偏壓淺埋大斷面導(dǎo)流洞漸變段開挖支護(hù)施工技術(shù)

張敏 雷丹

（中國水利水電第十四工程局有限公司烏東德項目經(jīng)理部 云南 昆明 651512）

1 工程說明

1.1 工程概況

烏東德水電站擋水建筑物為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程988m，最大壩高270m，電站廠房布置于左右兩岸山體中，均靠河床側(cè)布置，各安裝6臺單機(jī)容量為850MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量10200MW，多年平均發(fā)電量401.1億kW·h，正常蓄水位975m，相應(yīng)庫容58.63億m3。水電站施工導(dǎo)流采用河床一次攔斷全年圍堰、隧洞導(dǎo)流的方式，共布置5條導(dǎo)流隧洞，其中左岸布置2條，右岸布置3條，5條導(dǎo)流隧洞總長8091.5m。其中，左岸靠地下電站山里側(cè)布置2條導(dǎo)流隧洞，右岸靠地下電站山里側(cè)布置3條導(dǎo)流隧洞。

電站右岸導(dǎo)流洞按“兩低一高”平行布置，其中3#、4#導(dǎo)流洞為低洞布置，5#導(dǎo)流洞為高洞布置，4#導(dǎo)流洞全長1604.5m，進(jìn)口底板高程為812m，洞內(nèi)最大底坡為0.937%，洞身設(shè)計斷面為城門洞型，Ⅳ類圍巖開挖斷面為19.90m×27.20m（寬×高），導(dǎo)流洞進(jìn)水口采用岸塔式設(shè)計，塔頂高程846m。導(dǎo)流洞K0+000～K0+050段為進(jìn)口漸變段，其中K0+000～K0+020為漸變段最大開挖斷面（27.90m×30.30m），K0+050段為漸變段最小開挖斷面（22.90m×30.30m），K0+020～ K0+050段開挖高度為30.3m，開挖寬度從27.9m漸變?yōu)?2.9m，漸變段開挖支護(hù)完成后后期底板襯砌混凝土厚度3.1m，邊頂拱襯砌混凝土厚度3.0m。

1.2 施工難點分析

4#導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段地質(zhì)情況復(fù)雜，巖石松散破碎，自穩(wěn)能力差。其巖體為因民組第一段（Pt2y1）灰～褐灰色薄層、極薄層大理巖化白云巖，地層走向30°～60°，傾向 120°～150°，傾角 45°～60°，多呈弱風(fēng)化狀，局部風(fēng)化加劇，巖體質(zhì)量主要為Ⅳ2級，并且從地層走向與邊坡開挖面走向分析，其洞臉邊坡結(jié)構(gòu)為橫向坡，更加大了開挖施工難度。

導(dǎo)流洞漸變段左側(cè)隔墩邊坡巖體較薄，并且受偏壓力影響，施工過程中隨時可能出現(xiàn)坍塌現(xiàn)場。漸變段左側(cè)覆蓋巖體水平最薄處厚度僅為13.77m，頂部最薄處僅為14.8m，受其頂部高邊坡及斷層影響，其隧洞地質(zhì)條件較差、隧洞偏壓明顯，受力條件復(fù)雜。

該導(dǎo)流洞漸變段所面臨的是Ⅳ2類圍巖、開挖斷面及跨度大（27.90m×30.30m）、埋深淺，受上邊坡偏壓力影響，并且經(jīng)云南省科學(xué)技術(shù)情報研究院查新報告顯示，目前公開的國內(nèi)文獻(xiàn)中，尚未見與該參數(shù)相類似工程的施工方法報道，因此其開挖支護(hù)施工方法選擇是一項重大的難題。

