長河壩電站引水發(fā)電系統(tǒng)洞室群開挖方案

陳明

（四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川 康定 626001）

長河壩電站引水發(fā)電系統(tǒng)洞室群開挖方案

陳明

（四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川 康定 626001）

科學合理的施工總體規(guī)劃及適宜的施工方法是大型地下洞室群快速施工的關(guān)鍵，本文結(jié)合長河壩水電站引水發(fā)電系統(tǒng)洞室群開挖施工經(jīng)驗,闡述大型地下洞室群施工程序、通道布置、開挖分層分塊以及施工方法等，供類似工程施工參考。

洞室群；開挖；施工方法；長河壩

1 工程概況

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，為大渡河干流水電梯級開發(fā)的第 10 級電站，電站總裝機容量 2 600 MW（4×650 MW），樞紐建筑物由礫石土心墻堆石壩、右岸泄水系統(tǒng)和左岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)組成。

引水發(fā)電系統(tǒng)地下洞室主要包括4條壓力管道、1 個廠房、4 條母線洞、1 個主變室、4 條尾水連接洞、1 個尾水調(diào)壓室、2 條尾水主洞、1 個尾水閘門室、2條出線豎井以及三層排水廊道、通排風平洞和豎井、出線平洞和交通洞等，共由 41 條（個）洞室組成了一個規(guī)模宏大而復雜的洞室群。其中壓力管道總長 2 339.5 m，為圓形隧洞，開挖直徑11.7 m；廠房、主變室、尾調(diào)室三大洞室的開挖尺寸長×寬×高分別為：228.8 m×30.8 m ×73.35 m，150.0m× 19.3m ×25.8m，162.0m×22.5m×79.5m；尾水擴散段、連接洞、尾水支洞及尾水洞總長 3 151 m，城門洞型，主洞開挖斷面尺寸為 14 m×18 m（寬×高）。

引水發(fā)電系統(tǒng)工程區(qū)域巖性為晉寧～澄江期花崗巖（γ2（4）），巖石致密堅硬、強度較高，圍巖多呈次塊～塊狀結(jié)構(gòu)，局部鑲嵌結(jié)構(gòu)，以Ⅲ，Ⅱ類圍巖為主，局部小斷層交匯區(qū)為Ⅳ類圍巖，無區(qū)域性斷裂通過，但次級小斷層、擠壓破碎帶、節(jié)理裂隙較發(fā)育，其中規(guī)模較大的斷層主要分布于尾水洞中段及出口部位。壓力管道、三大洞室及尾水洞等深埋洞段為中高地應力區(qū)，易發(fā)生巖爆。

2 工程特點及難點

1）地下洞室群規(guī)模大，洞室布置密集，開挖、支護施工強度高，多專業(yè)、多工種交叉作業(yè)，相互干擾大，要實現(xiàn)快速施工，統(tǒng)籌兼顧地做好全盤規(guī)劃是關(guān)鍵。

2）三大洞室跨度大、邊墻高，交叉或相鄰洞室多，相鄰洞室之間巖柱厚度較薄，加之地質(zhì)較復雜，確保洞室的圍巖穩(wěn)定和洞室群整體穩(wěn)定是開挖支護的重點。

3）大斷面洞室頂拱、廠房巖壁梁、主機間機窩、壓力管道斜井、隧洞平交口、不良地質(zhì)段等特殊部位開挖質(zhì)量要求高。

4）深埋洞段地應力較高，巖爆的預防和治理問題比較突出。

5）地下洞室群埋藏深，主要通道均是洞中開洞，直接與外界相連的洞室少，通風散煙困難，科學規(guī)劃各期通風，創(chuàng)造良好的通風條件，保證施工人員的健康和安全是難點。

3 開挖總體思路

根據(jù)工程布置特點、地質(zhì)條件、工期和圍巖穩(wěn)定等要求，引水發(fā)電系統(tǒng)洞室群開挖總體按照以廠房為中心、三大洞室為主線，先主體洞室后附屬洞室、先洞后墻，自上而下逐層開挖、逐層支護的施工程序組織施工。

1）洞室群總體分為引水系統(tǒng)、廠房系統(tǒng)、尾水系統(tǒng)和附屬洞室等四大塊，相對獨立施工。

2）多條洞室平行布置時，按照跳洞、錯距的原則進行開挖，平行相鄰的洞室同時開挖時錯距應在 30 m 以上。

3）主副廠房與主變室錯距同高程下臥，尾調(diào)室開挖可適當滯后。

4）廠房系統(tǒng)排水廊道開挖適度超前，以減少三大洞室施工期滲水，有利圍巖穩(wěn)定，同時為及時進行相應高程對穿錨索施工和監(jiān)測儀器安裝提供條件。

