偏壓淺埋大斷面導流洞漸變段開挖支護施工技術

鄭 東

(中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安 710024)

1 工程概況

蘇洼龍水電站擋水建筑物為瀝青混凝土心墻堆石壩，壩頂高程2 480 m，最大壩高112 m，壩頂寬度12 m，壩頂長度469.7 m。正常蓄水位2 475 m，死水位2 471 m，庫容6.38億m3，電站額定水頭84 m，共設置4臺水輪發(fā)電機組，總裝機容量1 200 MW，為一等大(1)型工程。

電站施工導流采用河床一次攔斷全年圍堰、隧洞導流的方式，枯期由導流隧洞泄流，汛期由導流隧洞、泄洪放空洞聯(lián)合泄流。導流洞布置于右岸共1條，全長896.53 m，進口底 板 高 程2 379.00 m，洞內(nèi)底板坡度為3.53‰，洞身設計斷面為城門洞型，襯砌斷面為15×19 m(寬×高)，導流洞進水口采用岸塔式設計，塔頂高程2 435 m。導流洞0+000～0+030段為進口漸變段，其中0+000.00為漸變段最大開挖斷面(27 m×27.2 m)，0+030段為漸變段最小開挖斷面(21.8 m×25.6 m)，開挖寬度從27 m漸變?yōu)?1.8 m，漸變段開挖支護完成后后期底板及邊墻襯砌混凝土厚度3.2 m，頂拱襯砌混凝土厚度3.2～5 m。

2 施工難點分析

導流洞進口漸變段地質情況復雜，巖石松散破碎，自穩(wěn)能力較差。其巖性主要為石英巖和大理巖，灰白～黃褐色，整體呈弱風化狀態(tài)，局部風化加劇。同時洞頂軸線左側發(fā)育一組順片理裂隙，發(fā)育較密集，發(fā)育間距約3～5 cm，裂隙微張為主，銹然普遍，大理巖與石英片巖呈裂隙接觸，且發(fā)育于洞頂對洞頂穩(wěn)定不利，更加大了開挖施工難度。

導流洞漸變段左側邊坡巖體較薄，并且受偏壓力影響，施工過程中隨時可能出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。

該導流洞漸變段圍巖類型主要為Ⅳ類，開挖斷面及跨度大、埋深淺，且受左側邊坡偏壓力影響，導致開挖施工難度大。

導流洞進口左側邊坡為原始沖溝，沖溝右側溝壁斜壓導流洞左側邊墻，造成導流洞左邊墻及左半邊頂拱偏壓受力，同時該部位巖石較為破碎，洞身開挖安全隱患較大，施工難度大。

3 采取的針對方案和措施

3.1 減小頂拱偏壓影響控制方案

(1) 在洞頂上部EL.2435平臺增設垂直于洞室頂拱的3C32的錨筋樁，同時洞內(nèi)設置I20b的鋼支撐，鋼支撐布置排距與錨筋樁布置排距一致，以確保鋼支撐與錨筋樁洞內(nèi)外露部分相連接，形成上拉下?lián)蔚氖芰φw，增強頂拱整體受力穩(wěn)定性。

(2) 在洞臉邊坡增設3排鎖口錨索，將洞口段淺層裂隙巖體與深層完整巖體進行錨固鎖定，形成受力整體，分擔洞口段頂拱巖體壓力，增強頂拱整體穩(wěn)定性。

(3) 在洞臉頂拱上部增設灌漿管棚，將洞臉上部巖體灌漿封閉，增強洞臉上部邊坡巖體整體受力強度，提高洞洞臉邊坡自身穩(wěn)定性。

3.2 減小邊墻偏壓影響控制方案

(1) 在洞室左側邊坡洞室頂拱以上設置2排錨索，將洞室左側邊坡淺層裂隙及破碎巖體與深層完成巖體進行錨固鎖定，形成受力整體，分擔左側邊坡側壓力，增強洞室左側邊坡整體穩(wěn)定性。

