不良地質(zhì)條件下特大斷面導(dǎo)流隧洞開挖施工技術(shù)探討

□胡榮林 □司禮山（遵義水利水電勘測設(shè)計研究院）

不良地質(zhì)條件下特大斷面導(dǎo)流隧洞開挖施工技術(shù)探討

□胡榮林 □司禮山（遵義水利水電勘測設(shè)計研究院）

苗尾水電站導(dǎo)流隧洞地質(zhì)情況復(fù)雜，施工技術(shù)方案的選擇要符合實(shí)際施工情況。突出重點(diǎn)，統(tǒng)籌兼顧，制定技術(shù)可靠、確保安全的開挖支護(hù)施工方案，特別是針對導(dǎo)流隧洞進(jìn)口漸變段、斷層和裂隙發(fā)育洞段、出口洞段等部位成洞穩(wěn)定的影響因素，合理安排施工程序、制定有針對性的施工方案，有效控制圍巖塑性區(qū)和圍巖有害變形。

導(dǎo)流隧洞；不良地質(zhì)；施工技術(shù)；探討；苗尾水電站

1 概述

苗尾水電站位于云南省云龍縣舊州鎮(zhèn)境內(nèi)的瀾滄江河段上，電站壩址距大理210km、距昆明545km，電站裝機(jī)容量1400MW。

苗尾水電站導(dǎo)流隧洞為兩條，均設(shè)置在大壩左岸。1#導(dǎo)流隧洞全長1157.09m，縱坡0.17%，2#導(dǎo)流隧洞全長1052.82m，縱坡0.19%。兩條導(dǎo)流隧洞均采用城門洞型斷面，凈斷面尺寸13.00m×15.00m(寬×高)。兩條導(dǎo)流隧洞進(jìn)出口高程相同，進(jìn)口高程均為1302.00m，出口高程均為1300.00m。導(dǎo)流隧洞初期支護(hù)采用噴錨支護(hù)，永久支護(hù)采用混凝土襯砌。

2 地質(zhì)條件

苗尾水電站導(dǎo)流隧洞地層巖性為砂質(zhì)絹云板巖及變質(zhì)石英砂巖，強(qiáng)風(fēng)化巖體厚5～30m，以下為弱～微風(fēng)化巖體。洞身段上覆巖體厚20～240m，洞身均位于弱風(fēng)化下段～微風(fēng)化巖體內(nèi)，主要共計有12條斷層通過，巖層層面、斷層及破碎帶與洞軸線斜交，夾角60～70°，無較大的不利結(jié)構(gòu)面組合，洞室圍巖主要為IV～I(xiàn)II類圍巖，導(dǎo)流隧洞圍巖質(zhì)量較差，隧洞成拱困難，隧洞開挖穩(wěn)定問題突出。導(dǎo)流洞進(jìn)口段覆蓋層深厚，厚度10～30m，邊坡走向N5°E，與巖層走向和層內(nèi)錯動帶的夾角小。導(dǎo)流洞出口邊坡走向與巖層走向大角度相交，屬斜向結(jié)構(gòu)邊坡，邊坡表層為強(qiáng)風(fēng)化至弱風(fēng)化上段巖石，巖體質(zhì)量較差。

3 施工程序及方法

3.1 導(dǎo)流隧洞洞身施工總原則

3.1.1 以“噴錨支護(hù)”為核心，最大限度地控制圍巖不利變形

不良地質(zhì)洞段的開挖采取“超前探測，預(yù)錨固或預(yù)灌漿、短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動、強(qiáng)支護(hù)、勤監(jiān)測”的施工方法，確保成洞圍巖穩(wěn)定；對多種支護(hù)形式并存的邊墻、頂拱采取由淺到深、由外到里的支護(hù)程序，保證施工安全和洞室成型質(zhì)量。

3.1.2 采取分層、分區(qū)開挖支護(hù)

