大斷面導(dǎo)流洞快速施工技術(shù)研究

李逢英

摘要：兩河口水電站導(dǎo)流洞開挖施工地理環(huán)境復(fù)雜、斷面大、工作面多，施工干擾大，施工組織難度大。通過對開挖施工技術(shù)的研究，尤其是爆破計算、試驗，確定采用分層開挖施工技術(shù)方案。經(jīng)實踐，該施工技術(shù)方案保證了特大斷面洞室開挖進度、安全及質(zhì)量的要求，為滿足進度工期要求奠定了堅實基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)流洞；分層開挖；

1項目工程概況

兩河口水電站工程位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上，為雅礱江中、下游梯級電站的"龍頭水庫"，壩址位于鮮水河河口以下約1.8km河段上，控制流域面積約65599km2，壩址處多年平均流量670m3/s，水庫正常蓄水位2865.0m，相應(yīng)庫容101.54億m3，死水位2785.00m，相應(yīng)庫容35.94億m3，水庫具有多年調(diào)節(jié)能力。

樞紐建筑物由礫石土心墻堆石壩、溢洪道、泄洪洞、放空洞、地下廠房等建筑物組成。堆石壩最大壩高295.00m，電站裝機容量3000MW，多年平均發(fā)電量110.75億kW.h。樞紐為一等大（1）型工程，永久性主要建筑物級別為Ⅰ級，永久性次要建筑物級別為3級。

大壩施工采用全年圍堰擋水，隧洞過流的導(dǎo)流方式，布置兩條初期導(dǎo)流洞，即1#、2#導(dǎo)流洞，均布置于雅礱江右岸，平面上呈雙彎道，尾部直段與尾水洞結(jié)合。初期導(dǎo)流洞開挖斷面（13.4～15.3）m×（15.3～18.15）m，洞身采用全斷面鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度0.6～1.5m，洞身斷面凈尺寸為12×14m（寬×高），與尾水洞結(jié)合段洞身斷面凈尺寸為12×15m（寬×高），為特大型過水隧洞。

2.導(dǎo)流洞多個開挖工作面同時施工技術(shù)研究

兩河口水電站導(dǎo)流洞開挖施工地理環(huán)境復(fù)雜、斷面大、工作面多，施工干擾大，施工組織難度大。通過對開挖施工技術(shù)的研究，尤其是爆破計算、試驗，確定采用分層開挖施工技術(shù)方案。經(jīng)實踐，該施工技術(shù)方案保證了特大斷面洞室開挖進度、安全及質(zhì)量的要求，為滿足進度工期要求奠定了堅實基礎(chǔ)。

2.1導(dǎo)流洞工程概況

兩河口水電站在雅礱江右岸布置了2條導(dǎo)流洞，分別為1號和2號導(dǎo)流洞，平面上呈雙彎道布置，洞身斷面為城門洞形，洞身襯砌后頂拱半徑7.5m，拱肩夾角為106°15′36.7″，斷面尺寸為12m×14m～12m×15m。1#導(dǎo)流洞長約1724.653m，2#導(dǎo)流洞長約1983.428m，導(dǎo)流洞開挖斷面（寬×高）為（13.4～15.3）m×（15.3～18.15）m，最大開挖斷面高度18.15m，最大斷面開挖斷面積為259m2。"1-2號導(dǎo)流洞數(shù)據(jù)"見表2.3-1。

表2.1-1 兩河口右岸初期導(dǎo)流洞數(shù)據(jù)

