1　前　言
　　1993年5月,我公司中标承建金波河电站首部枢纽和引水系统(引水隧洞、地下前池)工程。该工程情况简述如下:
　　电站位于四川省汶川县境内草坡河支流金波河上,坝址距草坡河口15km,距汶川县城43km。该电站为低坝引水径流式电站,由首部枢纽、引水系统、发电厂房等建筑物组成。引水系统工程全长4283.55m,为控制性工程,断面为城门洞形,洞身围岩为Ⅳ～Ⅴ类软岩,地下水洞段占洞线全长的70%～80%,成洞条件极差。工程于1993年8月1日正式开工,1995年底全部竣工。
　　在引水系统工程施工中,遇到的工程技术难题不少,但由于我公司的积极努力,采用了光面爆破、喷锚支护、管棚法、钢支撑法等诸多施工手段,难点均一一得到了克服,在成洞条件差,资金到位率低等不利因素影响下,基本上保证了工程进度,工程质量良好。自1995年底至今,运行情况一直良好。
　　该工程施工中所涉及的一些问题,在软岩成洞工程中带有一定的共性,为总结经验,特将我公司在该工程中所取得的一些成果写出,供类似的工程施工作为借鉴,亦对在软岩中修建地下洞室的勘测、设计、施工同样具有一定的参考意义。

2　引水系统工程施工环境
2.1　地质条件
　　金波河位于龙门山深谷区,相对高差达1000m以上,引水系统布置在金波河左岸,顺河走向,沿线70%～80%为绢云母千枚岩,夹有少量石英千枚岩、炭质千枚岩,软硬相间。岩层走向顺河,倾向山内,千枚片理发育,由于受东西向构造活动影响,岩层挤压破碎严重,遇水极易软化。洞线与岩层走向交角小于30°,不利于成洞。
　　3号支洞以上洞段,地下水极丰富,裂隙水随开挖掌子面推进而渗入洞内。3号支洞以下洞段,地下水埋深较低,对工程影响不大;2号支洞至1号支洞之间,地下水SO^2-₄离子含量超标,对普通混凝土有侵蚀作用。位于出口的地下前池工程岩体,由于构造和卸荷作用,岩体同样极为破碎,呈散体状。
　　按国标GBJ86-85围岩分类表划分,绝大多数围岩应属不稳定的Ⅳ～Ⅴ类围岩。成洞条件极差。
2.2　施工布置
　　由于该电站所处地理位置原因,公路是其唯一的对外交通要道,在草坡河口有213国道通过,草坡河口至电站闸首为等外级公路,长约15km,为单行线,在金波河左岸贯穿整个施工区。公路至各支洞口交通由我司进场后自行修筑便道相连,相对高差为200m。
　　通过进度分析,引水系统工程为本电站工期控制性项目,根据地形、地质条件,结合工期要求,共设置了5条施工支洞。

　　引水隧洞洞型为城门洞型,断面面积6～9m²不等,地下前池断面积为50m²。

3　引水系统工程施工
3.1　施工方案的确定
　　该工程由于工作面狭窄,不具备平行作业条件,为保证工程工期和工序衔接合理,初步确定先开挖贯通后衬砌的施工方案。而该工程围岩条件极差,因此,开挖工作为整个工程的控制工序。
3.2　开挖
　　该工程由于交通受限,工作面多且战线长,隧洞断面小,各作业面开挖深度较大,所以施工重点是解决运输、通风和光面爆破效果。
3.2.1　光面爆破实施
3.2.1.1　爆破参数选择
　　洞挖采用光爆法一次成形,考虑其特殊的施工地质条件,选择配备一定数量的电钻和风钻,初选爆破参数如表1。