洞口段、不良地質(zhì)洞段頂拱層開挖采用“核心土”法施工，先進(jìn)行超前管棚及鎖口錨桿等支護(hù)，再開挖周邊并進(jìn)行短錨桿、鋼支撐及噴混凝土支護(hù)，然后開挖中部預(yù)留核心土，并進(jìn)行系統(tǒng)錨桿的施工。同時嚴(yán)格控制爆破工藝，減小對圍巖的擾動。

3.1.3 加強(qiáng)安全監(jiān)測

在導(dǎo)流隧洞開挖的同時設(shè)置永久安全監(jiān)測儀器和臨時圍巖收斂監(jiān)測點(diǎn)，并根據(jù)收集數(shù)據(jù)進(jìn)行安全分析和預(yù)報，對不穩(wěn)定圍巖或塊體實(shí)施準(zhǔn)確預(yù)測和適時有效錨固，保證施工人員、設(shè)備安全。

3.2 開挖支護(hù)程序

導(dǎo)流隧洞洞身段共分三層開挖支護(hù)。進(jìn)口36m及出口20m段Ⅰ層結(jié)合進(jìn)口明挖自洞外向洞內(nèi)分層開挖，Ⅱ、Ⅲ層從洞內(nèi)向洞外開挖；洞身段從施工支洞進(jìn)入后分別向上、下游方向開挖。1＃、2＃施工支洞上支洞進(jìn)入導(dǎo)流隧洞主洞后即開始向上、下游方向進(jìn)行導(dǎo)流隧洞洞身Ⅰ層的開挖支護(hù)。洞身Ⅱ、Ⅲ層開挖在Ⅰ層開挖支護(hù)結(jié)束后進(jìn)行，Ⅲ層作為底板保護(hù)層滯后Ⅱ?qū)?0m左右跟進(jìn)開挖。導(dǎo)流隧洞洞身開挖支護(hù)程序見圖1。

3.3 開挖及支護(hù)施工方案

3.3.1 開挖分層

圖1 導(dǎo)流隧洞洞身開挖支護(hù)程序圖

根據(jù)導(dǎo)流隧洞的特點(diǎn)、工期要求及施工機(jī)械性能，導(dǎo)流隧洞洞身自上而下分三層進(jìn)行開挖支護(hù)。Ⅰ層采用架子平臺，中導(dǎo)洞超前開挖，開挖高度為8m，導(dǎo)0+00～0+36樁號漸變段Ⅰ層開挖高度10m，導(dǎo)0+36～0+108樁號段Ⅰ層開挖高度9m。

Ⅱ?qū)娱_挖高度為8m和7.50m（0+108樁號以前為8m，0+108樁號以后為7.50m），Ⅲ類圍巖段邊墻采用輕型潛孔鉆預(yù)裂后整體一次爆破，洞口段及Ⅳ、Ⅴ類圍巖段Ⅱ?qū)臃謨尚臃謩e進(jìn)行開挖支護(hù)，視情況可采用手風(fēng)鉆先預(yù)裂。

Ⅲ層為預(yù)留保護(hù)層開挖，開挖高度2.60～3.25m，采用手風(fēng)鉆整體一次水平開挖，保護(hù)層周邊采用光面爆破。

導(dǎo)流隧洞洞身開挖分層見圖2。

3.3.2 開挖支護(hù)施工方案

導(dǎo)流隧洞洞身Ⅰ層Ⅲ、Ⅳ類圍巖洞段開挖采用中導(dǎo)洞超前、兩側(cè)擴(kuò)挖跟進(jìn)的鉆爆法作業(yè)，按設(shè)計輪廓線進(jìn)行周邊光爆，開挖一個循環(huán)后及時進(jìn)行錨噴支護(hù)及鋼支撐施工；Ⅴ類圍巖洞段采用分區(qū)分層開挖，采用手風(fēng)鉆分部開挖分部支護(hù)，待支護(hù)完成后再進(jìn)行下一層的開挖。開挖后立即進(jìn)行錨桿、鋼拱架、噴混凝土等一次支護(hù)，系統(tǒng)支護(hù)緊跟開挖工作面。

