水電站引水隧洞施工技術(shù)

姚宇

摘要：某水電站引水隧洞線路長、地質(zhì)條件差，施工過程中面臨的涌水、巖爆、通風(fēng)困難等問題，本文對該工程中的這些問題所采取的施工技術(shù)進(jìn)行分析，望對類似引水隧道工程有所幫助。

關(guān)鍵詞：水電站；引水隧洞；施工技術(shù)

一、工程概況

某二級水電站總裝機(jī)容量4800MW，單機(jī)容量600MW。水電站利用雅礱江下游河段150km長大河彎的天然落差，通過長約16.67km的引水隧洞，截彎取直，獲得水頭約310m。工程樞紐主要由首部攔河閘、引水系統(tǒng)、尾部地下廠房三大部分組成，為一低閘、長隧洞、大容量引水式電站。四條引水隧洞穿過錦屏山連接閘壩與廠區(qū)樞紐。水電站引水系統(tǒng)采用4洞8機(jī)布置形式，從進(jìn)水口至上游調(diào)壓室的平均洞線長度約為16.67km，中心距60m，洞主軸線方位角為N58°W。引水隧洞立面為緩坡布置，底坡3.65‰，由進(jìn)口底板高程1618.00m降至高程1564.70m與上游調(diào)壓室相接。引水隧洞洞群沿線上覆巖體一般埋深1500～2000m，最大埋深約為2525m，具有埋深大、洞線長、洞徑大的特點(diǎn)，為世界上規(guī)模最大的水工隧洞工程。本單位承建的C5標(biāo)段主體工程項(xiàng)目為東端3#、4#引水隧洞施工。3#引水隧洞里程為引（3）2+500～16+633.380，長14133m；4#引水隧洞里程為引（4）4+700～16+618.175，長11918m；3#引水隧洞主要采用直徑12.4m的TBM施工，4#引水隧洞主要采用鉆爆法施工，斷面形式為直徑13m的類圓形斷面。

二、施工難點(diǎn)

（一）不良地質(zhì)

引水隧洞埋深大，隧洞沿線巖石強(qiáng)度相對較低，高地應(yīng)力造成的巖爆、大變形問題突出；地下水具有壓力大、穩(wěn)定流量大、隨機(jī)性強(qiáng)等特點(diǎn)，是引水隧洞施工的關(guān)鍵技術(shù)問題。引水隧洞無論采用鉆爆法施工還是掘進(jìn)機(jī)（TBM）施工，高地應(yīng)力和地下水問題將是制約施工進(jìn)度的關(guān)鍵因素。除地下水和高地應(yīng)力問題對施工工期和施工安全的影響外，大斷面隧洞開挖、富水洞段混凝土襯砌等也是需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。

（二）隧洞較長、獨(dú)頭掘進(jìn)深，施工通風(fēng)排煙較困難

本標(biāo)段引水隧洞長著為5050m，獨(dú)頭掘進(jìn)最深達(dá)1858米。由于隧洞長度較長，通風(fēng)排煙困難，保證掌子面及隧洞內(nèi)的空氣新鮮、能見度高，是洞內(nèi)施工的有力保障，是加快施工進(jìn)度的先決條件，是施工難點(diǎn)之一。

三、水電站引水隧洞施工技術(shù)

（一）支護(hù)

隧洞每次循環(huán)開挖完成后，進(jìn)行一次支護(hù)，根據(jù)圍巖類別、地質(zhì)條件而確定支護(hù)形式，I類圍巖采用系統(tǒng)錨桿局部增設(shè)隨機(jī)長錨桿和噴護(hù)混凝土；Ⅳ類圍巖采用掛網(wǎng)及鋼格柵拱架支護(hù)，鋼格柵間距一般

為80cm，當(dāng)遇巖石破碎構(gòu)造發(fā)育地質(zhì)條件差的部位間距為50cm。鋼格柵在加工廠制作，隧洞內(nèi)緊貼巖面安裝焊接而成，鋼格柵主筋選用Ф22mm，間距為20cm，副筋為Ф12mm。利用副筋連接主筋，鋼格柵連接處則選用厚度5mm的鋼板，并預(yù)留固定孔，鋼拱架兩端用焊接形式連接，把兩端半圓鋼格柵固定焊接，鋼格柵與鋼拱架間用少量的鋼筋焊接而進(jìn)行連接固定，連接后形成圓形鋼拱骨架。

鋼拱架形成后進(jìn)行掛網(wǎng)，選用8mm的鋼筋，間距20cm的方格網(wǎng)，然后噴混凝土，噴護(hù)厚度20cm，混凝土內(nèi)摻入速凝劑和早強(qiáng)劑，噴護(hù)采用二次補(bǔ)噴的方法，一次噴5～6cm，待凝后第2次噴護(hù)達(dá)到厚度要求，使噴混凝土與鋼拱架鋼筋網(wǎng)能夠很好結(jié)合，并使噴混凝土厚度均勻，能夠有效形成應(yīng)力承載圈，并把巖體本身作為承受應(yīng)力荷載的結(jié)構(gòu)體，加強(qiáng)圍巖整體的力學(xué)強(qiáng)度，充分發(fā)揮巖體的承載作用，承擔(dān)由于開挖后的巖體應(yīng)力和山巖壓力等荷載。

徑向錨桿作用是把相鄰塊狀巖體串聯(lián)在一起，承擔(dān)徑向荷載，減少鋼格柵荷載的不均勻受力，阻止不穩(wěn)定巖體的滑動，促使圍巖裂隙面擠壓緊密，形成承擔(dān)荷載的整體的承載圈。底拱120。以上設(shè)置徑向錨桿，間距3m，錨桿直徑采用25mm-35mm的螺紋鋼，錨桿采用錨固劑進(jìn)行錨固，齡期達(dá)到7d后進(jìn)行拉拔試驗(yàn)檢查，要求每根錨桿不小于80kN的拉力，經(jīng)試驗(yàn)全部滿足要求，使每根錨桿周圍形成穩(wěn)定的拱圈。