編號

斷面

形式

進口高程

（m）

出口高程

（m）

洞身長度

（m）

洞身坡

（%）

尺寸

（m×m）

閘孔

（m×m）

1號

城門型

2600.0

2584.0

1724.653

1.34%

12×14

～12×15

1-12×15

2號

城門型

2600.0

2584.0

1983.428

1.31%

12×14

～12×15

1-12×15

2.1.2施工通風(fēng)排煙

一、第一階段導(dǎo)流洞開挖通風(fēng)排煙

導(dǎo)流洞開挖期間，各開挖工作面均未貫通，各工作面需布置通風(fēng)排煙系統(tǒng)，洞內(nèi)通風(fēng)采用壓入式為主。

在401#公路隧洞口布置3臺主風(fēng)機：2臺為2×75kw單向雙軸流風(fēng)機，壓入式通風(fēng)，分別向1#、2#導(dǎo)流洞主洞開挖工作面通風(fēng)，2#施工支洞內(nèi)主風(fēng)管采用1.5m直徑的PVC橡膠軟管，主洞內(nèi)上下游開挖工作面從主風(fēng)管采用三通接出，風(fēng)管采用1.2m直徑的PVC橡膠軟管，岔洞內(nèi)布置射流風(fēng)機輔助排煙；1臺為2×55kw單向雙軸流風(fēng)機，壓入式通風(fēng)，風(fēng)管采用1.2m直徑的PVC橡膠軟管，沿2#施工支洞頂拱布置，抽排支洞內(nèi)煙塵。

隨著洞挖工作面的延伸，導(dǎo)流洞上層洞開挖至401#交通洞正下方時（1#導(dǎo)流洞（導(dǎo)1）1+552.7014～（導(dǎo)1）1+586.0186段和2#導(dǎo)流洞（導(dǎo)2）1+664.0514～（導(dǎo)2）1+697.3685段與401#公路隧道立體交叉），在401#交通洞與1#、2#導(dǎo)流洞立面相交處各開挖一通風(fēng)豎井以保證洞內(nèi)通風(fēng)排煙效果，豎井直徑2.0m，井深分別為：1#尾水洞通風(fēng)豎井25.0m，2#尾水洞通風(fēng)豎井20.0m。通風(fēng)豎井隨導(dǎo)流洞混凝土邊頂拱襯砌進度實施封堵。

二、第二階段導(dǎo)流洞開挖通風(fēng)排煙

第二階段是指 尾水閘室檢修閘門下閘擋水后，出口巖塞開挖階段。

用混合式通風(fēng)方式進行通風(fēng)排煙：即在巖塞段上游面（小樁號面）布置一臺55Kw×2軸流式壓風(fēng)機供風(fēng)以稀釋開挖面爆破煙塵及排出部分柴油機械尾氣及煙塵；在巖塞段下游面（大樁號面）導(dǎo)流洞出口EL2620平臺的兩個通氣孔上，各布置2臺37 Kw軸流式風(fēng)機，通過其吸出大部分的煙塵及尾氣，同時在巖塞段上游面設(shè)置掛簾，阻擋煙塵向上游面擴散，并在掛簾位置，均勻布置4臺3 Kw小型軸流式壓風(fēng)機使煙塵向巖塞下游的通氣孔方向流動。

2.1.3工程施工開挖方法

右岸初期導(dǎo)流洞開挖斷面頂拱跨度大、高度高，開挖采用分層開挖的施工方法，全斷面從上至下分三層開挖，依次為：上層開挖高度8m，中層開挖高度5.3～8.15m，下層開挖高度2m。上層開挖時，Ⅱ～Ⅲ類圍巖等地質(zhì)條件較好洞身段采用全斷面開挖，Ⅳ～Ⅴ類圍巖等不良地質(zhì)洞身段采用左右半洞錯距開挖。中層的開挖施工采用明挖臺階爆破，即采用兩側(cè)邊墻預(yù)裂爆破與中部深孔梯段爆破相結(jié)合的方式，下層開挖采用水平光面爆破施工方法，"開挖步驟見圖"4.3-1（單位：m）。

導(dǎo)流洞出口巖塞段全斷面洞段分四層開挖，采用手風(fēng)鉆鉆孔，開挖步驟見圖4.3-2"全斷面處巖塞分層開挖示意圖（單位：cm）"。

圖2.1-1 導(dǎo)流洞開挖橫剖面 圖2.1-2 全斷面處巖塞分層開挖示意圖

2.1.4工程開挖爆破施工技術(shù)

一、上層開挖

上層開挖，首先是在施工上岔洞與導(dǎo)流洞相交段進行，每條導(dǎo)流洞與上岔洞形成二個上層開挖施工面。導(dǎo)流洞工程上層開挖，利用移動式作業(yè)臺車，人工采用YT-28手風(fēng)鉆造孔。全斷面開挖采用掏槽爆破、崩落孔爆破與周邊孔光面爆破相結(jié)合的方式；采用左右半洞交替開挖的方式，超前半洞采用小直徑平行空孔直眼掏槽、崩落孔爆破與周邊孔光面爆破相結(jié)合。

