猴子巖水電站溢洪洞開挖支護方案的動態(tài)調(diào)整

代 萍，馬利偉

(1.四川電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，成都，610072；2.四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，成都，610081)

猴子巖水電站溢洪洞開挖支護方案的動態(tài)調(diào)整

代 萍1，馬利偉2

(1.四川電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，成都，610072；2.四川省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，成都，610081)

猴子巖水電站溢洪洞屬于特大斷面洞室，埋深淺、地質(zhì)條件復(fù)雜，根據(jù)實際揭示的地質(zhì)情況和邊界條件，在施工中對開挖支護方案進行了動態(tài)調(diào)整，包括進洞方案、洞身開挖方案、中下層邊墻支護方案的調(diào)整。通過開挖支護方案的動態(tài)調(diào)整，在確保安全的前提下加快了施工進度和節(jié)約了工程投資。該工程溢洪洞開挖支護方案的調(diào)整措施，可為淺埋深特大斷面隧洞的類似工程提供經(jīng)驗借鑒。

特大斷面 溢洪洞 開挖支護 動態(tài)調(diào)整

1 工程概況

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，水庫正常蓄水位1842m，相應(yīng)庫容為6.62億m3，電站具有季調(diào)節(jié)能力。工程主要任務(wù)是發(fā)電，電站裝機容量1700MW(425MW×4臺)，水電站樞紐建筑物主要由攔河壩、兩岸泄洪及放空建筑物、右岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。攔河壩為混凝土面板堆石壩，右岸布置1條溢洪洞和1條泄洪放空洞，左岸布置1條深孔泄洪洞和1條非常泄洪洞。

溢洪洞由開敞式進口段、無壓洞段、明渠泄槽段和出口挑流鼻坎段組成，總長1154.20m。進口為WES型實用堰型，堰頂高程1818.00m，閘頂高程1848.00m，孔口尺寸15.00m×24.00m(寬×高)，閘室段長42.00m；無壓隧洞斷面型式為城門洞型，總長825.00m，斷面尺寸為15.0m×23.0m(寬×高)，頂拱高5.0m；明渠泄槽段斷面為15.0m×16.0m(寬×高)的矩形明渠，出口挑流鼻坎體型采用斜鼻坎。

2 溢洪洞進洞方案的調(diào)整

2.1 邊界條件

猴子巖水電站工程泄洪具有“水頭高、泄量大、河谷窄、岸坡陡、下游河道及岸坡抗沖能力較低”的特點，受上游右岸磨子溝、下游左岸泥洛堆積體等限制，樞紐建筑物布置緊湊。右岸2000m高程以下地形坡度一般為55°～60°，不具備布置開敞式岸邊溢洪道的地形條件，因此采用了“前隧洞、后明槽”的布置型式。為了減少隧洞長度和結(jié)合現(xiàn)場實際地形，溢洪洞進口布置與壩肩開挖相結(jié)合。大壩壩肩開挖于2011年8月開始，此時泄洪工程未招標(biāo)，為了便于工程管理和避免后期溢洪洞進口開挖與壩肩開挖之間的施工交叉干擾，壩肩開挖過程中完成了溢洪洞進口邊坡開挖，泄洪工程承包人進場后可直接進行洞身開挖。

2.2 投標(biāo)階段的施工方案

溢洪洞洞身的最大開挖斷面為18.4m×26.2m，由于進口已開挖至底板高程，無施工通道至頂拱層開挖中導(dǎo)洞。投標(biāo)階段的施工方案為：①從溢洪洞洞口沿右側(cè)洞壁開挖一條斜坡導(dǎo)洞至頂拱層，然后水平轉(zhuǎn)向90°開挖至溢洪洞左側(cè)邊墻；②沿頂拱層左側(cè)洞壁向進口方向開挖一條水平導(dǎo)洞貫通進口，并以斜坡導(dǎo)洞和水平導(dǎo)洞為施工通道，從進口端向出口端方向?qū)⑦M口段洞身前70m左右的頂拱層開挖成型并完成支護施工；③從溢洪洞進口端的頂拱層底板開始，將中下層逐步分層向下垂直鉆孔爆破開挖，逐步形成一條連通溢洪洞底板和頂拱層底部的斜坡道，并與進洞口外的施工道路連通；④以斜坡道為施工通道，依次進行頂拱層、中層、下層及底板保護層的開挖。上述方案中，斜坡導(dǎo)洞和水平導(dǎo)洞的長度共計約310m。

