長河壩大型地下洞群開挖施工安全及動態(tài)調控

黃亞奇，張曾，詹然成

(中國水利水電第七工程局有限公司二分局，成都，611730)

長河壩大型地下洞群開挖施工安全及動態(tài)調控

黃亞奇，張曾，詹然成

(中國水利水電第七工程局有限公司二分局，成都，611730)

本文結合長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)典型復雜地質大型地下洞群工程實例，針對地下洞群開挖施工安全控制展開分析研究，并對施工安全進行動態(tài)調控，采取多類型措施技術安全順利完成復雜地質大型地下洞群開挖施工，提高了施工效率，降低了施工成本，取得良好的社會經濟效益。

復雜地質 大型地下洞群 施工安全 動態(tài)調控 長河壩水電站

1 工程概述

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內，為大渡河干流水電梯級開發(fā)的第10級，是以單一發(fā)電為主的大型水庫電站。電站采用水庫大壩、首部式地下引水發(fā)電系統(tǒng)開發(fā)，總裝機容量2600MW，最大壩高240m，水庫正常蓄水位1690m。

泄洪放空系統(tǒng)由3條泄洪洞、放空洞、中期導流洞及補氣洞等附屬洞室組成。其中，1＃泄洪洞為深孔泄洪洞，全長1372m，縱坡10.279%，開挖斷面(15.60～17.30)m×(17.60～22.15)m；2＃、3＃泄洪洞均為開敞式泄洪洞，全長分別為1508m、1540m，縱坡分別為10.848%、10.552%，開挖斷面均為(15.60～20.30)m×(16.60～21.15)m；放空洞全長 1711.65m，縱坡 5.877%，開挖斷面(10.30～11.20)m×(14.25～15.10)m；中期導流洞全長1421.556m，縱坡1.45%～4.69%，開挖斷面(8.20～13.20)m×(11.20～16.10)m。

該泄洪放空系統(tǒng)地下洞群的地質條件如下: (1)地下洞群范圍內小斷層、擠壓破碎帶及裂隙密集帶較為發(fā)育，裂隙發(fā)育密度較大、組數(shù)較多、延伸長度較大，巖體以次塊狀～塊狀結構為主，局部小斷層與洞軸線小角度相交，圍巖存在不利結構面組合，對局部圍巖穩(wěn)定性不利，且受不利組合影響易產生楔形失穩(wěn)、掉塊甚至坍塌等地質問題；(2)進出口洞段及局部洞身段巖體卸荷、風化，以鑲嵌結構、碎裂結構為主，局部呈散體結構，圍巖不穩(wěn)定至極不穩(wěn)定；(3)地下洞群埋深大，巖體蓄集較高的應變能，應力相對集中而地應力較高，為高應力區(qū)，易產生巖爆，對洞室穩(wěn)定性不利；(4)地下洞群地下水以滴水為主，但局部洞段線狀流水，遇斷層、擠壓破碎帶、裂隙密集帶可能產生涌水。

2 地下洞群施工特點

2.1 地下洞群斷面大，規(guī)模浩大，施工安全風險大

泄洪放空系統(tǒng)地下洞群最大洞室開挖斷面達20.3m×21.15m，洞室數(shù)量多、相互關系復雜，主要洞室總長達7.5km，石方洞挖量達180萬m3，為典型的大斷面地下洞群，工程規(guī)模浩大，施工安全風險高。

2.2 斷層、裂隙發(fā)育、高地應力，開挖施工難度大

泄洪放空系統(tǒng)工程地質表明，其地下洞群小斷層、擠壓破碎帶及裂隙密集帶較為發(fā)育，存在不利結構面組合，局部洞段巖體破碎，洞室埋深大，地應力高、巖爆問題突出，總體地質條件復雜。受斷層、裂隙及不利組合影響，開挖施工極易產生楔形失穩(wěn)、掉塊甚至坍塌等地質問題，開挖施工難度大，安全風險極為突出。

2.3 斷面大、洞室長，施工通風散煙難度大

泄洪放空系統(tǒng)為多條長大斷面洞室構成的復雜地下洞群，洞室長度均在1500m左右，洞室坡度大，各洞室相互關系復雜，且地下洞群距地面、坡面距離遠，施工通風散煙難度大、粉塵及有害氣體風險突出。

