1.2 超复杂地下洞室群施工特点及监理工作的难点和重点
1.2.1 超复杂地下洞室群的施工特点
1.2.1.1 地下洞室群的特殊性
1.地下洞室及洞室群特征术语说明
地下洞室一般指由人工或机械开凿、存在于岩土体中作为各种用途的地下空间,按功能分为交通隧道、水工隧洞、矿山巷道、地下仓库、地下工厂、地下民用与公共建筑、地下市政工程、人防工程、国防地下工程等;按形态分为圆形、矩形、城门洞形、椭圆形、马蹄形等。其中:隧洞(隧道)为地表以下的条形建筑物,其空洞内部净空面积在2m2以上;在同一区域,多个相同形态或同期建设的不同形态,有空间相对位置的群体结构即为地下洞室群。相关地下洞室及洞室群的特征术语说明有:
(1)长隧洞。按照隧洞(隧道)的长度分类:分为短隧洞(铁路行业规定:L≤500m;公路行业规定:L≤500m)、中长隧洞(铁路行业规定:500<L≤3000m;公路行业规定500<L<1000m)、长隧洞(铁路行业规定:3000<L≤10000m;公路行业规定1000≤L≤3000m)和特长隧洞(铁路行业规定:L>10000m;公路行业规定:L>3000m)。
(2)大(断面)隧洞。隧洞断面分类:极小断面隧洞:2~3m2;小断面隧洞:3~10m2;中等断面隧洞:10~50m2;大断面隧洞:50~100m2;特大断面隧洞:大于100m2。
(3)超深埋地下洞室。结合相关资料,根据围岩初始应力状态、围岩变形破坏方式,考虑上覆岩体厚度,地下洞室(隧道、隧洞)埋深推荐划分为掩体洞室、浅埋洞室、深埋洞室和超深埋洞室四大类,它们的分界深度分别为小于1倍洞径或5m、1倍洞径或5m至3倍洞径或50m、50~500m、大于500m等。
(4)隧洞大(流量)涌水。隧洞涌水根据出水量划分等级:每30m洞段出水量:小流量3~20L/s,不影响现场施工;中流量20~100L/s,通过抽排基本不影响现场施工;次大流量100~300L/s,通过抽排可以控制涌水影响,但对施工设备、施工人员的工作条件产生严重影响;大流量300~500L/s,通过抽排只能维持现场施工现状,对施工设备、施工人员的工作条件产生严重影响;特大流量大于500L/s,现场不能施工,通过抽排减少对工程的危害等。
(5)隧洞高压(力)涌水。设计通过地质探洞并开展长期水位观测,明确存在10MPa静水压力。施工期间洞室涌水压力:0.1~1MPa为低压力、1~3MPa为中等压力、大于3MPa为高压力。施工期测得静水压力大于4MPa,地下洞室存在典型高压力水。
(6)隧洞高地应力。高地应力是相对于围岩强度(Rb)而言的。当最大地应力(σmax)与围岩强度(Rb)的比值(Rb/σmax)超过某一水平时,才能成为高地应力或极高地应力。在我国工程岩体分级基准中,围岩强度比大于7为一般地应力,4~7为高地应力,小于4为极高地应力。锦屏辅助洞、引水隧洞的围岩强度与地应力的比值小于2,是典型的极高地应力。
(7)岩爆。埋藏较深的洞室工程,在高应力、脆性岩体中由于施工爆破扰动原岩、岩体受到破坏,使掌子面附近的岩体突然释放应变能,产生脆性破坏,这时围岩表面发生爆裂声,随之有大小不等的片状岩块弹射剥落出来。
1)强(烈)岩爆。围岩大片爆裂脱落,出现强烈弹射;有似爆破的爆裂声;持续时间长,并向围岩深度发展,影响深度1~3m;对施工影响大。
2)极强(烈)岩爆。围岩大片严重爆裂,大块岩片出现剧烈弹射,震动强烈,有似炮弹、闷雷声;迅速向围岩深部发展,影响深度大于3m;严重影响不成洞或摧毁工程。锦屏辅助洞、引水隧洞开挖施工过程出现了极强岩爆。