表1　爆破参数表

3.2.1.2　实施

　　起爆顺序为:Ⅰ序为掏槽孔;Ⅱ序为辅助孔;Ⅲ序为周边孔;Ⅳ序为底孔。
　　具体操作为:
　　①掏槽孔6个为楔形孔,倾角70°,左右孔间距为1.0～1.2m,上下孔间距0.3～0.5m;
　　②顶部周边孔采用间断装药;
　　③炮孔用混合炮泥堵塞;
　　④炮孔保证准、直、齐、平;
　　⑤采用非电毫秒雷管起爆;
　　⑥漏水严重地段,采用乳化炸药。岩石松软破碎带,不打周边孔,仅打掏槽孔及辅助孔。
3.2.1.3　效果
　　按以上参数具体操作后,在相当长施工段,洞挖后成形好,少塌方,在1号支洞以前洞段、3号支洞洞段、4号支洞洞段开挖后洞形规整,超欠挖均在控制范围内,不存在爆破原因引起的塌方。
3.2.2　通风与装岩运输
3.2.2.1　方案确定
　　由于洞线作业面离洞口较远(参见支洞布置图),相对而言,洞内爆破后通风排尘作业时间,直接对开挖速度造成影响,故初拟在离洞口每150m左右设11kW和5.5kW风机相配合作混合式抽排风,风筒悬挂于洞顶。装岩运输由于受作业面狭窄制约,优先采用人力配合矿斗车运渣。每150m设一错车道叉。
3.2.2.2　实施
　　通风降尘作业按设计的混合式抽排风实施,分别在主洞与支洞交叉口以及在主洞内每100～150m设置一风机,风筒悬挂于侧墙顶。
　　装岩运输作业在进入主洞后发现,3号支洞以前洞段因地下水渗漏严重,造成人员进洞作业效率低,运输速度减慢,且人员感冒频繁,在支洞工作的职工曾一度有90%病重减员。为减少运输作业强度,后在3号支洞以上洞段各支洞改用小四轮运输,人工装渣。4号支洞按人工配合斗车运输方式出渣。
3.2.2.3　效果
　　2号支洞～3号支洞间,由于渗水严重,地下水成涌泉淋水状随掌子面跟进,实际上起到了降尘的目的,该段排烟时间相对减少。4号支洞以后的地下前池,采用先导洞贯通后,池身大面积开挖时未进行通风排尘作业。其余洞段通风排尘达到了预期目的。
3.3　临时支护
　　由于洞线围岩为绢云母石英千枚岩、炭质千枚岩,3号支洞以前洞段地下水渗漏严重,岩层遇水后即软化成泥。在开挖出渣后,均采用锚杆喷混凝土封闭岩面,以防止围岩吸潮软化,并控制有害松动变形,维持围岩自身的稳定。由于围岩松散破碎,自稳能力极差,经扰动和地下水的联合作用,许多地段根本未能具备采取措施的条件,顶拱已发生垮塌,所以只好采用特殊手段进行有效支护。
3.4　衬砌
　　比较而言,该工程衬砌施工技术难题较少。受设计衬砌厚度控制,一般衬砌厚度30cm以下为素混凝土,围岩条件较差部分为钢筋混凝土衬砌。钢筋加工在各支洞口设置加工厂,加工成型后运输至洞内安装就位,严格按规范实施。由于工序控制较严,钢筋绑扎成型后检测均能一次验收合格。混凝土浇筑采用洞口设置拌和系统,运输混凝土拌和物至作业面,人工入仓、平仓、振捣,浇筑质量均满足要求。