2.3 實施階段的施工方案

承包人按照招標(biāo)階段的施工方案進行斜坡導(dǎo)洞開挖，開挖3m后，揭示該段巖石級別為Ⅳ類圍巖，屬于強卸荷弱風(fēng)化帶，巖體呈塊裂結(jié)構(gòu)、較破碎，頂拱易出現(xiàn)塌方，開挖中需增設(shè)臨時安全支護措施，即格柵鋼架和掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土支護。設(shè)計地質(zhì)預(yù)報進口段50m為Ⅳ類圍巖(實際揭示進口段97m為Ⅳ類圍巖)，該范圍內(nèi)的斜坡導(dǎo)洞和水平導(dǎo)洞均需設(shè)置臨時安全支護措施，且臨時安全支護措施無法與永久安全支護措施結(jié)合，臨時支護占直線工期且對投資控制不利。

根據(jù)現(xiàn)場揭示巖石條件和實際邊界條件，對洞身進口段的開挖方案進行了調(diào)整。在溢洪洞進口回填一條斜坡道至溢洪洞洞口，由于交通洞洞口至溢洪洞洞口的距離約60m，在滿足裝載機通行要求的坡度下，斜坡道僅能至洞身中部高程。斜坡道填筑過程中，在洞口處形成一個施工平臺便于爆破時停放鉆爆臺車。斜坡道形成后，采用斜坡導(dǎo)洞(約50m長)的方式開挖至頂拱層，進行頂拱層全斷面擴挖，后再反向擴挖進口段，反向擴挖時，利用上一開挖循環(huán)的部分渣料，形成支護施工平臺和下一開挖循環(huán)的鉆爆施工平臺。在洞身頂拱層向出口端方向開挖過程中，對斜坡道的坡度不斷降低以滿足自卸汽車通行要求。由于進口段埋深淺、巖石條件差，斜坡導(dǎo)洞開挖過程中均及時采取了臨時安全支護措施。

實施階段的施工方案較投標(biāo)階段的施工方案有以下優(yōu)點：一是導(dǎo)洞的長度由310m縮短至50m，進口段開挖所占的直線工期縮短；二是臨時安全支護措施減少，有利于工程投資控制。

3 溢洪洞洞身開挖方案的調(diào)整

3.1 投標(biāo)階段的施工方案

溢洪洞洞身段劃分成上、中、下和底板保護層共4層，進行分層開挖，Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類圍巖的開挖方案相同。頂拱層采用中導(dǎo)洞先行，兩側(cè)擴挖跟進的開挖方法施工，中導(dǎo)洞寬度7.0m，頂拱輪廓與溢洪洞對應(yīng)部位的頂拱重合，兩側(cè)擴挖滯后于中導(dǎo)洞2～3個爆破循環(huán)，初噴混凝土和隨機錨桿緊跟掌子面，頂拱層系統(tǒng)支護滯后開挖掌子面30m～40m。中、下層采用中間垂直鉆孔梯段爆破、兩側(cè)邊墻光面爆破的開挖方法依次施工。底部保護層分左右半幅交替開挖施工，以保證下層施工交通暢通，采用氣腿鉆機水平鉆孔爆破開挖，底板及兩側(cè)邊墻采用光面爆破。

3.2 實施階段的施工方案

3.2.1 頂拱層開挖

Ⅲ類圍巖段，現(xiàn)場揭示圍巖條件較好，對投標(biāo)階段的開挖方案進行了調(diào)整。采取全斷面一次性完成造孔(中間直孔掏槽，周邊光面爆破)、一次性完成裝藥爆破、非電網(wǎng)絡(luò)進行施工的方案，加快了開挖進度。

Ⅳ類、Ⅴ類圍巖段，現(xiàn)場揭示圍巖條件較差且埋深淺，在確保安全的前提下，對投標(biāo)階段的開挖方案進行了優(yōu)化調(diào)整。采用全斷面臺車一次性造孔，然后分兩個半幅進行爆破，對先爆破的半幅渣料進行簡單整平和排險，并形成后半幅爆破的臨空面后，再對另半幅進行裝藥爆破，最后將兩個半幅的渣料一起挖裝運輸，渣料挖裝運輸完成后立即進行全斷面支護。在先爆破的半幅爆破前，將另半幅兩排崩落孔和周邊孔，用與孔徑大小相當(dāng)?shù)腜VC管插入孔內(nèi)，以防止塌孔堵塞現(xiàn)象。先施工的半幅采用直孔掏槽，周邊孔采用光面爆破；后施工的半幅以先施工的半幅為臨空面，采取分段爆破，周邊孔仍采用光面爆破。