(8)空间效应。洞室在掘进过程中,由于受到开挖面的约束,使开挖面附近的围岩不能立即释放其全部位移,这种现象称为开挖面的空间效应。
(9)软岩。指强度低、孔隙度大、胶结程度差、受构造面切割及风化影响显著或含有大量膨胀性黏土矿物的松、散、软、弱岩层,该类岩石多为泥岩、页岩、片岩、粉砂岩和泥质砂岩等单轴抗压强度小于25MPa的岩石。
(10)地下洞室通风、排水。
1)洞室群联合通风。利用单一洞室、两两洞室、多个洞室成为风流通道,引进公路运营射流通风理论,实施无风门射流巷道式与掌子面轴流风机风管压入的混合通风方案。
2)洞室逆坡抽排水。洞室开挖成型底板纵坡逐渐降低,施工排水反向抽排,随着隧洞长度增加,抽排水的高差逐渐增大,排水难度增加。
2.锦屏工程地下洞室群的超复杂性状
随着水利电力、公路、铁路等基础产业的高速发展,地下洞室工程的长大特点在不同的时间、空间展现于世人眼前。建于长江上的三峡电站地下厂房、建于金沙江金安桥水电站、白鹤滩水电站、乌东德水电站等多个玄武岩中的导流洞室、地下厂房等,断面面积大多在200m2以上;锦屏一级地下厂房尺寸276.99m×25.60m×68.80m(吊车梁以上跨度为28.90m),锦屏二级地下厂房尺寸352.44m×25.8m×72.2m,调压室竖井断面总面积为415.63m2(含大井及两个升管),但此类工程的地下洞室长度均小于3km,其埋深均不是太大。与此同时,深埋特长隧洞的数量快速增长,世界各国已经修建了大量的水工、公路、铁路特长隧道,国内外部分长度大于16km的著名长大隧道多于30条,通过网络查询,锦屏工程超复杂地下洞室的长度排在第36位。
(1)对比中国的长大隧洞、水工隧洞。秦岭隧道建于西(安)(安)康铁路青岔车站和营盘车站之间,最大埋深约1600m,埋深超过1000m洞段长约3.8km,在长隧洞通风优化、岩爆处理方式上积累了一定经验。20世纪90年代建成的广西南盘江天生桥二级水电站长9.8km、洞径9.8m,最大埋深900m,引用水头差176m;于2004年投用的长18.04km、埋深1640m、断面面积12m2的秦岭终南山引水隧洞等遇岩爆、涌水处理的研究相当深入。
(2)对比外国的地下洞室。瑞士哥达基线(Gotthard base)铁路隧道于2010年投用,长57.1km、埋深2300m、断面面积81~134m2;瑞士新勒奇山(Lotschberg)隧道于2007年通车运营,隧道全长34.6km,穿越瑞士阿尔卑斯山脉,最大埋深达2000m,判定局部地下水压力可能超过12MPa,TBM和钻爆法施工,开挖断面面积在120~220m2之间,单个工作面掘进长度最大为9700m,无轨运输出渣;始建于1995年,并于2000年通车运营的挪威Laerdal公路隧道,为单洞双向行驶隧道,隧道全长24.5km,最大埋深在1400m左右;于前寒武纪片麻岩中钻爆法施工最大独头掘进距离超过10km,无轨运输出渣,18km处设一条长约2.1km的通风竖井;世界上埋深最大的法国谢拉水电站引水隧洞(最大埋深2619m)面积小于50m2。
对比国内太行山隧道、乌鞘岭隧道、秦岭(铁路、公路)隧道、秦岭终南山引水隧洞等,锦屏工程地下洞室群的岩爆与涌水完全超出了建设者的想象。锦屏辅助洞按照双线建设方案的决策者潘家铮院士就预感到了工程地质问题的影响将会前所未见,告诫多采取措施谨慎施工,经过参建者艰苦卓绝的拼搏,历时48个月,工程贯通。