（二）巖爆防治

1、根據(jù)圍巖情況設(shè)計(jì)爆破參數(shù)和鉆爆圖，經(jīng)監(jiān)理工程師同意，先進(jìn)行光面爆破試驗(yàn)，從而選擇合理的爆破參數(shù)，以確定鉆孔和爆破符合規(guī)定要求。在隧洞開挖過程中，將根據(jù)圍巖條件的變化隨時調(diào)整鉆孔和爆破方式，并將修正后的參數(shù)報監(jiān)理工程師審批，使爆破達(dá)到一個好的效果。為減少超欠挖和對圍巖的擾動，類圍巖采用光面工爆破，Ⅴ類圍巖采用預(yù)裂爆破的方式作業(yè)。

2、鉆空前必須測出開挖斷面的中線、水平和輪廓線，并根據(jù)爆破圖標(biāo)出炮眼位置。鉆孔時嚴(yán)格控制周邊孔的角度和方向，其誤差不大于5cm，底腳眼不超出開挖端面輪廓線8cm。

3、裝藥：爆破采用2號巖石硝銨炸藥，周邊眼采用φ25mm藥卷，其余采用φ32mm藥卷。裝藥前先將炮眼內(nèi)的泥漿、石粉用高壓風(fēng)吹洗干凈，所有炮眼均用炮泥堵塞，堵塞長度遵守規(guī)范要求。

光面爆破和預(yù)裂爆破效果應(yīng)達(dá)到以下要求：（1）殘留炮孔痕跡應(yīng)在開挖輪廓面上均勻分布；（2）炮孔痕跡保存率：完整巖石在80%以上，較完整和完整性差的巖石不少于50%，較破碎和破碎巖石不少于20%；（3）鄰兩孔間巖面平整，孔壁不應(yīng)有明顯的爆震裂隙；（4）相鄰兩茬炮之間的臺階或預(yù)裂爆破孔的最大外斜值，不應(yīng)大于15cm；（5）預(yù)裂爆破后，必須形成貫穿連續(xù)性的裂縫。

（三）地下水處理

根據(jù)工程地質(zhì)、巖溶水文地質(zhì)條件及長探洞和輔助澗開挖、堵水的施工經(jīng)驗(yàn)，以及對地下水處理認(rèn)識的進(jìn)一步加深，確定引水隧洞施工中地下水處理采用“先探后掘、以堵為主、堵排結(jié)合”的設(shè)計(jì)原則。由于各工作面地下水出水相互聯(lián)系。處理時機(jī)上強(qiáng)調(diào)“擇機(jī)封堵”。

對于不同類型的地下水處理思路不同。對于滲滴水和線狀滲水，因其量少、壓力低，可在隧洞開挖過后再進(jìn)行注漿處理，以不影響隧洞掘進(jìn)進(jìn)度。對于高壓集中大涌水點(diǎn)的處理主要圍繞“探、排、控、堵”4個過程進(jìn)行：（1）“探”，是指采用超前預(yù)報等手段預(yù)先探明隧洞前方的地質(zhì)條件。（2）“排”.將大涌水從主要工作區(qū)或交通要道引開，排入專用的排水通道。（3）“控”，采取工程措施控制大涌水。（4）“堵”，當(dāng)工程上不需要繼續(xù)排水減壓或有其他要求時.可對大涌水進(jìn)行封堵從而徹底解決大涌水問題。

（四）通風(fēng)技術(shù)

隧洞施工中，由于開挖爆破炸藥的分解不完全和內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時排放的大量有害氣體，必須及時通風(fēng)凈化空氣。同時，隧洞施工的作業(yè)人員需要不斷補(bǔ)充新鮮空氣，規(guī)范規(guī)定每人每分鐘應(yīng)擁有3m3/min新鮮空氣。目前國內(nèi)隧洞施工中的通風(fēng)問題通常采用通風(fēng)機(jī)械與風(fēng)管壓入的方法解決。當(dāng)壓人式通風(fēng)難以滿足要求時，根據(jù)國內(nèi)外的施工經(jīng)驗(yàn)，一般都采用壓入式和吸出式兩套風(fēng)管混合通風(fēng)。如我國目前單向掘進(jìn)長度最長（5238m）的盤道嶺隧洞，通風(fēng)方式采用88—1型2×55kW軸流式通風(fēng)機(jī)，風(fēng)量為1OOm3/min，爆破后吸出污濁氣體出碴時壓入新鮮空氣的交替變換通風(fēng)方式；又如單向掘進(jìn)長度為3666m的魯布革引水隧洞，采用DF—lOOJW37型可逆式軸流風(fēng)機(jī)，

風(fēng)量為1OOm3/min，爆破后逆向轉(zhuǎn)動吸出污濁氣體，其他時間則向洞內(nèi)壓人新鮮空氣，在開挖面另加一臺PF一60SW15型軸流風(fēng)機(jī)，保證工作面通風(fēng)良好。

本引水隧洞施工采用混合式通風(fēng)。在隧洞進(jìn)出口分別選用BI（J66—1）型礦井軸流通風(fēng)機(jī)，吸風(fēng)量為167m3/min。為保證掘進(jìn)工作面作業(yè)人員平均擁有的新鮮空氣不小于3.0m3/min，在兩個工作面各配置一臺I（J66—1）型礦井軸流風(fēng)機(jī)向掌子面送風(fēng)。

參考文獻(xiàn)：

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