(2) 對洞身邊墻及頂拱周邊巖體增加固結灌漿，對淺層及深層巖體進行封閉，增強洞身周邊巖體整體受力強度，提高洞室自身穩(wěn)定性。

(3) 在洞室拱腳及邊墻腰身各設置一排3C28，L=9 m的錨筋束，與深層巖體進行錨固，增強洞室拱腳及邊墻腰身抗壓能力，確保洞身關鍵受力點的穩(wěn)定性。

3.3 開挖施工方案及控制措施

由于導流洞進口段洞室跨徑大，弧弦比(弧長與弦長比)接近1，頂拱抗壓能力較差，為保證導流洞進口漸變段開挖施工中洞室的穩(wěn)定性，導流洞開挖采取分四層開挖，上層洞開挖保證頂拱的均勻分散受力穩(wěn)定是確保整個洞身安全的關鍵。

可考慮到洞內(nèi)通風，需完成進口段通風導洞的開挖，通風導洞由內(nèi)向外進行開挖，導洞采取7 m×6.5 m的城門洞型小斷面，導洞布置位置偏向洞軸線右側巖石較好的部位。導洞貫通后開始上層洞由內(nèi)向外的開挖，上層洞開挖采取預留中心巖墩兩側分幅擴挖支護跟進的方式進行開挖，上層開挖支護完成后，結合臨時監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，在確定上層洞無明顯變形后，再開始中下層開挖。中下層開挖均由洞內(nèi)向洞外掘進，采取中間拉槽，兩側擴挖支護跟進的方式進行開挖，底板預留2 m保護層，采用光面爆破方式進行開挖。

爆破采取“短進尺，弱爆破”的控制開挖爆破方式，針對巖石結構較破碎的部位盡量采取無爆破的方式進行開挖，利用液壓反鏟結合破碎錘進行開挖。減小爆破振動對洞身穩(wěn)定性的影響。

3.4 臨時監(jiān)測控制措施

施工過程中為形象直觀的反映洞身變化情況，在洞身邊頂拱及洞臉部位設置變形監(jiān)測儀器，通過數(shù)據(jù)分析反映洞身變形情況，以便及時采取加強支護控制措施。

4 工程主要施工程序及方法

4.1 開挖支護程序

導流洞進口漸變段主要開挖支護程序為：EL.2435平臺洞頂懸挑錨筋樁施工→洞臉鎖口錨索施工(含左側邊坡EL.2 414 m及EL2 419 m洞頂錨索)→上層導洞開挖→導洞噴錨支護→上層洞擴挖施工→噴錨掛網(wǎng)、型鋼拱架支護→中層拉槽→中層擴挖→噴錨掛網(wǎng)、型鋼拱架支護→下層保護層開挖支護。

4.2 開挖施工方法

導流洞進口漸變段分四層開挖，從洞內(nèi)向洞外方式進行開挖支護施工，通過進口施工支洞進行出渣，其中第I層7.5 m，第Ⅱ層6 m，第Ⅲ層開挖高度5 m，第Ⅳ層開挖高度5 m。第Ⅴ層開挖高度2～4 m。I層采用兩側分塊擴挖的施工方法，Ⅱ～Ⅴ層采用中間拉槽兩邊預留3 m保護層開挖方法，兩側保護層采用先左后右的順序進行開挖支護施工。開挖采用鉆爆臺車配合YT128手風鉆人工造孔，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)進尺按1.5 m～2.0 m控制。由于漸變段巖石破碎，為了減少爆破對洞身的擾動，局部特別破碎段保護層采用無爆破開挖方法，施工時主要采用挖機直接開挖及破碎錘開挖的方法。

4.3 主要支護施工方法

4.3.1 錨索及錨筋樁施工方法

導流洞進口漸變段上層擴挖前首先按照設計要求完成EL.2435平臺的懸吊錨筋樁施工及洞臉鎖口錨索(含左側邊坡EL.2414及EL.2419兩排橫向錨索)施工。

4.3.1.1 錨索施工

洞臉鎖口錨索及左側邊坡錨索采用搭設邊坡腳手架進行施工，由測量進行孔位放樣校核無誤后，采用YG-80錨索鉆機進行鉆孔，為保證孔位精度，造孔前采用搭設樣架的方法，并對每個孔位孔斜進行嚴格控制，鉆孔完成后及時進行下索注漿及等強張拉，洞臉部分錨索下索注漿完成后需及時拆除腳手架，為進口邊坡開挖提供作業(yè)面，錨索張拉后期采用25t吊車配合進行錨索張拉及封錨。

