探析大跨度調(diào)壓室頂拱開(kāi)挖支護(hù)施工技術(shù)和監(jiān)理

劉洪清 LIU Hong-qing

（中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢(xún)中南有限公司，長(zhǎng)沙 410000）

（China South Central Water Conservancy&Hydropower Engineering Consulting Co.，Ltd.，Changsha 410000，China）

1 工程概況

雅礱江錦屏二級(jí)水電站位于四川省涼山彝族自治州木里、鹽源、冕寧三縣交界處的雅礱江干流錦屏大河彎上，是雅礱江干流上最重要和裝機(jī)最大的梯級(jí)電站。錦屏二級(jí)水電站利用雅礱江下游河段長(zhǎng)約150km的大河彎的天然落差，通過(guò)長(zhǎng)約16.67km的引水隧洞，截彎取直，獲得約310m的水頭。電站總裝機(jī)容量4800MW，單機(jī)容量600MW。工程樞紐主要由首部攔河閘壩、引水系統(tǒng)和地下廠房三大部分組成，為閘壩、長(zhǎng)隧洞、大容量引水式水電站。

在4條引水隧洞末端各設(shè)有一座調(diào)壓室，每座調(diào)壓室主要由阻抗孔、調(diào)壓室豎井、事故閘門(mén)布置有關(guān)的閘墩、閘門(mén)檢修和啟閉平臺(tái)、閘門(mén)后通氣孔、調(diào)壓室底部分岔段等組成。調(diào)壓室頂拱開(kāi)挖斷面為漸變城門(mén)洞形，最大開(kāi)挖尺寸長(zhǎng)寬高分別為49.5m×寬22.532～30m×高15.25m，錨噴支護(hù)。該調(diào)壓室為目前全亞洲最大的阻抗式調(diào)壓室。如圖1。

圖1 錦屏二級(jí)廠區(qū)樞紐調(diào)壓室工程示意圖

錦屏二級(jí)廠區(qū)樞紐調(diào)壓室工程于2007年5月1日正式開(kāi)工。通過(guò)施工單位的科學(xué)組織、精心施工和監(jiān)理單位的嚴(yán)格質(zhì)量控制，錦屏二級(jí)廠區(qū)樞紐上游調(diào)壓室工程開(kāi)挖支護(hù)取得了良好的效果，并獲得了“錦屏水電工程A級(jí)樣板工程”稱(chēng)號(hào)。

圖2

調(diào)壓室頂拱開(kāi)挖支護(hù)是調(diào)壓室工程施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，其開(kāi)挖施工質(zhì)量要求高、安全風(fēng)險(xiǎn)大，也是監(jiān)理工程師質(zhì)量監(jiān)理工作和安全監(jiān)理工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。筆者對(duì)此成功的案例進(jìn)行總結(jié)，希望能對(duì)類(lèi)似工程的監(jiān)理工作有一定的參考價(jià)值。

2 錦屏二級(jí)廠區(qū)樞紐調(diào)壓室工程的基本地質(zhì)條件

錦屏二級(jí)水電站廠區(qū)樞紐調(diào)壓室工程區(qū)出露的地層巖性為三迭系中統(tǒng)鹽塘組第5大層（T2y5），巖性為中細(xì)粒結(jié)晶大理巖和白色粗晶厚層塊狀大理巖。巖層產(chǎn)狀為：N5～20°E，NW∠75～83°。1#、2#調(diào)壓室圍巖以Ⅱ、Ⅲ類(lèi)為主，局部為Ⅳ類(lèi)；3#、4#調(diào)壓室圍巖以Ⅲ類(lèi)為主，部分Ⅳ類(lèi)，少量Ⅱ類(lèi)。調(diào)壓室頂拱發(fā)育3組結(jié)構(gòu)面，其中一組為緩傾角結(jié)構(gòu)面、2組中等傾角，3組結(jié)構(gòu)面組合切割形成倒懸楔形體。f7斷層穿過(guò)4#調(diào)壓室頂拱上游邊墻，斷層帶寬60cm。

3 調(diào)壓室頂拱開(kāi)挖支護(hù)施工方案及實(shí)施

調(diào)壓室頂拱開(kāi)挖支護(hù)施工前，施工單位報(bào)送了《調(diào)壓室頂拱開(kāi)挖支護(hù)施工方案》，監(jiān)理工程師對(duì)該方案進(jìn)行了認(rèn)真細(xì)致地審查，以＜關(guān)于《調(diào)壓室頂拱開(kāi)挖支護(hù)施工方案》的審查批復(fù)意見(jiàn)＞對(duì)施工方案進(jìn)行了批復(fù)，提出了一些補(bǔ)充意見(jiàn)和建議以及在施工中應(yīng)注意的問(wèn)題，并向施工單位提出“將上游調(diào)壓室頂拱開(kāi)挖支護(hù)工程列為創(chuàng)錦屏樣板工程”的建議，得到了施工單位的積極響應(yīng)和具體實(shí)施。