锦屏辅助洞A线、B线长度均为17.5km,开挖常规洞段断面34.9~50.0m2,局部加宽达103m2;1~4号引水隧洞长度均为16.7km,开挖断面150.0~172.3m2,局部溶洞处理加深加高、绿片岩洞段面加大,开挖面积达200.0~250.0m2,衬砌后断面110.0~140.0m2;排水洞长度16.6km,开挖断面51.8~60.0m2。在复杂地质条件围岩中开挖断面面积大于35.0m2的隧洞、且4条水工隧洞断面大于150m2,超过了世界著名的哥达基线铁路隧道(最大埋深2300m、开挖断面81~134m2),其超深埋大断面特性居世界之首。
长度大于16km、断面面积大于150.0m2、4条平行排列的水工隧洞绝无仅有。平行布置7条长度大于16km的隧洞,隧洞总长117km,底板高差1.8~91.0m,平行布置在350m范围。加上施工过程设置的辅助连接通道等构成了面积最大、埋深最大、应力极高、水压力最大的特殊隧洞群,是世界上最值得研究的洞室群。
锦屏工程超复杂地下洞室群的超深埋超过了世界著名的哥达基线铁路隧道,与目前世界上埋深最大的法国谢拉水电站引水隧洞(最大埋深2619m)接近,最大埋深位居世界第二,而其埋深大于1500m的连续洞段(12.8km)占隧洞全长的75%,居世界之首。锦屏辅助洞独头掘进无轨运输里程为国内最长的隧洞段长,超深埋独头掘进长度为世界第一;水工隧洞超深埋大断面居世界之首,锦屏二级水电站1~4号引水隧洞+排水洞是世界上规模最大的水工隧洞群工程。地下工程地下水综合治理高外水压力(10MPa)、大流量涌水(单点突涌水10000L/s)地下水发育地区为世界首例,地下工程防治埋深最大、多次发生二级地震当量的极强岩爆获得成功为世界首例。
1.2.1.2 地下洞室群建设主体及施工特点
1.地下洞群建设主体
业主单位:雅砻江流域水电开发有限公司,锦屏建设管理局作为雅砻江流域水电开发有限公司现场机构,承担电站建设的现场管理职责。
设计单位:中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司。
监理单位:贵阳院承担锦屏辅助洞工程监理工作(2003年10月—2004年10月与二滩建设咨询有限公司联合开展,2004年11月起独立开展)、引水隧洞(西端)工程监理工作;二滩建设咨询有限公司承担引水系统进水口工程施工监理、四川二滩国际工程咨询有限责任公司承担引水隧洞(东端)工程监理工作,中国水利水电建设工程咨询中南公司承担上游调压室高压管道及地下厂房工程监理工作。
承建单位:中国中铁二局股份公司承担锦屏辅助洞西端土建工程施工、中国铁建十四局集团有限公司承担锦屏辅助洞东端土建工程施工、同方股份公司承担锦屏辅助洞监控通信设施安装、四川天府消防工程有限公司承担锦屏辅助洞消防设施安装、中国铁建二十一局集团有限公司承担锦屏辅助洞机电设施安装及运行管理、中铁二局和中水五局联合体承担西端1号和2号引水隧洞工程(C2标工程)施工、中铁十八局和中水七局联合体承担东端1号和2号引水隧洞工程(C4标工程)施工、江南水利水电工程公司承担西端3号和4号引水隧洞工程(C3标工程)施工、中国铁建十三局和北京振冲联合体承担东端3号和4号引水隧洞工程(C5标工程)施工、中国葛洲坝集团股份有限公司承担引水系统进水口工程(C7标工程)、厂区上游调压室和高压管道工程(C6标工程)施工。
2.施工特点