4.3.1.2 錨筋樁施工

由于該部位錨筋樁與錨索存在交叉，因此，在保證錨筋樁鉆孔時不破壞洞臉鎖口錨索及左側邊坡錨索的前提下，加快錨筋樁施工進度是關系導流洞進口漸變段施工整體進度的關鍵，該部位錨筋樁鉆孔前需對錨索孔位進行詳細分析，其次對錨索孔人員在實際造孔時存在的誤差進行了解，綜合考慮后最終確定錨筋樁的造孔孔位及角度。錨筋樁造孔采用YXZ90型鉆機成孔，孔徑105 mm，孔位偏差不大于100 mm，孔斜偏差不大于2°。為確保錨筋樁鉆孔角度精度，造孔前采用搭設樣架的方法，并對每個孔位孔斜進行嚴格控制，確保錨筋樁造孔不破壞已施工錨索，并能與洞頂相交。

懸吊錨筋樁采用3C32鋼筋焊接并束，鋼筋連接采用套筒連接，錨筋樁安裝到位后，首先進行洞內(nèi)孔底封孔然后罐注M25砂漿，灌漿完成后進行錨筋樁頂部承板混凝土澆筑，混凝土澆筑前務必確保錨筋樁頂部外露鋼筋頭與承板結構鋼筋焊接牢固，以保證錨筋樁整體受力。

4.3.2 洞內(nèi)鋼支撐施工

上層擴挖至設計開挖面后立即進行鋼支撐的安裝，鋼支撐安裝時務必將鋼支撐與懸吊錨筋樁洞內(nèi)外露部分，進行焊接連接，同時為保證下部鋼支撐整體受力，鋼支撐之間采用C25@50的鋼筋進行焊接連接，鋼支撐與鋼支撐之間增設C32@20環(huán)向頂拱鋼筋，使下部鋼支撐體系與上部懸吊錨筋樁吊拉體系形成上拉下?lián)蔚恼w受力體系。

在進行中下層開挖時，考慮到鋼支撐根腳會失去支撐面，導致鋼支撐體系形成懸吊失去支撐作用，同時隨著洞身的下挖，左側邊墻受偏壓力逐漸增大。為保證洞身中下層開挖洞身的穩(wěn)定性，在鋼支撐拱腳處及腰線部位各設置一排3C28，L=9 m間距1 m的錨筋束，錨筋束與鋼支撐之間采用‘L’反扣焊接連接。

4.3.3 洞口管棚施工

當上層洞擴挖至洞口段0+12樁號后，由于洞口部位開挖斷面逐漸增大，加之巖石結構較差，洞身自身穩(wěn)定性較差，為保證洞口段洞身開挖質量及安全，在進行洞口段上層擴挖前，需完成洞臉管棚的施工，管棚造孔采用多臂鉆進行鉆孔，鉆孔孔徑φ60，仰角15°，孔距1 m，鉆孔深度9 m，鋼管采用φ48，L=6 m的花管，預埋深度6 m，灌漿漿液采用0.5∶1～1∶1的水泥漿液，注漿完成后在∶48灌漿管中插入φ32，L=9 m的鋼筋，以保證在注漿完成后達到穩(wěn)定錨固的目的，增強洞口段頂拱的穩(wěn)定性。

4 結 語

導流洞進口漸變段具有開挖斷面大，巖石松散破碎、自穩(wěn)能力差、遇水軟化快等特點，并且左側巖壁較薄，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行全程監(jiān)控。在施工局的精心組織、合理安排下，順利完成該漸變段的開挖支護施工，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，邊坡及導流洞未出現(xiàn)較大變形，而且開挖結構面成型良好，開挖結束后，開挖質量及方法取得業(yè)主、設計和監(jiān)理一致好評，為以后在復雜地質條件下偏壓淺埋大斷面導流洞漸變段開挖支護施工積累了新的施工經(jīng)驗。