3.1 施工程序

調(diào)壓室頂拱為漸變城門(mén)洞型，頂拱只進(jìn)行錨噴支護(hù)，頂開(kāi)挖高度15.25m，拱跨度大（最大開(kāi)挖跨度30m），為大跨度洞室開(kāi)挖，開(kāi)挖質(zhì)量要求高、施工難度及安全風(fēng)險(xiǎn)大。為確保頂拱開(kāi)挖施工質(zhì)量、工程穩(wěn)定和施工安全，針對(duì)該工程特點(diǎn)，采取兩層、四區(qū)、六序的開(kāi)挖支護(hù)方案進(jìn)行施工。其中，Ⅰ區(qū)為中部導(dǎo)洞（寬8.5m）和中部頂拱保護(hù)層開(kāi)挖支護(hù)；Ⅱ、Ⅲ區(qū)為左右兩側(cè)擴(kuò)挖及支護(hù)，寬度分別為7.02m和3.73m；Ⅳ區(qū)為底部開(kāi)挖及支護(hù)，寬為22.532～30m。根據(jù)新奧法施工原理，每層、每序開(kāi)挖完成后適時(shí)進(jìn)行支護(hù)施工。開(kāi)挖支護(hù)分層分塊見(jiàn)圖3。

圖3 調(diào)壓室頂拱開(kāi)挖分層分塊圖

3.2 實(shí)施方案

①序施工：

在完成各調(diào)壓室橫向交通洞（8.5*7.35m）后進(jìn)行調(diào)壓室頂拱①序?qū)Ф撮_(kāi)挖，導(dǎo)洞底板高程從EL1696.25爬升至EL1704.15后改為平洞開(kāi)挖，利用交通洞開(kāi)挖支護(hù)時(shí)的自制施工鉆爆平臺(tái)配合手風(fēng)鉆鉆孔，中間掏槽，按照?qǐng)D5的爆破網(wǎng)絡(luò)周邊光面爆破，爆破開(kāi)挖的原則為弱爆破，在滿(mǎn)足開(kāi)挖質(zhì)量的前提下，盡量采用弱爆破，減少單孔藥量和最大單響藥量，減少開(kāi)挖爆破對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)破壞。每循環(huán)進(jìn)尺3m，開(kāi)挖過(guò)程中根據(jù)圍巖情況進(jìn)行隨機(jī)支護(hù)。導(dǎo)洞開(kāi)挖爆破設(shè)計(jì)見(jiàn)圖4。

②序施工：

利用①序最后一茬炮的爆破碴料對(duì)①序?qū)Ф催M(jìn)行墊碴處理，利用自制平臺(tái)配合手風(fēng)鉆鉆孔，反向進(jìn)行周邊光面爆破。為避免爆破超挖現(xiàn)象，在頂拱下游側(cè)端墻起點(diǎn)處先向上打垂直預(yù)裂孔，孔距為80cm，其孔內(nèi)不裝藥，完后再進(jìn)行②序最后一茬炮的爆破開(kāi)挖施工。②序開(kāi)挖完成后，為確保開(kāi)挖后洞室穩(wěn)定，立即進(jìn)行系統(tǒng)錨桿、鋼筋掛網(wǎng)等支護(hù)，調(diào)壓室頂拱所用支護(hù)錨桿為機(jī)械漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿，其錨桿支護(hù)參數(shù)：Ф28，T=120kN，L=6m和Ф32，T=120kN，L=8m，鋼筋網(wǎng)為φ8@15cm*15cm。

頂拱導(dǎo)洞開(kāi)挖鉆爆參數(shù)表

圖4 調(diào)壓室頂拱中導(dǎo)洞鉆爆設(shè)計(jì)圖

機(jī)械漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿梅花型交錯(cuò)布置，間排距均為1.5m。因錨桿的特殊性，利用自制平臺(tái)配合FJY25C圓盤(pán)鉆造孔，根據(jù)錨桿直徑大小，分別造Ф45mm和Ф55mm的錨桿孔，人工插桿張拉。其施工流程為：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→圓盤(pán)鉆造孔→孔道清理→快速水泥砂漿找平→預(yù)應(yīng)力中空錨桿安裝→錨具安裝及施加預(yù)應(yīng)力→從注漿管關(guān)注水泥砂漿→密實(shí)度無(wú)損檢測(cè)。