(1)洞室开挖与支护。一次成洞或分部上下断面台阶开挖,非电起爆,光面爆破;强富水区、突涌水和中等及以上程度的岩爆洞段使用三臂台车钻孔,其余洞段使用台架手持风钻钻孔作业。一台或双台装载机同时装渣,沃尔沃、红岩斯太尔载重自卸车运输。初期支护紧跟,Ⅱ~Ⅲ类围岩的系统支护滞后掌子面约30~50m与掘进同步跟进、Ⅳ类围岩滞后掌子面15m同步跟进;喷射混凝土采取Nomet和Meyco机械台车喷护作业、Alats锚杆台钻和353E三臂液压台车钻孔施工锚杆,低水灰砂浆泵灌注锚杆。在高地应力洞段初期支护,洞周均使用水胀锚杆或机械低预应力涨壳锚杆并局部结合挂网,同时喷护至少5cm的CF30掺硅粉或纳米材料的混凝土。
无论是锦屏辅助洞的有轨、无轨运输方式比较,巷道式通风方案实施等,组织其他施工组织方式带来9.7km独头掘进洞挖施工记录,还是引水隧洞机械掘进改成人工钻爆、无露头联合通风、强配置大流量逆坡抽排水系统等带来长大隧洞的提前贯通佳绩,施工工法的形成来之不易,建设过程体现了管理者的管理水平、工艺能力。
(2)隧洞混凝土施工。使用自制台车或生产厂家提供的成型台车,小断面分仓一次成型,大断面先底拱后边拱顺序浇筑。边顶拱采用定制6~15m液压衬砌台车灌筑、底拱混凝土使用15m针梁式台车灌筑。混凝土运输使用6~9m3罐车,自业主单位提供的混凝土系统进料,泵送入仓、以插入式捣固器为主,辅以附着式相结合予以捣固。
(3)地下水处理原则与各类灌浆施工。地下水处理采取“引、排、截、堵”措施,按照“边预报边施工、堵排结合、可控排放、择机封堵”的原则进行处理。根据水文地质条件与工程结构设计目的,分别采用超前预灌浆、径向封堵灌浆、固结灌浆、回填灌浆与防渗固结灌浆。灌浆与掘进、衬砌基本同步。超前预灌浆与防渗固结灌浆使用快速钻机与MD-50钻孔,高压泵压浆,使用灌浆自动记录仪记录灌浆工程量。洞内其余灌浆钻孔使用电钻、地质钻钻孔,普通灌浆泵压浆。特殊情况下,实施化灌封堵。
(4)金属检修门工程施工。西端引水隧洞共设置2个永久施工支洞检修进人门,从引水隧洞至封堵体方向依次为进人门上游段、进人门钢衬段、进人门下游段和封堵体空心段,总长13m。进人门上游段为封堵体和与引水隧洞衬砌结合,矩形断面,断面尺寸(宽×高)4.0m×3.2m,钢筋混凝土结构,长度1.5m;进人门钢衬段长度7.5m,单管节长度2.5m,断面尺寸与进人门上游段统一,钢衬材质为Q345R,板厚22mm。进人门钢衬厢体由专业厂家制作,共3节,重量为31.36t。进人门下游段安装手推立轴钢闸门,闸门尺寸(宽×高)2.4m×2.0m。
进人门钢衬单节验收合格后运输至现场整体安装,安装顺序自引水隧洞至封堵体方向依次自北向南、自南向北方向,即由上游段向下游段方向进行安装,相对固定后,再进行垂直方向及高程调整。厢体外部支撑设计时,考虑混凝土浇筑时的上浮和侧向位移,厢体上部布置6~8根外支撑,轴向每1.5m布置1排外支撑,支撑顶至岩体或形成钢结构安装平台。每个厢体对接环缝焊接均要求为Ⅰ类焊缝,均需进行100%无损探伤检测。在现场完成安装焊缝(两端口各200mm范围内)、灌浆孔封堵部位及其他油漆破损处的涂装,厢体安装焊缝的油漆补涂在厢体段混凝土回填、灌浆及封堵结束,拆除厢体内支撑后进行。安装环缝及其他需补漆部位采用电动钢丝刷进行表面除锈,涂装采用人工涂刷。
在完成进人门整体安装检查合格后,检测进人门止水橡皮、行走轮、进人门门体安装对口错位、进人门门体安装焊缝质量、进人门门体安装焊缝防腐蚀表面处理及涂料涂装质量等,对单元工程质量等级进行评定。