2 工程主要程序及方法

2.1 開挖支護(hù)程序

4#導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段主要開挖支護(hù)程序為：中導(dǎo)洞開挖（洞口懸挑錨筋樁施工）——左側(cè)隔墩邊坡剛性加固處理——Ⅰ層擴(kuò)挖施工（洞頂EL844高程以上邊坡錨索施工）——左側(cè)拱對穿錨筋樁施工（左側(cè)隔墩邊坡錨索造孔下索、Ⅰ層邊墻向下超前固結(jié)灌漿）——Ⅱ?qū)又胁坶_挖（左側(cè)隔墩邊坡護(hù)坡混凝土開始澆筑）——左側(cè)保護(hù)層開挖支護(hù)——與左側(cè)隔墩邊坡對穿錨索張拉完成——右側(cè)保護(hù)層開挖支護(hù)——以下各層按Ⅱ?qū)禹樞蚍直娱_挖完成。

前期為了改善洞內(nèi)通風(fēng)條件，Ⅰ層已經(jīng)開挖貫通8m×7m中導(dǎo)洞，為了減少漸變段與邊坡明挖區(qū)的施工干擾，漸變段Ⅰ層采用從洞內(nèi)向洞外進(jìn)行開挖支護(hù)施工，開挖施工完成后及時進(jìn)行左側(cè)拱增加的對穿錨筋樁及隔墩邊坡對穿錨索施工。

當(dāng)隔墩邊坡增加鋼支撐支護(hù)全部施工完成，上部至少三排錨索鉆孔施工并下索完成后可進(jìn)行漸變段Ⅱ?qū)娱_挖施工，同時應(yīng)加快隔墩邊坡EL844高程以上邊坡錨索施工及隔墩邊坡的混凝土護(hù)坡施工，漸變段Ⅱ?qū)娱_挖完成后隔墩邊坡的護(hù)坡混凝土澆筑至EL826高程。澆筑護(hù)坡混凝土?xí)r錨索位置需預(yù)留錨墩坑，并埋設(shè)鋼墊板，待后期張拉完成后采用混凝土封平。

Ⅱ?qū)蛹耙韵赂鲗娱_挖均采用從洞內(nèi)向洞外進(jìn)行，下挖時必須保證隔墩邊坡上對應(yīng)對穿錨索已經(jīng)鉆孔及下索完成，待各層開挖支護(hù)完成后及時對出露的錨索進(jìn)行張拉施工。同時隔墩邊坡部位護(hù)坡混凝土及EL844高程以上邊坡錨索施工應(yīng)加快施工進(jìn)度，為漸變段后續(xù)下挖后邊坡穩(wěn)定做鋪墊。

2.2 主要采取支護(hù)措施

2.2.1 隔墩邊坡加固措施

右岸4#導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段左側(cè)隔墩邊坡巖石松散破碎，并且覆蓋巖石較薄，為了保證4#導(dǎo)流洞漸變段開挖過程中隔墩邊坡穩(wěn)定，對開挖完成隔墩邊坡增加剛性加固處理，在EL.811m～844m高程增加I20b鋼支撐緊貼邊坡上，鋼支撐縱向采用Φ36鋼筋進(jìn)行連接，鋼支撐及連接鋼筋間距50cm，鋼支撐與系統(tǒng)錨桿焊接加固完成后采用噴20cm厚C25鋼纖維混凝土進(jìn)行封閉，增強(qiáng)邊坡的剛度，從而為后期錨索張拉時邊坡整體受力打下基礎(chǔ)。

由于隔墩邊坡較薄，巖石自穩(wěn)能力差，遇水軟化快等特點，邊坡及漸變段施工時均在巖石面采用鋼支撐進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，這猶如給軟弱的隔墩穿上一層盔甲，為了保證兩層鋼性支護(hù)之間的巖體長期穩(wěn)定，增加對穿錨索是首要選擇。因此在隔墩邊坡EL.815m～839m高程范圍增加與4#導(dǎo)流洞漸變段之間的1500kN對穿無粘結(jié)錨索支護(hù)，錨索間距3m×3m，同時為便于對隔墩邊坡及時進(jìn)行錨固，對穿錨索在4#導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段開挖前從邊坡側(cè)向?qū)Я鞫磧?nèi)進(jìn)行造孔，造孔深度超出4#導(dǎo)流洞左邊墻結(jié)構(gòu)線1m，造孔完成后在孔內(nèi)安裝φ140PVC管，待漸變段開挖時錨墩位置出露后及時進(jìn)行錨索后續(xù)工序的施工。