5）廠房巖壁梁混凝土澆筑前，應先完成下一開挖層的預裂及母線洞頂拱層的開挖支護，混凝土澆筑完成并達到設(shè)計強度、做好防護措施后再進行下層開挖。

6）母線洞、壓力管道下平段作為廠房中下部開挖主要通道，廠房開挖至相應高程前應提前貫入廠房2 m左右，并按設(shè)計要求做好支護和鎖口；尾水擴散段作為廠房機窩的施工通道，應提前開挖至機窩下方。

7）條件具備時，盡早完成通風豎井、排風平洞和壓力管道等與外界連通的洞室開挖支護，以利于改善廠房系統(tǒng)的通風散煙效果。

4 開挖分層分塊

綜合考慮各洞室的結(jié)構(gòu)布置、施工機械特點、施工通道條件以及開挖順序等因素，壓力管道上、下平段分 2 層開挖，廠房分 10 層開挖，主變室和母線洞分 3 層開挖，尾調(diào)室分 9 層開挖，尾水洞分3層開挖，尾水閘門室分 4層開挖。

5 施工通道規(guī)劃與布置

工程開工前，1 號公路、5 號公路、進廠交通洞后段、廠房進風洞、廠房通風洞、主變室排風洞、尾調(diào)交通洞和廠房中導洞連接洞等已提前完成，在充分利用上述施工通道和大斷面洞室預留臨時斜坡通道的基礎(chǔ)上，各主要洞室的開挖支護施工通道規(guī)劃如下：

1）壓力管道：上平段以進水口平臺作通道，下平段新增一條橫貫4條下平段的施工支洞解決通道問題，支洞斷面尺寸需考慮后期壓力鋼管運輸要求。

2）廠房：第Ⅰ層利用右端通風洞和左端中導洞連接洞作為施工通道，第Ⅱ?qū)蛹阿髮幼蠓猛L洞作施工通道，第Ⅲ層右幅、第Ⅳ層利用進廠交通洞作施工通道，第Ⅴ，Ⅵ層利用母線洞作施工通道，第Ⅶ、Ⅷ層利用壓力管道下平段作施工通道，第Ⅸ，Ⅹ層利用尾水擴散段作為施工通道。

3）主變室：第Ⅰ層、Ⅱ?qū)幼蠓糜叶伺棚L洞作施工通道，第Ⅱ?qū)佑曳?、第Ⅲ層利用主變室交通?lián)系洞作施工通道。

4）尾調(diào)室：第Ⅰ，Ⅱ-1 層利用尾調(diào)交通洞作通道；進廠交通洞至1號調(diào)壓室左端墻增設(shè)一條施工支洞作為第Ⅱ-2，Ⅲ，Ⅳ-1 層施工通道；2 號調(diào)壓室下游側(cè)設(shè)置 1 條施工支洞作為第Ⅳ-2，Ⅳ-3，Ⅴ層施工通道；第Ⅵ層以下利用尾水支洞作為施工通道，兩室之間中隔墻設(shè)置聯(lián)系洞。

5）尾水洞：因洞軸線較長，開挖高達 18 m，通過設(shè)置 2條上層施工支洞和 2條下層施工支洞分別將尾水洞劃分為上游段、中段和下游段同時施工。另為解決廠房肘管、尾水擴散段、尾水連接洞施工時與尾調(diào)室下部貫通作業(yè)的相互干擾，需要在尾調(diào)室上游增設(shè) 1條施工支洞橫向連接4條尾水連接洞。

6）尾水閘門室：上部閘室利用尾閘交通洞作施工通道，下部閘門井利用底部已開挖完成的尾水洞作通道。

根據(jù)上述規(guī)劃和現(xiàn)場實際條件變化，工程共布置了 14條施工支洞或聯(lián)系洞，均采用城門洞型，其中壓力管道下平段 1 條、第三層排水廊道 1條、尾調(diào)室 4 條、尾水洞 5 條、尾水出口 1 條、出線上平洞 1 條、排風平洞 1 條，使得引水系統(tǒng)、廠房系統(tǒng)、尾水系統(tǒng)、排風系統(tǒng)、出線系統(tǒng)等共同組成了一個既相對獨立又相互聯(lián)系的施工體系。

6 施工方法

所有水平洞室均按照自上而下逐層開挖、逐層支護的原則進行施工，斜豎井采用先導井后擴挖的施工方法。三大洞室頂拱層采用先中導洞、后兩側(cè)擴挖的開挖方式，頂拱以下各層采用“邊墻一次預裂、中部薄層開挖、基礎(chǔ)保護層水平光爆”的開挖方式。其他大斷面洞室頂拱層Ⅱ、Ⅲ圍巖采用全斷面開挖，Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用先超前支護、后導洞擴挖的方式開挖，中部開挖層邊墻預留 2m 厚保護層光面爆破，基礎(chǔ)保護層采用水平光爆開挖。下面簡要介紹幾個重點部位的施工方法。