Ⅱ?qū)英箢悋鷰r洞段邊墻采用輕型潛孔鉆，在Ⅰ層開挖支護(hù)階段穿插超前一次預(yù)裂至Ⅱ?qū)拥装甯叱蹋胁坎捎靡簤郝膸с@梯段開挖，并在預(yù)裂孔內(nèi)側(cè)各布置一排緩沖爆破孔；Ⅳ類圍巖洞段分兩小層采用手風(fēng)鉆淺孔梯段爆破，設(shè)計輪廓線采用光面爆破控制，視情況可采用手風(fēng)鉆先預(yù)裂。鋼支撐及錨噴支護(hù)隨層施工。洞口段及Ⅴ類圍巖洞段分兩小層開挖，各層先開挖兩側(cè)導(dǎo)坑，中部采用手風(fēng)鉆淺孔梯段爆破。

Ⅲ層開挖采用手風(fēng)鉆水平開挖，設(shè)計輪廓線光爆。保護(hù)層開挖后及時接長鋼支撐，鎖腳錨桿、并施作系統(tǒng)錨桿、噴混凝土等支護(hù)。

3.4 關(guān)鍵及特殊部位開挖支護(hù)措施

工程開挖支護(hù)關(guān)鍵部位是導(dǎo)流隧洞洞口段，特殊部位是施工支洞與導(dǎo)流隧洞交叉段。

3.4.1 導(dǎo)流隧洞洞口段開挖措施

導(dǎo)流隧洞進(jìn)口漸變段頂拱為方變圓，最大開挖跨度22.80m。該段巖體較破碎，成洞條件較差。考慮到安全施工需要，待洞外明挖降至洞身Ⅰ層開挖底板高程、完成洞口懸吊錨筋束及鎖口錨桿、注漿大管棚等超前加固施工，自洞外向洞內(nèi)開挖?？拷纯?m范圍內(nèi)明挖區(qū)分層控制在3m以下，采用手風(fēng)鉆淺孔、小藥量梯段開挖，控爆破，嚴(yán)格控制單響藥量。

超前預(yù)支護(hù)完成后，采用三臂鑿巖臺車從洞外向洞內(nèi)掘進(jìn)，Ⅰ層采用核心土法施工。采用手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆爆，遵行“短進(jìn)尺、弱爆破”原則，周邊光爆，循環(huán)進(jìn)尺0.80～1.00m，每區(qū)支護(hù)必須緊跟開挖面。

洞口段Ⅱ?qū)訌亩磧?nèi)向洞外開挖，分兩小層施工，每層先開挖兩側(cè)導(dǎo)坑，并完成鋼支撐和噴鋼纖維混凝土施工，然后手風(fēng)鉆淺孔梯段挖除第Ⅱ小層中間部分，再進(jìn)行系統(tǒng)長錨桿施工從洞內(nèi)施工，設(shè)計輪廓線采用光面爆破。

3.4.2 施工支洞影響段開挖支護(hù)措施

施工支洞與導(dǎo)流隧洞相交段應(yīng)力集中，容易開裂掉塊，因此導(dǎo)流隧洞洞身開挖前，交叉段施工支洞必須加強(qiáng)支護(hù)：在完成系統(tǒng)支護(hù)的基礎(chǔ)上，增加一定數(shù)量的超前錨桿或加強(qiáng)錨桿，邊墻及頂拱掛網(wǎng)噴混凝土，在接近岔洞口部位將鋼拱架間距調(diào)為50cm，并在支洞邊墻設(shè)置2排加強(qiáng)錨桿，原邊墻系統(tǒng)錨桿取消。在導(dǎo)流隧洞段邊墻噴5cm素混凝土；頂拱設(shè)置鎖口錨桿，左右各一排。當(dāng)施工支洞口導(dǎo)流隧洞段開挖支護(hù)完成后，在支洞口外50cm的導(dǎo)流隧洞頂拱處設(shè)2排鎖口錨桿，周邊設(shè)2排加強(qiáng)錨桿。

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劉 青）