4#導(dǎo)流洞漸變段Ⅰ層開挖完成后，其左側(cè)拱距EL844m高程馬道厚度僅為9m左右，為了防止下層開挖時左側(cè)拱受上部偏壓坍塌，在844m高程馬道與左側(cè)拱之間布置3排3Φ32對穿錨筋樁，間距2m。

2.2.2 減小上部偏壓力采取加固措施

由于隔墩邊坡與4#導(dǎo)流洞漸變段之間的巖壁較薄，加之漸變段下挖過程中，隔墩邊坡所受上部山體偏壓力將逐漸增大，為了減小該偏壓力對隔墩邊坡破壞，在4#導(dǎo)流洞頂部邊坡EL.844m～900m高程布置25m～50m不等的1000kN預(yù)應(yīng)力無粘結(jié)錨索。

2.2.3 導(dǎo)流洞漸變段加固措施

小組討論和小組互動學(xué)習(xí)是合作學(xué)習(xí)的基本特點，在課堂教學(xué)中，是在現(xiàn)有的物理課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，融和多媒體圖文圖像工具和傳統(tǒng)教學(xué)方式，創(chuàng)新新式教學(xué)方法的體現(xiàn).合作學(xué)習(xí)階段，借助意見反饋效果和實際疑難知識點掌握，實現(xiàn)學(xué)生溝通、鼓勵、協(xié)調(diào)等發(fā)展格局.

導(dǎo)流洞漸變段在原設(shè)計系統(tǒng)錨桿及噴混凝土支護(hù)基礎(chǔ)上，首先增加Ⅰ20b間距75cm型鋼進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，同時頂拱開挖過程中增加Φ28，L=6m，間距40cm，排拒3m超前錨桿進(jìn)行超前支護(hù)。漸變段下挖過程中為了保證邊墻成型效果及增加自穩(wěn)能力，在Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ層開挖完成后分別在兩側(cè)邊墻增加Φ56，L=6m，α=20°向下超前無蓋重固結(jié)灌漿，灌漿完成后孔內(nèi)安裝Φ32，L=6m超前錨桿。

為了保證洞臉部位開挖質(zhì)量，在4#導(dǎo)流洞洞臉上方EL.854m高程馬道上布置3排3Φ28懸吊錨筋樁，錨筋樁間距為2m，排拒為1m。并且由于EL.854m馬道距離導(dǎo)流洞洞口高程較小，加之巖石破碎，為了使馬道巖石受力均勻，EL.854m馬道懸吊筋樁施工時外露40cm，并在末端設(shè)50cm彎鉤，錨筋樁施工完成后，在該段落馬道上澆筑長29m×厚0.6m×寬2.7m的C25鋼筋混凝土地梁進(jìn)行加固。

2.3 主要開挖支護(hù)施工方法

2.3.1 漸變段主要開挖方法

4#導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段分7層采用從洞內(nèi)向洞外方式進(jìn)行開挖支護(hù)施工，其中第Ⅰ層9m，Ⅱ?qū)?.5m，Ⅲ～Ⅵ層開挖高度3m，Ⅶ層開挖高度4.8m。Ⅰ層采用全斷面擴(kuò)挖的施工方法，Ⅱ～Ⅶ層采用中間拉12.5m槽兩邊預(yù)留7.7m保護(hù)層開挖方法，兩側(cè)保護(hù)層采用先左后右的順序進(jìn)行開挖支護(hù)施工。開挖采用鉆架臺車配合人工YT28手風(fēng)鉆造孔，裝2#巖石乳化炸藥，非電毫秒雷管引爆，電雷管起爆，周邊孔采用光爆形式，開挖循環(huán)進(jìn)尺按1.5m～2.0m控制。由于漸變段巖石破碎，為了減少爆破對隔墩的擾動，局部特別破碎段保護(hù)層采用無爆破開挖方法，施工時主要采用挖機(jī)直接開挖及破碎錘開挖的方法。出渣采用1.6m3反鏟裝20t自卸汽車運至渣場。