3.地下洞室辅助工程或设施
(1)洞室开挖超前预报。掘进过程中贯彻边预报边施工的原则,始终坚持中长期与短期预报相结合开展工作。超前预报以电法勘探、TSP 203、雷达(表面雷达、钻孔雷达)、CT等物探手段为主,并使用超前钻探、地质分析法相结合进行综合预报。开挖过程实施超前地质预报,结合地质分析、超前探孔结合孔内雷达实现含水构造的精细预报,避免突涌水导致施工安全事件,影响正常施工。
(2)原型观测与安全监测。及时按设计位置和根据施工需要安装原型观测与施工安全监测仪器,按技术条款要求的频次采集数据、及时分析提供信息,用以指导施工。观测设施安装与掘进同步跟进,多点位移计钻孔使用快速钻机,孔内普通灌浆。隧洞后期观测通过对各类监测设备引电缆集中观测分析。
(3)锦屏辅助洞每500m设置通道,保证通风及交通转换需要。初期拟于东端B线隧洞口附近开挖吸风洞,但锦屏辅助洞深埋布置辅助坑道(竖井或斜井等)条件并不成熟,而是实施:先期单洞单管压入式供风至洞深3km范围,再由轴流风机传递各自洞内置换洞内空气;在洞深大于3km后采用巷道式通风:由射流风机自B线供应新鲜空气,射流风机引导污浊空气由A线排出,其掌子面供风于附近横通道安装轴流风机混合供风。根据后部工序的施工安排,分别换边作业,A线、B线实施交替进入新鲜空气和排除污浊空气。
引水隧洞与排水洞构成相互平行的五条隧洞,5条隧洞都要通过近800m长的进、出支洞(俗称无露头)后才能够进入正洞施工。借鉴相邻锦屏辅助洞A、B线互为平导、巷道射流通风、无轨运输独头掘进9724m的施工经验,配置2×135kW轴流双速风机配φ2.0m涤纶布基PVC螺旋软风管,在百米漏风率1%~1.5%的情况下,实现无轨运输独头压入式通风长度4000m;同期研究试验解决射流风机数量与通风阻力与射流风机升压比关系、沿程阻力系数λ=0.1~0.3复核,采取循环辅助通道一入口单向进风、4条引水隧洞2 洞进风、3洞进风、4洞进风,对应排水洞+2洞排风、排水洞+1洞排风、排水洞排风方式,增设竖井通风口导向引流进入锦屏辅助洞等措施,组合运行,专业队伍调试、维修管理,实现:掌子面30min即具备施工人员正常施工条件、其他部位连续供风,多作业面开挖无影响的工作状况。
(4)地下水抽排。锦屏辅助洞为人字坡,基本为顺坡排水,局部深积水洞段采取单一洞排水,设置沙袋栈桥保通;根据排水需要,锦屏辅助洞东端桩号k13+520附近设置横向排水通道,在桩号k14+900附近设计排水竖井排水排向先期开设的地质探洞导水。
引水隧洞逆坡施工设置固定和移动泵站直接抽排地下水。正常施工排水采取抽水机分级直接抽排出洞外并经沉淀后排入江中;大流量涌水(突水),使用多台大功率抽水机直接抽排;但当排水洞具备使用条件时,洞内所有排水经抽水机抽至集水池或通过集水池、横向通道排入排水洞流至东端。
(5)洞室群连接通道布置。锦屏辅助洞A线、B线施工无法设置施工支洞,两两洞线间开设连接通道满足交通、应急需要,共设置44条横向连接通道、7条车行通道、2条连接地质探洞的竖井、3条排水洞。
引水隧洞施工为两洞一个标段,为满足现场施工,两洞之间基本沿洞间隔500m距离设置横向通道,西引1号、2号施工支洞为西端引水隧洞施工交通主干道,施工支洞上接进水口事故闸门井交通洞,高差近60m下穿4条引水隧洞,形成交通环线。