2.4 施工布置困難、干擾大，道路安全風險高

泄洪放空系統(tǒng)地下洞群各洞室相互之間水平、垂直關系復雜，各主洞室之間及主洞室與輔助洞室之間存在交叉關系，且開挖施工高峰強度需達到112655m3/月，施工作業(yè)面多，相互施工干擾大，施工通道布置困難，道路安全風險高。

2.5 施工工期緊

泄洪放空系統(tǒng)地下洞群為整個電站樞紐的主要建筑物，能否快速完建，對整個樞紐工程的如期蓄水、發(fā)電等有著至關重要的影響。根據(jù)泄洪放空系統(tǒng)工程工期分析，其地下洞群施工處于整個工程關鍵線路上，工期風險突出。

3 施工安全及動態(tài)調控

3.1 施工通道全面、優(yōu)質布置及其安全控制

結合電站場內交通布置、工程工期要求及通風散煙等條件，部分洞室直接自場內交通公路開口進入開挖，其余洞室通過場內交通在上下游分別布置上下層施工支洞開挖施工，達到地下洞群施工通道全面、優(yōu)質布置，避免了各洞室間的施工干擾，并有效控制了施工道路安全風險。

3.2 地下洞群開挖施工安全控制有效

根據(jù)洞室斷面結構、系統(tǒng)支護參數(shù)及其地質條件，結合施工資源特性及以往類似工程成功施工經驗，泄洪放空系統(tǒng)地下洞群采用分層分塊開挖方式，洞室分三層開挖。其中，斷面較大的泄洪洞第Ⅰ層采用“先中導洞、后兩側擴挖”及“左右半洞”兩種分區(qū)開挖方式；第Ⅱ層采用“邊墻預裂梯段爆破”及“中部拉槽、兩側邊墻光面爆破”兩種開挖方式，底板保護層采用“水平光面爆破”開挖方式。以此優(yōu)質開挖方式，控制和減少開挖施工對洞室圍巖產生較大施工擾動，確保了地下洞群開挖施工安全。

3.3 特殊地質段開挖施工安全控制技術

針對泄洪放空系統(tǒng)地下洞群突出的高地應力、巖爆問題，在洞室頂拱及邊墻布設水平及斜向應力釋放孔，有效控制和減少巖爆安全風險。應力釋放孔孔徑50mm，孔深4.5m～6.0m，水平應力釋放孔環(huán)距30cm～50cm，排距3.0m～4.5m，斜向應力釋放孔間排距1.5m×1.5m。

針對地下洞群斷層、裂隙及破碎帶開挖施工安全，采取超前花管、超前固結灌漿、超前錨桿、超前錨筋束、型鋼鋼架及系統(tǒng)錨筋束等綜合預防、加固安全控制措施，有效控制和減少塌方、掉塊等安全風險。超前花管采用壁厚 δ＝6.0mm的φ108mm熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距50cm，縱向間距10m，外插角1°～3°。超前固結灌漿孔沿洞室頂拱及邊墻水平斜向布置，孔徑90mm，孔深15m～20m，傾角20°，環(huán)距2.0m～3.0m，排距10m～15m，采用分段卡塞純壓式灌漿。超前錨桿采用φ25mmL＝4.5m、φ28mm＝6.0m砂漿錨桿在洞室頂拱布設，錨桿傾角5°～10°，環(huán)向間距40cm～60cm，排距 3.0m～4.5m。超前錨筋束采用3φ28mmL＝9.0m、3φ32mmL＝12.0m在洞室頂拱布設，傾角5°～10°，環(huán)向間距50cm～80cm，縱向間距6.0m～9.0m。型鋼鋼架在不侵占結構斷面的基礎上設置，采用I20b工字鋼，間距0.5m～1.0m，鋼架間采用φ25mm鋼筋連接，并采用C25噴射混凝土將型鋼鋼架封閉。洞室系統(tǒng)支護錨桿調整為3φ28mmL＝9.0m、3φ32mmL＝9.0m錨筋束以加強圍巖穩(wěn)定。