為保證機(jī)械漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿的施工質(zhì)量，在錨桿施加預(yù)應(yīng)力前扭力扳手經(jīng)過(guò)率定校核無(wú)誤后方用于錨桿張拉施工。錨桿施工完成后，進(jìn)行鋼筋網(wǎng)制安。

③序施工：

待②序開(kāi)挖支護(hù)施工完成后，開(kāi)始進(jìn)行③序降底板高程開(kāi)挖施工，將中導(dǎo)洞開(kāi)挖成型的地板高程開(kāi)挖下降3.15m。完后進(jìn)行兩側(cè)④⑤序施工。

④⑤序施工：

待③序施工完成后，從上游側(cè)端墻向下游側(cè)進(jìn)行頂拱④⑤序開(kāi)挖施工；施工中為避免超挖，在頂拱上游側(cè)端墻終點(diǎn)處先向左右兩側(cè)打預(yù)裂孔，孔距為80cm，其孔內(nèi)不裝藥，后進(jìn)行第一茬開(kāi)挖爆破施工，完后利用自制平臺(tái)配合手風(fēng)鉆造孔，完后按照?qǐng)D5的爆破網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行周邊光面爆破。

開(kāi)挖完成后立即進(jìn)行頂拱錨桿、鋼筋掛網(wǎng)支護(hù)施工。由于④⑤序開(kāi)挖完后，錨桿支護(hù)工程量較大，為提高工作效率，錨桿施工采用三臂鉆造孔。在完成錨桿及鋼筋掛網(wǎng)后，立即采用濕噴臺(tái)車(chē)進(jìn)行上半層頂拱混凝土噴射施工。在④⑤序開(kāi)挖過(guò)程中，上下游端墻開(kāi)挖均預(yù)先垂直預(yù)裂孔后進(jìn)行光面爆破開(kāi)挖。開(kāi)挖爆破設(shè)計(jì)見(jiàn)圖5。

4、5序典型斷面鉆爆參數(shù)表

圖5 調(diào)壓室頂拱④⑤序鉆爆設(shè)計(jì)圖

⑥序施工：

待④⑤序開(kāi)挖支護(hù)全部完成后，利用自制鉆爆平臺(tái)配合手風(fēng)鉆造孔，先進(jìn)行頂拱開(kāi)挖周邊預(yù)裂爆破，預(yù)裂孔間距為60cm，然后進(jìn)行全斷面光面爆破開(kāi)挖施工。開(kāi)挖完成后利用自制平臺(tái)完成剩余錨桿支護(hù)，安裝鋼筋網(wǎng)，濕噴臺(tái)車(chē)噴射混凝土。

4 增加隨機(jī)支護(hù)

在調(diào)壓室頂拱開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程中除適時(shí)按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行系統(tǒng)支護(hù)外，遇到一些地質(zhì)條件較差洞段和部位，監(jiān)理工程師及時(shí)組織施工、設(shè)計(jì)和業(yè)主單位進(jìn)行協(xié)商，相應(yīng)增加了一些隨機(jī)支護(hù)。如，3#、4#調(diào)壓室頂拱多處揭露出溶洞和巖溶裂隙，為保證頂拱圍巖穩(wěn)定，在發(fā)育溶洞和巖溶裂隙部位增加布置了φ28、@0.75m的鋼筋肋拱，并對(duì)原系統(tǒng)機(jī)械漲殼式中空注漿錨桿進(jìn)行排間加密；對(duì)頂拱存在緩傾結(jié)構(gòu)面和存在局部不穩(wěn)定楔形體的地段，在原布置φ8@15cm*15cm鋼筋網(wǎng)的基礎(chǔ)上新增φ16@150cm*150cm與鋼筋網(wǎng)、系統(tǒng)錨桿焊接的龍骨鋼筋進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)制；對(duì)上游側(cè)高邊墻存在地質(zhì)缺陷地段在原系統(tǒng)錨桿支護(hù)基礎(chǔ)上排間加密支護(hù)，特別是4#調(diào)壓室頂拱，在f7斷層通過(guò)段在系統(tǒng)加強(qiáng)支護(hù)基礎(chǔ)上又增加布置了2排L=15m，T=1500kN、@4.0m*4.0m的壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索；由于調(diào)壓室頂拱只進(jìn)行錨噴支護(hù)，混凝土噴護(hù)厚度為15cm，為調(diào)壓室頂拱圍巖的穩(wěn)定，在原C25混凝土噴護(hù)基礎(chǔ)上，又增加了10cm的CF30聚丙烯納米鋼纖維噴護(hù)，其總噴護(hù)厚度為25cm。通過(guò)增加隨機(jī)支護(hù)，確保了洞室圍巖的穩(wěn)定。