2.3.2 漸變段洞身主要支護(hù)施工方法

導(dǎo)流洞漸變段系統(tǒng)支護(hù)主要有系統(tǒng)錨桿及噴混凝土，以及增加超前錨桿、鋼支撐、懸吊錨筋樁等，超前錨桿采用人工YT28手風(fēng)鉆造孔人工安插后注漿，鋼支撐采用廠內(nèi)加工完成后運至施工現(xiàn)場，人工拼接安裝，安裝時每個節(jié)點采用4根Φ22，L=3m錨桿固定，與系統(tǒng)錨桿相鄰的部位可采用直角拐子筋與系統(tǒng)錨桿焊接牢固；懸吊錨筋樁采用100B潛孔鉆機(jī)造孔，現(xiàn)場人工焊接制作完成并安裝后注漿；系統(tǒng)錨桿采用三臂鑿巖臺車造孔，平臺車配合人工注裝；噴混凝土采用8m3混凝土攪拌車運至施工現(xiàn)場，Meyco噴車現(xiàn)場施噴。

2.3.3 隔墩邊坡支護(hù)施工方法

隔墩邊坡EL844m高程以上端頭錨索采用搭設(shè)滿堂腳手架進(jìn)行施工，施工時采用YG-80型錨索鉆機(jī)造孔后人工下索張拉。隔墩邊坡EL844m～812m高程與導(dǎo)流洞對穿錨索利用邊坡支護(hù)排架采用YG-80型錨索鉆機(jī)進(jìn)行造孔，造孔完成后及時下索，下索完成后拆除排架，后期采用25t吊車配合人工對鋼錨墩進(jìn)行安裝及錨索張拉。

4#導(dǎo)流洞漸變段左側(cè)拱與EL844馬道間增加3排3Φ32對穿錨筋樁，間距2m。由于該部位與原洞臉邊坡施工錨索存在交叉，因此在保證鉆孔時不破壞洞臉部位錨索前提下加快施工進(jìn)度是關(guān)鍵。該部位錨筋樁鉆孔前首先對原錨索設(shè)計角度進(jìn)行詳細(xì)分析，其次對錨索原造孔人員在實際造孔時存在偏差進(jìn)行了解，綜合考慮后確定錨索最終走向，最后確定錨筋樁的造孔角度。為了保證孔位精度，造孔前采用搭設(shè)樣架的方法，并對每個孔的孔位及孔斜進(jìn)行嚴(yán)格控制，錨筋樁造孔采用100B潛孔鉆機(jī)，人工現(xiàn)場焊接加工錨筋樁，造孔結(jié)束后采用人工及時進(jìn)行安裝后注漿封閉，導(dǎo)流洞內(nèi)錨筋樁與鋼拱架之間需焊接牢固，馬道上外露50cm埋入后期澆筑的馬道底板混凝土內(nèi)，保證了該部位的長久穩(wěn)定。

3 結(jié)語

4#導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段具有開挖斷面大，巖石松散破碎、自穩(wěn)能差、遇水軟化快等特點，并且?guī)r墩較薄，受上部偏壓力較大等因素影響，施工難度較大，業(yè)主及監(jiān)理十分重視該部位的施工并對整個過程進(jìn)行全程監(jiān)控。在項目部的精心組織、合理安排下，順利完成該漸變段的開挖支護(hù)施工，施工過程中根據(jù)洞內(nèi)洞外的臨時及永久監(jiān)測情況分析，邊坡及導(dǎo)流洞未出現(xiàn)較大變形，而且開挖結(jié)構(gòu)面成型良好，開挖結(jié)束后，開挖質(zhì)量及方法取得業(yè)主、設(shè)計和監(jiān)理一致好評，為以后在復(fù)雜地質(zhì)條件下偏壓淺埋大斷面導(dǎo)流洞漸變段開挖支護(hù)施工積累了新的施工經(jīng)驗。陜西水利

[1]水工建筑物地下開挖工程施工技術(shù)規(guī)范(SL 378-2007)[S].