3.2.2 中下層開挖

投標(biāo)階段采取的中間垂直鉆孔梯段爆破方案，易對邊墻巖體產(chǎn)生拉裂破壞，無法保證邊墻成型效果，因此在實施階段，洞身段中下層開挖采用了“深層預(yù)裂、淺層開挖”的方案。即邊墻結(jié)構(gòu)面采取一次性造孔深孔預(yù)裂爆破，中部采用分層松動梯段微差爆破，預(yù)裂孔前設(shè)置一排緩沖孔。中下層分兩個半幅進行開挖，為減少爆破對淺埋深邊坡的震動，確保邊坡穩(wěn)定，先開挖靠山體內(nèi)側(cè)的半幅，以便在開挖靠外側(cè)山體半幅時，已形成較好的臨空面。溢洪洞部分洞段的下部有其它洞室交叉通過，洞室之間的巖埂厚度一般在15m左右，為了避免爆破開挖過程中對下部洞室的影響，中下層的開挖采用薄層、短進尺、弱爆破的方式，分層厚度不大于3m，每循環(huán)的進尺不大于5m。

4 溢洪洞中下層邊墻支護方案的調(diào)整

4.1 設(shè)計支護方案

設(shè)計藍(lán)圖中，Ⅳ類圍巖段的初期支護方式為沿邊墻和頂拱設(shè)置格柵鋼架(18cm×18cm)，排距1.0m，沿邊墻及頂拱掛網(wǎng)噴C25混凝土(掛網(wǎng)鋼筋φ8@15cm×15cm，噴混凝土厚20cm)，頂拱設(shè)置φ28L=6.0m、φ32L=9.0m交錯布置的系統(tǒng)錨桿，間排距1.5m，邊墻設(shè)置φ28L=6.0m的系統(tǒng)錨桿，間排距1.5m，拱腳范圍設(shè)置兩排φ32L=9.0m加強錨桿，混凝土襯砌厚度為1.5m。

4.2 支護方案的調(diào)整

洞身Ⅳ類圍巖段中下層采用“深層預(yù)裂、淺層開挖”的開挖方法后，部分邊墻成型效果較好，參建各方在查看現(xiàn)場地質(zhì)條件后對原支護參數(shù)進行了深入分析討論，并做出了優(yōu)化調(diào)整。設(shè)計單位以設(shè)計通知明確，邊墻圍巖不穩(wěn)定的部位，初期支護參數(shù)與設(shè)計藍(lán)圖一致，邊墻圍巖局部穩(wěn)定性差的部位，初期支護措施部分減少。邊墻圍巖局部穩(wěn)定性差的部位，初期支護參數(shù)與設(shè)計藍(lán)圖比較，取消了格柵鋼架，噴混凝土的厚度變?yōu)?0cm，混凝土襯砌厚度變?yōu)?.4m，其他參數(shù)未變。根據(jù)現(xiàn)場揭示地質(zhì)條件對支護參數(shù)進行了動態(tài)調(diào)整，加快了支護施工進度，節(jié)約了工程投資。

5 結(jié)語

目前，國家對水電站工程建設(shè)的環(huán)境保護越來越重視，從水電站長期運行安全、減少乃至杜絕植被破壞、減少水土流失等方面綜合考慮，水電站泄洪建筑物采用隧洞的形式會越來越多，特別是大泄流量的淺埋深特大斷面洞室。本文以猴子巖水電站溢洪洞為例，闡述了洞室開挖支護方案隨地質(zhì)情況和邊界條件變化的動態(tài)調(diào)整方案，歸結(jié)為以下幾個方面：

(1)針對高度大的特大斷面洞室，洞身進口段采用填筑斜坡道至洞身中部，進行斜坡導(dǎo)洞開挖至頂拱層后再反向擴挖的方案，取代了常規(guī)從洞底斜導(dǎo)洞法至頂拱層，再反擴的施工方案；

(2)Ⅲ類圍巖段頂拱層開挖采用全斷面一次性鉆爆開挖的施工方法，Ⅳ類圍巖段頂拱層采用全斷面一次性鉆孔、分兩個半幅爆破的施工方法，取代了常規(guī)的中導(dǎo)洞法和前后半洞法；

(3)洞身段中下層采用“深層預(yù)裂、淺層開挖”的開挖方法，取代了中間松動爆破、側(cè)墻預(yù)留保護層進行水平光面爆破或垂直光面爆破的開挖方法；

(4)根據(jù)揭示的地質(zhì)條件和邊墻成型效果，減少了部分支護措施。

通過對開挖支護方案的動態(tài)調(diào)整，在確保安全的前提下加快了施工進度和節(jié)約了工程投資，對類似工程具有一定的借鑒價值。

TV732.3∶TV554.1

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