为解决4条引水隧洞和1条排水洞施工过程中的开挖、衬砌、灌浆、排水、交通以及通风等技术和施工组织等问题,在引水隧洞与排水洞之间设置了数量及类型众多的施工连接通道、排水通道等。西端引水隧洞与排水洞之间除西引1号、2号施工支洞外共计设置了29条施工连接通道和1条排水通道,其中1号引水隧洞、2号引水隧洞之间设置了9条施工连接通道,2号引水隧洞、3号引水隧洞之间设置了4条施工连接通道,3号引水隧洞、4号引水隧洞之间共设置了8条施工连接通道,4号引水隧洞与排水洞之间共设置了8条施工连接通道,1条专用排水通道横跨2号、3号和4号引水隧洞与排水洞之间;监理协调由排水洞向先期投入使用的锦屏辅助洞B线开设2个60m深的斜向竖井,以满足工作部位的通风、排水通道调度需要。
(6)锦屏辅助洞配套运行的设施机电、消防、监控通讯设施包括:①保证运行需要,沿锦屏辅助洞A线、B线间连接通道位置均分控制单元布置:单向射流风机(SDS-11.2号、45kW、2D消声器)198套、箱式变电站250kVA、400kVA,(10±2)×2.5%/0.4kV共66座。沿程布设各类电缆640180m,两监控电缆接入中央控制系统方便监督管理。②由三处供水池、配套供水泵连接双面涂敷无缝管道38890m形成水系统,配套灭火器、消防栓保证应急灭火;消防警报系统配套报警器、连接电缆接入中央控制系统方便监督管理。③PLC控制系统、UPS供电系统、紧急电话系统、车道指示器(红叉绿箭)、可控灯箱、可变情报板、摄像机、CO/VI仪、风速风向仪等,相关参数均满足行业规定要求,均分43个控制单元经由光缆、电缆连接至2套中央控制服务器构成的中央控制系统集成管理,实现隧道通行调度的智能化操作。
1.2.2 地下洞室群施工监理的难点和重点
1.2.2.1 锦屏辅助洞施工监理的重难点与协调管理重点
1.锦屏辅助洞工程施工监理重难点
锦屏辅助洞监理机构人员于2003年10月9日进驻东端磨房沟开展工作,于2003年12月1日进驻西端承包人临时营地。
受地形条件制约,锦屏工程前期进场道路为无人维护的地质勘探便道,道路狭窄、崎岖不平,仅能通行小型车辆。特别是在汛期时,道路沿线局部地段时有的滑坡和泥石流严重影响交通,施工设备和材料运输保障率低下。其次,用水、用电、食宿非常不便,办公条件极为艰苦,通信信号断断续续,西端前期通信还只能利用业主单位设置的中转机站通过远程对讲机与域外联系。2004年6月后,中国移动公司进场安装塔站,通信信号逐渐覆盖施工区,通信情况逐渐好转。2014年12月前的施工组织与监理工作开展条件艰难。
工程上,地质问题多、处理难度大,对工程施工技术与安全风险管控有巨大的挑战性。外水压力高达10MPa、存在大流量涌水、涌泥问题;地应力高,时有岩爆发生,局部存在强岩爆。另外,根据预测可能会出现高地温和有害气体等。隧洞开挖时,需要开展预测预报和现场试验工作以及研究工法,工艺成熟时间长,探索施工的过程安全风险大。
还有,锦屏辅助洞特别长,工期压力特别紧。全洞长约17.50km,是国内隧洞采取独头施工时通风距离最长、洞内运输距离最长的特长隧洞;隧洞单洞长,又是独头掘进,扣除暂定的地下水处理时间10 个月,在合同工期57个月内,要求开挖月进尺在200~230m,施工工期非常紧张。
2.锦屏辅助洞工程监理控制与协调管理重点