6.1 廠房頂拱層開挖

廠房頂拱層開挖是廠房開挖支護的重點，共分為3塊施工。首先利用廠房右端通風洞和左端中導洞連接洞作為施工通道從兩端進行中部擴挖，中部頂拱系統(tǒng)支護完成后再進行兩側(cè)擴挖支護，上、下游兩側(cè)擴挖按不小于 30 m 錯距進行，左、右端墻預留 3 m 保護層。Ⅱ，Ⅲ類圍巖每排炮進尺3 m，支護滯后開挖 20~30 m；不良地質(zhì)段按照“短進尺、弱爆破、強支護”的原則施工，每排炮進尺1.0~1.5 m，必要時進行超前支護，開挖后及時進行系統(tǒng)支護。廠房頂拱層開挖采用自制架鉆臺車配手風鉆鉆爆，周邊光面爆破，光爆孔間距 50 cm，錨桿鉆孔采用三臂鑿巖臺車，噴混凝土采用麥斯特濕噴臺車。

6.2 巖壁梁巖臺開挖

巖壁梁是地下廠房的重要構(gòu)筑物，開挖質(zhì)量要求高、工藝要求嚴格，是地下廠房系統(tǒng)施工的重點和難點，正式開挖前需在相似部位進行爆破試驗，以獲得合理的施工工藝和鉆爆參數(shù)。

此工程巖壁梁布置在廠房第Ⅲ開挖層，為盡量減小爆破對巖壁梁圍巖擾動，確保巖臺開挖成型，巖壁梁上部、外側(cè)預留保護層厚 2 m 和 4 m，該層分為中槽Ⅲ-1，外側(cè)保護層Ⅲ-2 和巖臺Ⅲ-3，3塊按錯距不小于 30 m 依次開挖，巖臺開挖采用垂直孔加斜孔雙向爆破方式。開挖施工程序為：中槽兩側(cè)預裂→中槽開挖→上直墻光爆孔造孔、保護→外側(cè)保護層開挖→下拐點鎖口錨桿→下直墻錨噴支護→巖臺斜面光爆孔造孔→巖臺開挖。

中槽預裂孔間距 100 cm，采用液壓鉆造孔，巖臺下直墻光爆孔間距 70 cm，采用 YQ 100E 輕型潛孔鉆造孔，上直墻和斜面光爆孔間距 30 cm，采用手風鉆造孔。為保證鉆孔精度，所有輪廓線光爆孔均采用鋼管搭設(shè)導向樣架，斜面光爆孔另逐孔搭設(shè)導向管。

6.3 深豎井開挖

此工程出線豎井深 203 m，開挖直徑 9.5 m，采用先導井后擴挖的施工方法，導井采用 LM 200型反井鉆機施工。首先反井鉆自上而下鉆設(shè) φ216 mm 導孔，導孔施工過程中應通過控制鉆速、穩(wěn)定鉆桿和及時測量孔向等手段防止跑偏，貫通后在孔底更換擴孔鉆頭，由下至上形成 φ1 400 mm 導井，然后分兩次擴挖：反井鉆拆除后搭設(shè)第一次擴挖井架，兩臺同步卷揚機配吊籠載人施工，采用略加改造的氣腿式手風鉆一次性完成全部徑向鉆孔，再由下至上分段裝藥爆破，形成 φ3 400 mm 溜渣井。第二次擴挖至設(shè)計斷面，自上而下分層鉆爆、支護，人工扒渣至溜渣井，為保證井口穩(wěn)定和下部施工安全，二次擴挖下降 12 m 后先澆筑井口段 10 m 襯砌混凝土鎖口，待二次擴挖井架、人行爬梯、提升設(shè)備等搭設(shè)調(diào)試完成后再繼續(xù)向下擴挖。

7 結(jié)語

長河壩電站引水發(fā)電系統(tǒng)洞室群開挖支護過程中通過科學合理規(guī)劃、采用先進施工機械以及應用地下工程成熟施工方法等，形成了“平面多工序、立體多層次”施工布局，實現(xiàn)了快速施工目標，廠房自 2010 年 12 月 1 日開工至 2013 年 6 月26 日開挖支護完成，用時 31 個月。總結(jié)本工程洞室群施工經(jīng)驗，提出以下幾點建議供參考。

1）在進水口邊坡施工難度大、工期不易保證的情況下，應考慮設(shè)置上平段施工支洞，以便能及時開始上平段和斜井施工。

2）母線洞與廠房、壓力管道下平段與廠房、尾水連接洞與尾調(diào)室等大洞室交叉段貫通時易出現(xiàn)垮方，引起高邊墻變形，加固處理難度大、耗時長，貫通前可考慮在相應洞段設(shè)置鋼支撐。

3）中高應力地區(qū)大斷面洞室頂拱噴護宜采用掛網(wǎng)噴混凝土，若無鋼筋網(wǎng)，即便是噴鋼纖維混凝土，后期也易產(chǎn)生剝落、掉塊現(xiàn)象，威脅下方施工安全。

4）為防止廠房永久防滲帷幕出現(xiàn)薄弱“窗口”，施工支洞布置應盡可能不穿帷幕線。

TV74

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1002－0624（2014）07－0018－03

2013-11-27