4　不良地质地段施工
4.1　塌方
　　在金波河水电站引水隧洞中,特别是受地下水渗漏影响施工洞段,围岩极易软化成泥,如支护不及时或喷锚支护不当,围岩变形恶化了结构受力条件时,则极易发生塌方和岩面外鼓、掉块及塌落。施工中,小塌方不断,大塌方经常出现。发生了几次喷锚支护后,离作业掌子面后几十米,由于受爆破冲击波影响和渗漏水的联合作用,曾导致洞顶再次塌方的事故。如:
　　(1)1+577～1+581段,1993年10月塌方,造成施工受阻达半月之久,塌方量约150m³。发生塌方原因为:①该处正位于山簸箕沟沟底,上覆厚度不足10m(其中2m覆盖层);②喷锚支护未能见效,时间不长,喷混凝土即开裂,加之地下水渗漏强烈,致使塌方高度达2倍洞径,拟采用水泥灌浆固结后再掘进,因分析其效果受地下水流动影响不可能见效,后采用地质钻杆形成顶拱管棚,强行出渣空出掌子面,高强度混凝土喷护封闭岩面,后加浆砌石衬砌后通过。
　　(2)1号支洞～2号支洞之间,由于岩体松散,地下水渗漏严重,连续多处塌方,影响整个隧洞开挖进度。发生塌方原因为:①地下水渗漏严重,岩体极易软化成泥;②地下水中SO²⁺₄离子超标,侵蚀普通混凝土,致使喷混凝土效果不佳(无抗硫酸盐水泥);③隧洞埋深大,山岩压力极大,成洞后侧向洞面岩体鼓出后坍塌。施工中,采用边开挖边钢支撑支护,配合锚杆高强度混凝土挂网喷护,局部垮塌严重部位直接用钢支撑加混凝土(或浆砌石)进行一次衬砌后再掘进等方法,效果很好。
4.2　地下前池施工
　　地下前池位于引水系统末端,山体受龙潭沟和金波河成“人”字形切割,由于卸荷作用影响,围岩相当松散破碎,该段开挖成洞断面50多m²(9m×6m),使施工成洞条件更加困难。
　　为慎重起见,考虑到假若前池山体发生塌方,将直接威胁管道和厂房的安全,甚至导致整个“人”字形山头的边坡失稳,故采用了沿引水隧洞底板高程由4号支洞向下游方向先开挖2m×2m导洞,这样可以解决地下前池开挖的通风问题,另外还可以探明地下前池围岩岩体质量情况。事实证明,该方案的实施,可防止一次成洞可能带来的一系列弊病。导洞打通后,又采用了先拱后墙法开挖地下前池。由于岩体成散体结构,根本不能使用爆破法,故首先使用人工扩挖地下前池顶拱至设计断面,随即用20号工字钢支撑(不占设计断面)支护,钢支撑支座设在设计断面以外的另一横卧20号工字钢梁上,钢支撑顶用5mm钢板覆盖,其上空穴处用块石回填塞满,以保证钢支撑与围岩的紧密结合。在全部顶拱形成后,再开挖下部矩形断面直至成形。矩形断面开挖时,先人工掏槽埋20号工字钢支柱,将横卧的工字钢梁连成整体,以保证钢拱架受力传递至基面,保持其整体稳定,然后将钢支撑一同浇筑入前池钢筋混凝土中。

5　问题探讨
5.1　围岩软化问题
　　金波河水电站引水系统工程,沿线岩性为绢云母千枚岩、石英千枚岩、炭质千枚岩,遇水极易软化,围岩塑性流变改变了支承结构的受力状态,恶化了结构受力条件。施工期地下水渗漏引起围岩的软化,给施工增大难度,但加强支护,增加投资是可以解决的。而运行期,岩体的物理力学性能是否会进一步恶化,应深入进行进一步的探讨。
5.2　洞线走向问题
　　金波河水电站引水系统工程岩层走向同洞线走向夹角小于30°,从而导致主洞开挖中塌方及洞内围岩变形破坏事故不断,增加了施工中的难度。而在支洞开挖中,处在同样的地质条件,同样的地下水,在洞线与岩层走向接近正交的条件下,成洞相对而言则容易得多。这说明,在千枚岩类似的薄层状软岩中,洞线走向的选择是保证施工质量和工程运行安全的重要条件。
5.3　地下洞室油动机械污染问题
　　随着施工中机械化程度的提高,地下洞室油动机械使用越来越多。在金波河隧洞施工中,为加快出渣进度,采用了小四轮拖拉机进洞作业。由于洞壁地下水渗漏严重,对其在岩面形成油污染而影响混凝土与岩面的结合力可能性不大,加之,在柴油中掺入了足量的防污剂,应该说采取的措施和手段足以防止污染。但是,油污绝对不污染显然是不可能的,而真正的影响程度到底有多大,则是一个值得深入探讨的问题。

6　结束语
　　金波河引水系统工程本身并没有什么惊人之处,4km长的隧洞也到处可见,而该工程中所使用的手段和措施则出乎意料的多。在恶劣的围岩条件下,仍然能保证施工质量的确可贵。这些经验的取得,为以后类似工程的施工奠定了坚实的基础。