进度控制是监理工作的重点之一。锦屏辅助洞东端A线、B线(各长9.5km)历时分别为44个月和46个月,平均开挖月进尺分别为182m和174m,考虑大流量涌水处理10个月,平均开挖月进尺分别为250m和238m。锦屏辅助洞西端A线、B线(各长8km),历时分别为43个月和46个月,平均开挖月进尺分别为186m和174m,考虑大流量涌水处理9个月,平均开挖月进尺分别为229m和216m,开挖施工强度大,工期目标压力大。所以,监理工程师除严控工程施工质量外,还将从组织措施、技术措施、经济措施和合同措施着手,督促承包人采取平行作业、流水作业、辅助工作提前或出渣运输设备提前到达工作面待命等措施,强化大流量涌水超前预测和处理,全力保障工程进度。
锦屏辅助洞仅在东西端洞口段、砂板岩洞段与绿泥石片岩洞段及中部大理岩的强岩爆部位安排二次衬砌混凝土,衬砌段长约占洞线总长的20%,其余洞段由锚喷支护成为永久结构体。此方面的安排并没有减少现场协调管理的工作量,相反,富水区的喷护效果、复喷混凝土对地面与排水沟的污染成为了日常协调管理的流水性工作事务。
施工过程的安全管理是监理过程的重点工作,尤其是研究成熟大流量涌水处理、岩爆防治等施工技术,防控安全风险,成为监理机构的首要控制与协调工作;另外,隧洞贯通期间的安全管理、保证隧洞投入运行的辅助工程(机电、消防、监控与通信系统)安装投用协调,均是过程监督的重要工作。
隧洞通风是保证施工正常进行和人体健康的重要项目。因埋深大,无条件修建竖井、斜井等辅助坑道,承包人改变压入式通风,利用隧洞本身作为通风通道的巷道式通风成为必然。由于隧洞开挖深度大,仍然可能出现不可预见的情况,需要督促承包人加强设备使用过程维护管理,加强通风调试及运行管理。
随着世界级地下工程建设推进,工程施工组织重点难点认识逐渐清晰,监理控制重点工作随之相应改变。
3.设计变更是合同管理难点
开挖洞段的地质条件极其复杂,随施工进展和地质条件的揭示,开挖支护与结构为动态设计,设计变更大。但合同原则明确地下水处理为总价方式,承包人受市场方面的影响承诺不改变价格,合同管理的风险大,需要遵守合同约定控制投资,及时处理设计变更。
1.2.2.2 引水隧洞施工监理的重难点与协调管理重点
1.引水隧洞工程施工监理重难点
与锦屏辅助洞比较,引水隧洞不但具有埋深大、水头高特点,更具有洞线长、同期多洞室施工的特点;而且隧洞底板与施工支洞进洞口高差达60m、降坡入洞条件较差、洞内施工工序多,洞段之间相互干扰大、存在大流量逆坡抽排水工作等,施工过程中出现绿泥石片岩变形、揭露大型溶洞等问题的概率大,这些问题在大断面隧洞内产生新的施工难度,也带来新的监理工作挑战。
(1)地下水封堵及逆坡抽排。引水隧洞的地下水最大水头高度约1000m,水流量大且稳定,且引水隧洞西端起点低于地面60m,之后经过约1700m平坡就变为0.365%下坡,突(涌)水的发生将给施工造成严重的安全隐患。
逆坡施工要求必须确保单洞掌子面在地下水流量小于1000L/s的条件下能够正常组织施工,发生单洞流量大于3000L/s或汇总流量大于8000L/s的特大涌水后能够及时有效地进行抽排。
(2)洞线长、施工组织难度大。相比锦屏辅助洞施工,引水隧洞独头掘进逆坡施工合同长度大于4.7km,5条隧洞通过近1km长的施工支洞进入正洞施工;掘进范围,在第一条主洞东西端贯通前,沿线无施工支洞可开设;施工以钻爆法、无轨运输为主,污染源多(高峰时期洞内行车达50多辆),工作面多(同时开挖掌子面6~10个),对施工进度控制、施工组织通风排烟协调等管理难度极大。4条引水隧洞及排水洞从开挖支护、地下水处理、衬砌、回填和固结灌浆直至施工通道封堵,工作面多,工序复杂且互相交叉干扰,施工强度高;工期紧且各条隧洞投入运行有一定的顺序要求。