圖1 復雜地質地下洞群超前固結灌漿結構布置

3.4 地下洞群開挖施工安全預防及調控技術

泄洪放空系統(tǒng)地下洞群開挖斷面大、地質條件極為復雜，開挖期施工安全極為突出。針對特殊地質洞段，采用超前地質探測技術對地質情況進行超前預測、預報，對預測數(shù)據(jù)進行分析，并根據(jù)預測分析結果及時優(yōu)化調整開挖方式。采用專業(yè)儀器對地下洞室開挖爆破震動進行監(jiān)測，根據(jù)爆破震動監(jiān)測數(shù)據(jù)及分析結果，及時優(yōu)化調整爆破設計及爆破參數(shù)，控制和減少爆破震動對洞室圍巖的影響。以此，為地下洞群的開挖施工安全提供技術支撐，達到施工安全預防及控制。

3.5 通風及空氣質量安全控制技術

3.5.1 施工通風安全控制

針對泄洪放空系統(tǒng)地下洞群較為突出的通風散煙問題，根據(jù)工程永久建筑物特點、結合施工通道，優(yōu)先進行補氣洞、補氣豎井等永久建筑物施工，盡早貫通，盡早形成“低進高出”的通風循環(huán)方式，以較好地改善洞室通風條件，并在洞室進出口布置短小通風支洞盡早與洞外貫通，以形成較好的自然通風條件。同時對通風狀況進行監(jiān)測，采用流體力學分析軟件對不同施工階段的通風流場形態(tài)進行分析，并根據(jù)分析結果對通風方案進行優(yōu)化調整。

3.5.2 空氣質量安全控制

泄洪放空系統(tǒng)地下洞群采用水幕噴霧裝置及V型水幕降塵裝置，有效降低洞室內粉塵，改善空氣質量。自動水幕噴霧裝置主要有噴霧泵、自動供水箱、控制器、傳感器和高壓噴霧器組成，工作原理是:在自動控制水箱內充足水量的情況下，根據(jù)沖擊波或手動方式，噴霧泵將水箱內的水輸送至高壓噴霧器，然后轉化為高霧化、高速水霧形成封閉粉塵的水霧流立體段，有效捕捉粉塵和有毒煙氣，以凈化作業(yè)環(huán)境，改善勞動衛(wèi)生條件。V型水幕噴霧降塵裝置采用鋼管加工制作完成，由主管、支管及花灑組成。工作原理為:在鋼管內接入壓力水，壓力水通過管道及管道端頭花灑噴出形成水霧，達到有效的噴霧降塵效果。

圖2 V型水幕噴霧裝置在地下洞群降塵中的應用

4 結語

本文結合長河壩水電站泄洪放空系統(tǒng)復雜地質大型地下洞群工程實例，針對地下洞群開挖施工安全控制展開分析研究，并對施工安全進行動態(tài)調控，采取多類型措施技術達到施工道路安全控制、洞室開挖施工安全預防及控制、洞室開挖施工通風與空氣質量安全控制，安全順利完成復雜地質大型地下洞群開挖施工，提高了施工效率，降低了施工成本，取得了良好的社會經濟效益。

〔1〕周良元，周盈旺.地下洞室開挖施工技術[J].東北水利發(fā)電，2009，(4):20～23.

〔2〕孫開暢，姜德全，孫志高.向家壩電站地下廠房洞室開挖施工技術[J].東北水利發(fā)電，2010，(11):15，16，32.

〔3〕唐崇正，聶光利.向家壩水電站地下主廠房開挖關鍵技術[J].四川水力發(fā)電，2009，28(4):68～71.

〔4〕趙川，胡曉林，林運軍，楊佐斌.地下洞室工程施工支護理念探討[J].云南水力發(fā)電，2006，(4):45～47，50.

〔5〕黃長寬.超前注漿管棚法在隧道開挖支護設計中的應用[J].云南水力發(fā)電，2003(增):39～40.

TV524.7∶TV554.1

B

2095－1809(2016)05－0093－03

黃亞奇(1983－)，男，四川遂寧人，工程師，工學學士，從事水利水電工程施工技術及管理工作；

張曾(1985－)，男，寧夏中衛(wèi)人，工程師，工學學士，從事水利水電工程施工技術及管理工作；

詹然成(1987－)，男，重慶長壽人，助理工程師，工學學士，從事水利水電工程施工技術工作。