糯扎渡水電站尾水系統(tǒng)五岔口快速開挖施工技術

李樹迎，楊保才，張雅東，夏仲存

（中國水利水電第十四工程局，云南 昆明 650041）

1 工程概況

糯扎渡水電站尾水系統(tǒng)由9條尾水支洞、3個尾水調壓室和3條尾水隧洞組成，采用 “三機一室一洞”的布置形式，在調壓室內3條尾水支洞水流交匯后經(jīng)一條尾水隧洞流出。尾水支洞、尾水隧洞與尾水調壓室相交的部位即為五岔口。相鄰兩條尾水支洞中心間距34.0 m，巖壁厚4.9～19.7 m。尾水調壓室為地下帶連通上室圓筒阻抗式，由3個圓筒式調壓井組成，開挖直徑29.3～34.3 m，高92 m，中心距102 m。

尾水調壓室及連通上室處于花崗巖體內，風化程度輕微，呈微風化～新鮮，局部斷層發(fā)育部位可能呈弱風化下部，巖體為塊狀結構及整體結構，有F20、F21、F22等Ⅲ級斷層發(fā)育，小斷層、擠壓面等Ⅳ級結構面發(fā)育平均間距約為20 m。樞紐區(qū)的Ⅱ級結構面F3和F1斷層從尾水調壓室NE側通過，與尾水調壓室最近距離分別約為39 m和224 m，總體上對建筑物影響較小。1、2號尾水調壓室工程地質條件相近，3號位于F3斷層上盤，與斷層最近距離約39 m。F22斷層斜切調壓井頂部，受斷層影響調壓井頂拱及右側壁上部的圍巖完整性較差。1～3號尾水調壓室?guī)r石抗壓強度基本在45～55 MPa范圍內。

2 五岔口組成

五岔口最大開挖跨度為39.3 m。單個五岔口平面范圍在尾水支洞0+72.9至尾水隧洞0+47.0樁號之間，高程范圍在調壓室561～625 m高程之間。尾水支洞開挖斷面尺寸為14.9 m×18.75 m(寬×高)；調壓室后接尾水隧洞，其漸變段長30 m，漸變段開挖斷面由高19.0 m、寬22.0 m的方形斷面漸變到直徑為φ22 m的圓形斷面；井筒578.5～625 m高程斷面由φ29.3 m的圓形斷面漸變成φ34.3 m的圓形斷面；調壓室578.5 m高程以下為不規(guī)則斷面。尾水系統(tǒng)五岔口平面布置見圖1。

圖1 尾水系統(tǒng)五岔口平面布置（尺寸單位：m）

3 開挖程序及方法

單個五岔口施工工序為：①3條尾水支洞Ⅰ層和尾水隧洞漸變段Ⅰ層導洞開挖施工，其中，導洞貫通后為五岔口提供了4條施工通道；②調壓井導井開挖、尾水支洞和調壓室后漸變段Ⅰ層擴挖支護施工；③尾水支洞Ⅱ層和調壓室后漸變段Ⅱ層開挖支護；④五岔口595 m高程以下開挖支護施工。由于五岔口段地質條件復雜，如遇局部地質條件比較差的地段，開挖支護必須遵循 “短進尺、弱爆破、少擾動、強支護、快封閉、勤測量”的原則。

3.1 井筒開挖

井筒開挖按分層分區(qū)的開挖支護方法進行。首先，采用LM-200的反井鉆從調壓室625.5 m高程開挖φ1.4 m的導井，導井開挖成型后，為了防止下渣堵孔，擬定把導井擴挖成φ5.4 m的溜渣井，溜渣井擴挖采用351鉆機打垂直深孔直通下部已經(jīng)貫通的導洞，擴挖孔打兩排，排距1.0 m，間距分別為0.8、1.2 m。為了防止爆破震動過大對625.5 m高程以上已支護的錨索和預應力錨桿震動破壞，溜渣井擴挖爆破孔采用間隔裝藥控制單響藥量。溜渣井擴挖成型后井筒分成4區(qū)，采用手風鉆按3.0 m一層逐層向下開挖，下渣采用PC220挖掘機進行扒渣，由于井壁邊墻比較高，達64.5 m，為確保高邊墻穩(wěn)定，每層開挖完后應及時進行系統(tǒng)支護。井筒開挖支護示意見圖2。