(3)长大断面隧洞群的开挖预测强至极强岩爆与防治是工程的难点。引水隧洞断面较大、应力调整复杂,群洞效应突出,应力变形或岩爆仍然对人身安全和机械设备有安全危害,对施工工期有制约。施工对其预测与防治极强岩爆仍然是探索领域。
(4)软岩洞段的开挖与变形治理:引水隧洞其最大开挖洞径14.6m,在施工掘进过程遇绿泥石片岩洞段、部分洞段为软硬相间的岩体变形不易控制。发生塌方、变形缩径的处理难度大。
(5)地下工程量巨大、工期紧张。引水隧洞混凝土施工强度大大超过国内类似地下工程施工水平,围岩固结灌浆质量检查设计要求透水率不大于1Lu,标准高。量大、标准高增加了施工工期控制难度。
工程施工监理的重点是隧洞开挖进度控制,难点是涌水治理、岩爆防治、软岩变形、溶洞处理,大工序转换协调与混凝土、灌浆施工质量控制。
2.引水隧洞工程施工监理控制与协调管理重点
(1)承包人的资源投入。锦屏工程超复杂地下群施工具有多项世界性技术难题,且工程工期还比较紧张,施工强度高于一般地下工程,承包人除应具有相关施工经验外,作为监理单位(现场机构)须从其进场开始加强监理工作力度,督促承包人按照投标承诺组织满足工程施工需要的人力、技术、设备等资源投入到本工程上来,为完成合同工程任务创造必要条件。
(2)督促承包人建立完善的施工方(预)案。针对引水隧洞工程具有的突涌水、岩爆、断层及破碎带等地质问题和长距离施工通风排烟、大流量施工排水等施工问题,协助承包人逐项建立切实可行的和满足合同要求的超前预报方案、开挖技术方案、岩爆防治方案、整体施工排水方案、通风方案、洞内交通方案、衬砌与灌浆施工组织设计、突涌水警报与逃生救急预案等,以保证在施工过程中,才能做到临危不乱,按照既定方案按部就班地处理工程施工难题和突发事件,确保施工顺利进行。
(3)加强技术管理工作。高压水处理技术、高地应力岩爆、大断面引水隧洞开挖、涌水洞段特别是高压大流量涌水段混凝土衬砌等施工技术均为难度极高的关键技术课题。利用锦屏辅助洞施工监理积累的经验,加强隧洞涌水预测与治理工作研究,加强岩爆防治研究、软岩治理研究,通过试验形成工法,督促方案、工艺措施落实。
(4)大工序转换协调管理。4条引水隧洞、排水洞从开挖支护、地下水处理、衬砌、回填和固结灌浆直至施工通道封堵,工作面多,工序复杂且互相交叉干扰,施工强度高,洞内场地狭窄,逆向坡排水系统相对固化、移动前序工作多,工期紧且各条洞投入运行有一定的顺序要求。监理协调管理的重点在于:如何推进合理施工组织,使施工有序,尽量避免不利因素,充分利用平行排列的洞室与连接通道、锦屏辅助洞等条件,协调减少工作面的干扰、提供快捷的施工通道、施工质量问题能够得到及时处理,真正实现高强度施工。
(5)加强过程质量管理。钻爆法施工洞段:采用钻爆法施工洞段的开挖质量受到岩爆、断层与裂隙破碎带、软岩等地质条件以及施工强度高的影响,大断面体型控制难度大,如果出现超欠挖将显著增大施工成本或工程造价,也对施工安全和工程安全有直接影响。监理过程落实:督促落实方案明确的措施,加强检测,确保开挖爆破成型效果及支护可靠度。
施工富水区混凝土浇筑质量控制:首先做好地下水封堵处理,采取防水、排水措施,保证浇筑条件,后期对水头高、水量大的部位,检查防渗圈的效果及减压排水装置的可靠性。
灌浆工程量大、工期紧张,施工强度大大超过目前国内地下工程施工水平。督促增加设备、人员保证关键工作面的施工条件,严格工序质量检查,综合物探手段检查,对检查不合格项采取补充灌浆、复检等手段。