5 開(kāi)挖質(zhì)量驗(yàn)收

2#、3#調(diào)壓室頂拱開(kāi)挖完成后，監(jiān)理工程師分別進(jìn)行了檢查和測(cè)量，經(jīng)監(jiān)理工程師檢查統(tǒng)計(jì)，頂拱開(kāi)挖面成型良好，開(kāi)挖炮孔殘留率2#調(diào)壓室頂拱達(dá)95%以上、3#調(diào)壓室頂拱達(dá)90%以上，平均超挖值小于5cm，無(wú)欠挖。在跨度如此之大、且以Ⅲ類(lèi)圍巖為主的圍巖地段進(jìn)行開(kāi)挖施工能達(dá)到如此的效果，令監(jiān)理工程師和業(yè)主滿(mǎn)意。其頂拱開(kāi)挖質(zhì)量和效果見(jiàn)圖6、圖7。

圖6 2#調(diào)壓室頂拱開(kāi)挖照片

圖7 3#調(diào)壓室頂拱開(kāi)挖照片

6 調(diào)壓室頂拱圍巖變形情況

在調(diào)壓室頂拱開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程中按設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)指定位置埋設(shè)了安全監(jiān)測(cè)儀器。安全監(jiān)測(cè)儀器數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 調(diào)壓室頂拱安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

從表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，2#、3#調(diào)壓室頂拱開(kāi)挖支護(hù)完成后圍巖變形量較小、變形值滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。目前，2#、3#調(diào)壓室頂頂拱圍巖變形已趨于穩(wěn)定。

7 監(jiān)理質(zhì)量控制

監(jiān)理工程師通過(guò)采取事前控制、過(guò)程控制和檢查驗(yàn)收等方法對(duì)調(diào)壓室頂拱開(kāi)挖支護(hù)施工進(jìn)行全過(guò)程的質(zhì)量控制。

事前控制主要是施工前對(duì)施工單位的施工方案和措施進(jìn)行審查，重點(diǎn)審查其施工措施、施工工藝、質(zhì)量保證措施、安全保障措施、施工資源投入（含施工人員和施工設(shè)備的投入）和工期計(jì)劃等。

開(kāi)工前，監(jiān)理工程師主要檢查施工單位施工措施的落實(shí)情況。對(duì)噴錨支護(hù)所需的原材料質(zhì)量進(jìn)行有效的質(zhì)量控制（對(duì)支護(hù)所需主要材料如鋼筋、水泥、砂等材料進(jìn)行檢查）。施工過(guò)程中，監(jiān)理工程師通過(guò)采取巡視、旁站等方法對(duì)施工質(zhì)量等進(jìn)行過(guò)程控制，其中重點(diǎn)對(duì)炮孔單孔裝藥量和總裝藥量進(jìn)行控制（避免因單孔裝藥量和總裝藥量過(guò)大在爆破時(shí)對(duì)圍巖產(chǎn)生過(guò)大的擾動(dòng)）、開(kāi)挖斷面尺寸和平整度檢查、錨桿施工質(zhì)量控制（對(duì)錨桿注漿施工進(jìn)行旁站監(jiān)理）和噴混凝土質(zhì)量控制等。

單元工程施工完成后，監(jiān)理工程師及時(shí)組織驗(yàn)收，并進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。

通過(guò)采取以上措施和手段對(duì)工程施工質(zhì)量進(jìn)行全過(guò)程控制，取得了良好的效果。

8 結(jié)語(yǔ)

目前，錦屏二級(jí)水電站廠區(qū)樞紐工程調(diào)壓室頂拱開(kāi)挖支護(hù)施工已全部完成，根據(jù)調(diào)壓室頂拱安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，頂拱圍巖變形量較小、滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，目前圍巖變形均已趨于穩(wěn)定。對(duì)開(kāi)挖跨度如此之大（最大跨度達(dá)30m）的無(wú)襯砌地下洞室，采用分層、分序、預(yù)裂與光面爆破開(kāi)挖和噴錨支護(hù)等相結(jié)合的施工方法是有效和成功的。給大跨度地下洞室開(kāi)挖支護(hù)設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理等均提供了成功的范例，對(duì)大跨度地下洞室開(kāi)挖支護(hù)設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理均有一定的參考價(jià)值。

[1]王勝.錦屏一級(jí)水電站左岸抗力體地質(zhì)缺陷及加固處理技術(shù)研究[D].成都理工大學(xué)，2010.

[2]夏仲存.大朝山水電站長(zhǎng)尾水隧洞施工簡(jiǎn)介[J].云南水力發(fā)電，2002（04）.

[3]臧學(xué)義，周旭東.小灣水電站導(dǎo)流隧洞F7斷層段施工技術(shù)總結(jié)[J].水力發(fā)電，2004（10）.