圖2 井筒開完程序示意

3.2 尾水支洞開挖

尾水支洞分3層開挖。①Ⅰ層采用手風鉆光面爆破開挖，進尺按3 m排炮循環(huán)，尾水支洞距離五岔口30 m范圍，應每開挖一排炮支護完后才能進行下一循環(huán)施工。②Ⅱ、Ⅲ層開挖。采用輕型潛孔鉆（QZJ-100B)一次預裂到底板高程，中間采用液壓潛孔鉆深孔拉槽爆破開挖，拉槽區(qū)兩側預留3.0 m保護層，底板預留2.0 m保護層。③保護層開挖。拉槽區(qū)兩側保護層采用手風鉆造水平孔開挖；底板保護層采用手風鉆水平光面爆破開挖，按3 m排炮循環(huán)。為了防止中間拉槽爆破對洞周圍巖的破壞，采用輕型潛孔鉆 （QZJ-100B)在拉槽區(qū)與保護層間設一道施工預裂面，孔深打至底板保護層高程位置。尾水支洞開挖程序示意見圖3。

圖3 尾水支洞開挖程序示意 （尺寸單位：m）

3.3 調壓室后漸變段開挖

調壓室后漸變段分3層開挖。Ⅰ層采用手風鉆光面爆破開挖，進尺按3.0m排炮循環(huán)，邊開挖邊支護；Ⅱ層中間采用輕型潛孔鉆 （QZJ-100B)沿拉槽兩側打孔至底板保護層進行施工預裂爆破，中間采用液壓潛孔鉆深孔爆破拉槽開挖，由于調壓室后漸變段開挖體形復雜，中間拉槽寬度應兼顧漸變段兩端樁號斷面尺寸計算后確定，兩側墻不采用深孔預裂爆破的施工方法，而采用手風鉆或臺車按3 m進尺光面爆破開挖，邊墻預留保護層的厚度統(tǒng)一為5 m，由于漸變段開挖跨度大，在Ⅱ層施工過程中，開挖一部分支護一部分；Ⅲ層底板保護層采用手風鉆光面爆破開挖，按3 m一排炮循環(huán)。調壓室后漸變段開挖示意見圖4。

圖4 調壓室后漸變段開挖程序示意（尺寸單位：m）

3.4 五岔口578.5 m高程以下開挖

五岔口578.5 m高程以下分三層開挖。采用輕型潛孔鉆 （QZJ-100B)分兩次對Ⅰ層和Ⅱ、Ⅲ層進行預裂爆破，兩次孔深分別為6.65、10.85 m。Ⅰ層主爆區(qū)開挖利用中間導洞做臨空面，沿四周預留保護層后，直接采用液壓潛孔鉆鉆孔爆破開挖，Ⅱ層四周預留保護層后中間采用輕型潛孔鉆進行施工預裂爆破，形成兩道施工預裂面，保護層中間采用液壓潛孔鉆進行拉槽爆破開挖，Ⅱ層保護層采用手風鉆造水平孔開挖；底板保護層采用手風鉆造水平光面爆破孔開挖。開挖程序示意見圖5。

圖5 五岔口開挖程序示意（尺寸單位：m）

4 爆破參數(shù)設計

（1）手風鉆或鑿巖臺車鉆孔光面爆破。尾水五岔口所有光面爆破參數(shù)均一致：孔深3.2 m（包括超鉆深0.2 m），孔距0.5 m，孔徑φ42 mm，采用φ25 mm乳化炸藥，裝藥長度2 m，堵孔0.8 m，線裝藥密度200 g/m。

（2）導井擴挖爆破。一、二排孔距分別為0.8、1.2 m，孔深47.5 m，孔徑φ110 mm，藥徑φ90 mm，采用鋼絲繩加導爆索控制間隔裝藥，藥包采用導爆索起爆，孔底堵塞2.5 m，孔口堵塞3.5 m，單孔藥量約為150 kg，采用單孔單響爆破。

（3）手風鉆井筒擴挖和保護層開挖。中間主爆孔孔深3.2 m，排距1.0 m，孔間距1.4 m，采用φ32 mm乳化炸藥，裝藥長度2.0 m，堵孔1.2 m，單位耗藥量0.8 kg/m3。

（4）深孔預裂孔爆破參數(shù)。尾水支洞Ⅱ、Ⅲ層預裂孔深9.85 m，五岔口578.5 m高程以下Ⅰ層預裂孔深6.65 m，Ⅱ、Ⅲ層孔深10.85 m，其余爆破參數(shù)相同，均為：孔徑φ90 mm，孔間距80 cm，采用φ25 mm乳化炸藥，堵孔2.0 m，線裝藥密度200 g/m。