二、中層開挖

中層開挖，首先是在施工下岔洞與導(dǎo)流洞相交段進行，即下岔洞的頂部，爆破后與導(dǎo)流洞貫通，每條導(dǎo)流洞與下岔洞形成二個中層開挖施工面。中層開挖為全幅爆破開挖，邊墻輪廓面采用預(yù)裂爆破，100B改進型潛孔鉆鉆預(yù)裂孔，主體開挖采用ROC D7履帶式全液壓鉆車鉆孔，底部預(yù)留2.0m保護層采用手風(fēng)鉆鉆水平孔。

三、下層開挖

水平建基面的巖體保護層開挖按圍巖不同類別采用不同的開挖方法：Ⅱ～Ⅲ類巖體采用一次爆除法，建基面光面爆破；Ⅳ～Ⅴ類巖體采用分二層開挖，上層采用手風(fēng)鉆淺眼弱松動爆破，炮孔鉆至距建基面25～30cm，臨近建基面欠挖部分采用人工撬挖處理到位。為減少對主體開挖時的出渣運輸干擾，底板保護層每次開挖導(dǎo)流洞洞身半幅寬度即7m左右，左右側(cè)交替進行。

四、預(yù)留巖塞段開挖

因工程實際條件限制，初期導(dǎo)流洞出口圍堰由原全年土石圍堰變更為枯期混凝土圍堰，汛期圍堰過水淹沒基坑導(dǎo)流洞出口預(yù)留巖塞擋水以實現(xiàn)洞內(nèi)安全度汛。

1#導(dǎo)流洞巖塞位于導(dǎo)（1）+640～導(dǎo)（1）+716.5，距上游洞身已澆底板混凝土最近距離約23m，距下游向已澆閘室結(jié)構(gòu)混凝土最近距離約10m，2#導(dǎo)流洞巖塞位于導(dǎo)（2）+895～導(dǎo)（1）+973，距上游洞身已澆底板混凝土最近距離約29m，距下游向已澆閘室結(jié)構(gòu)混凝土最近距離約12m。"巖塞段具體位置"詳見圖4.3-3。

注：陰影部分為預(yù)留巖塞未開挖巖體。

圖2.1-3 預(yù)留巖塞段剖面示意圖

1#、2#初期導(dǎo)流洞出口預(yù)留巖塞段為Ⅳ類圍巖，最大開挖斷面15.3m（寬）×18.15m（高）。1#導(dǎo)流洞出口巖塞段開挖方量約1.2萬m3，2#導(dǎo)流洞出口巖塞段開挖方量約1.15萬m3。

由于巖塞段與上下游已施工結(jié)構(gòu)混凝土及尾水閘門距離較近，為避免爆破震動對臨近建筑物或閘門設(shè)備造成破壞，巖塞段開挖需分段分塊開挖，控制單響最大裝藥量。

根據(jù)防洪度汛要求，巖塞開挖在尾水出口閘門安裝就位具備擋水條件后進行。巖塞開挖先進行上層導(dǎo)洞貫通，以利后續(xù)開挖通風(fēng)排煙，上層導(dǎo)洞貫通后再按照自上而下的順序分層分段開挖巖塞洞身段。

巖塞段全斷面處分四層開挖，采用手風(fēng)鉆鉆孔：

第一層：高度8m左右，按照先導(dǎo)洞超前，后周邊擴挖的方式開挖。

第二層：高度3.5m左右。

第三層：高度3.5m左右。

第四層：底板開挖層，厚度3.0m左右。

3、 結(jié)語

兩河口水電站初期導(dǎo)流洞所處區(qū)域地質(zhì)條件復(fù)雜，開挖斷面大，且圍巖條件差，Ⅳ～V類圍巖洞段約占70%；為了確保安全生產(chǎn)，開挖采用了分層開挖，開挖過程中的系統(tǒng)支護和隨機支護均利用阿特拉斯液壓多臂臺車進行，此方案解決了人工臺車支護的安全風(fēng)險。