字钢拱架，拱架间距1 m;锚杆φ28，L=6 m，间距1 m，沿拱架布置，钢筋网φ6.5@15 cm×15 cm，岩面喷C25混凝土封闭;对顶拱脱空超出50 cm的部位增设纵向钢支撑和副拱撑住岩面，对副拱与岩面间的空腔喷C25混凝土进行封闭。

4 变形原因分析

1#洞桩号0+330～380、2#洞0+430～0+460、0+640～0+895洞段断面较大、埋深大、地应力高(局部已达30 MPa)，岩石为中厚至以薄层变质灰岩、白云质灰岩为主，岩层与洞顶部呈缓倾角相交，岩石层间结合不紧密，节理、裂隙发育，沿岩石层间大部分有渗水，局部顶拱存在结构面不利组合，前期开挖曾出现掉块和小的坍塌。特别是K0+750～780段顶部有F0断层、PD8－2探洞通过，裂隙发育，围岩洞室渗水较严重。开挖支护后受复杂地质条件影响，围岩内部位移和应力变化明显增大，外部显现拱架变形，喷射混凝土表层开裂、局部有掉块现象。

监测资料数据反映出2#洞桩号0+715、0+755断面实测位移应变从2010年6月17至7月1日分别增大了21.27 mm(读数已达最大量程)，断面变形增大;对1#导流洞桩号0+330～0+380段围岩进行声波检测和钻孔全景成像检测后，从表面拱架局部变形、喷射混凝土开裂特征和喷混凝土局部掉块等现象考虑，结合相关地质资料和监测数据成果判断，围岩内部位移和应力变化有明显继续变大趋势。

5 采取的加固处理技术措施

经业主、设计、监理、施工方综合观测资料、变形洞段地质和外观实际变形情况进行详细分析情况后，拟定采用预应力150 kN、9 m长、φ32的预应力锚杆加固技术进行处理。

(1)施工方法。

变形预应力锚杆均采用锚杆台车造孔，注浆泵注浆，锚杆安装采用自制的施工台架作为登高设备，人工配合辅以挖机、装载机等设备安插。

(2)施工工艺。

①按设计参数进行锚杆孔位放样，用红油漆做好标识，对孔位编号，锚杆按同样的方法编号。

②锚杆钻孔采用TOMROCK锚杆台车，角度根据所放出的方向线严格控制，孔径70 mm。施钻时钻头要对准岩壁上的锚杆孔位标识下钻，开孔偏差不大于50 mm，开孔时用小功率缓慢钻进，钻进50 cm，校正钻孔方向后全功率钻进。

③利用锚杆台车，可一边钻孔一边洗孔，待清水流出结束冲洗，对各孔的孔径、孔深、孔位、孔向进行自检，填写好三检记录，报监理工程师验收合格后进行下道工序施工。

④采用快速锚固施工的方法，内锚固段选用速凝锚固剂，设计内锚固段3 m正常用量为25 kg;外锚固段选用缓凝锚固剂，设计外锚固段6 m正常用量为50 kg。注装锚固剂时，安装人员先根据内锚固段的长度在注浆管上做出标记。锚固剂以0.3～0.35的水灰比拌制后成膏状，使用JRD300B灌浆泵均匀打入孔内，操作人员缓慢拔管。

⑤锚杆制作，采用Ⅱ级、直径为32 mm20MnSi螺纹钢筋，锚杆、垫板、垫圈在加工厂按要求制作成型，加工好的杆体按规范要求进行检查验收，合格后用于本工程。

⑥锚杆安装。锚固剂注装结束后，开始安插杆体。锚杆由人工配合辅以机械安装。采用自制台架作为登高设备，将杆体缓慢推至设计位置。杆体送至设计位置后，停止推送，然后用木楔临时固定杆体，孔口封闭保护。杆体必须在速凝水泥初凝前安装到位(预应力锚固剂的理论初凝时间为55 min)。

⑦速凝锚固剂初凝后，开始安装锚杆托板、垫圈和螺帽并调整托板位置，使之与锚杆轴线垂直。若岩面采用球形垫也难以调平螺母与球形垫板平行时，可采用适量速凝药卷垫平。

⑧杆体的张拉锁定应在缓凝锚固剂初凝前、速凝锚固剂强度(含垫板后找平水泥卷)达到20 MPa后进行。根据选用锚固剂的初、终凝时间以及张拉锚杆生产性试验结果，当水灰比为0.3时，将张拉控制在杆体注装结束6～9 h进行，即最早张拉时间为速凝锚固剂注装后6 h、最迟张拉时间为速凝锚固剂注装后9 h。当水灰比为0.35时，将张拉控制在锚杆注装结束7～9 h内进行。张拉时采用经过率定的扭力扳手逐级一次加载到设计张拉力的115%，然后锁定杆体。

(3)控制要点。

预应力锚杆施工工序简单，技术要求严格，为确保施工质量，施工过程中严格按照施工程序施工，每道工序完成并经检查验收后方可进入下道工序施工。除了严把程序检查验收关，对以下几个质量重点亦做了严格的控制:

①对锚杆精轧螺纹钢、锚固剂等重要材料，要求相关资料齐全并进行进场抽检，以确保材质合格。张拉前，首先对扭力扳手进行率定，率定合格后方可用于张拉施工。施工过程中，对扭力扳手要求每周率定一次，确保张拉精度。

②造孔是质量控制的关键环节之一，孔位必须经测量放样并用红油漆标识。液压凿岩台车要选用经验丰富，责任心强的操作手，开钻前要认真调整好钻臂方向，确保孔向垂直岩面后再开钻，钻杆匀速钻进，并不断加水冲洗岩粉。

③内锚段灌浆是否密实是确保张拉成功的关键环节。首先要确保锚固剂浸泡充分，要求将浸泡时间控制在2.5 min左右;其次，每打入一卷锚固剂，输送管向孔外拉出5 cm左右，要确保打入锚固剂填满3 m锚固段。

④张拉是预应力锚杆施工最重要的环节，张拉要严格按技术要求进行逐级张拉，全过程严格监控，并做好详实、细致的原始记录。

6 围岩监测结果

上述不良地质部位经实施预应力锚杆加强处理措施后，多点位移计、锚杆测力计测出的变化数据显示，各测点变化较小，较为稳定，现场检查没有发现外观变形、喷混凝土开裂、脱落继续发展的现象，监测成果显示，洞身处于稳定。1#导流洞桩号0+345、0+360多点位移计监测成果显示，处理前多点位移计测值变化速率为1～3 mm，处理完成后多点位移计测值变化速率小于0.01 mm，该洞段处于稳定;2#导流洞桩号0+715、0+755多点位移计监测成果显示，处理前多点位移计测值变化速率为0.1～0.6 mm，处理完成后多点位移计测值变化速率小于0.01 mm，该洞段处于稳定。

7 结语

对于导流洞中出现的不良地质变形部位，通过外部观察和内部观测资料并结合变形洞段的地质条件进行详细分析，及时拟定采用了可行、快速、适宜的预应力锚杆加固技术处理措施，经外部继续观察和仪器检测成果显示，取得了良好的加固效果，确保了洞室的稳定和工程施工的安全，为类似工程施工中出现相似情况的处理积累了宝贵的经验。