（5）施工預裂孔爆破。主要包括尾水支洞Ⅱ層，孔深7.85 m；五岔口578.5 m高程以下Ⅱ層，孔深8.15 m；調壓室后漸變段Ⅱ層，孔深8.8 m?？讖骄鶠棣?0 mm，孔間距均為1 m，采用φ32 mm乳化炸藥，堵孔2.0 m，線裝藥密度350 g/m。

（6）拉槽主爆孔爆破。主要包括尾水支洞Ⅱ層，孔深7.85 m；五岔口578.5 m高程以下Ⅱ層，孔深8.15 m；調壓室后漸變段Ⅱ層孔深8.8 m。主爆孔孔深均考慮0.5 m超深，孔徑φ90 mm，孔間排距3.0 m×2.0 m，采用φ70 mm乳化炸藥，堵孔2.5 m，單位耗藥量0.50 kg/m3。

5 施工安全監(jiān)測

單個尾水五岔口井筒布置18套多點位移計、21組錨桿應力計、7支錨索測力計，均勻分別布設在643、622、601、582 m高程井筒四周；單個五岔口尾水支洞0+86樁號分別布置3套多點位移計、3組錨桿應力計。

安全監(jiān)測結果為：井筒開挖過程中，最大變形部位為3號尾水調壓室拱頂，累計位移計達到8.37 mm，主要是受F22斷層帶影響，其余兩個調壓室頂拱圍巖變形量不明顯。調壓室下部開挖及尾水支洞開挖過程中，對上部及頂拱的影響不明顯，加之圓形尾水調壓室圍巖的自穩(wěn)性比較好，上部及頂拱圍巖處于穩(wěn)定狀態(tài)。五岔口部位開挖過程中，由于調壓室體形和結構變化會造成圍巖變形和應力的調整，加之尾水支洞和尾水隧洞開挖已經(jīng)完成，使得調壓室底部相對薄弱，尤其是上游部位和尾水支洞連接處，因此在此開挖過程中圍巖變形量增大，如3號調壓室下部開挖過程中，布置于8號尾水支洞0+086.000樁號的監(jiān)測儀器表明，左側邊墻累計最大應力為168.53 MPa，測點深度2.5 m，多點位移計最大位移在6.0 m深部位，累計位移為4.93 mm；布置于579 m高程尾水支洞之間巖柱多點位移計最大位移為11.77 mm，錨桿應力計最大應力為386.51 MPa。在噴錨支護完成后，變形趨于穩(wěn)定。

6 支護參數(shù)調整

施工過程安全監(jiān)測能及時提供圍巖穩(wěn)定程度和支護結構可靠性的安全信息，預見事故和險情，可作為調整和修改支護設計的依據(jù)，以及時調整支護設計參數(shù)，保證設計數(shù)據(jù)的針對性和施工過程的安全性。現(xiàn)場實際施工過程中，根據(jù)五岔口監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結果，對五岔口支護參數(shù)進行了如下調整：

（1）在1號調壓室井壁四周586.0、592.0、594.0 m高程布置3排φ28 mm，L=9.0 m錨筋樁；在2、3號調壓室井壁四周586.0～590.0 m高程增設3排φ28 mm，L=9.0 m錨筋樁，錨筋樁間排距2 m×2 m，交錯布置。參數(shù)調整后，1～3號調壓室相應位置的系統(tǒng)錨桿取消，從支護結果看，效果良好。

（2）五岔口交角處，距離洞口1.0 m位置，布設一圈φ32 mm預應力鎖口錨桿 （間排距2 m×2 m，交錯布置）超前支護，淺層加固洞臉，達到了預期的目的。

（3）1～3號調壓室井壁四周610～620 m高程垂直于巖壁布設3排1 000 kN預應力錨索，L=20～30 m，間排距5.0 m×5.0 m，達到五岔口上部深層支護的目的，支護效果明顯。

7 結語

糯扎渡尾水系統(tǒng)開挖施工具有五岔口開挖跨度大、挖空率高、二次應力狀態(tài)復雜、在洞室交匯部位會出現(xiàn)應力集中和較大的塑性區(qū)、薄巖柱 （體）易產(chǎn)生有害變形等特點，加大了五岔口開挖難度。為確保洞室穩(wěn)定，在施工過程中，經(jīng)過對五岔口開挖施工通道、施工方案、施工程序及支護參數(shù)的調整及優(yōu)化，最后安全、保質、快速地完成了五岔口開挖支護施工。

［1］ 陳勇，羅家貴，黃軍智.糯扎渡水電站尾水調壓室五岔口開挖論述［J］.云南水力發(fā)電， 2011， 27（3）:78-80.