水利樞紐工程導(dǎo)流洞開挖技術(shù)與質(zhì)量控制措施分析

王秋陽

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410000）

我國是一個(gè)水資源豐富但分布極不均勻的國家，為滿足不同地區(qū)用水需求、增加水電這一清潔能源的供應(yīng)量，大規(guī)模建設(shè)水利水電工程成為我國近些年發(fā)展的重要任務(wù)之一。在水利樞紐工程實(shí)施中，導(dǎo)流隧洞的修建十分關(guān)鍵，其可為水利樞紐建筑物施工提供必要條件，施工期屬臨時(shí)建筑物，部分情況下導(dǎo)流結(jié)束后還可改為永久性建筑，加強(qiáng)其施工技術(shù)分析具有關(guān)鍵性意義。

1 水利樞紐工程導(dǎo)流洞概述

不同于其他類型的工作，水利水電建設(shè)中始終存在河道水流蓄泄與施工間的矛盾，在整個(gè)項(xiàng)目作業(yè)過程中，必須將水流控制落實(shí)到位，由此施工導(dǎo)流成為水利樞紐工程的重要組成部分。施工導(dǎo)流系統(tǒng)的運(yùn)用主要涉及以下問題：（1）導(dǎo)流建筑物類型的選擇與布置。（2）截流與圍堰工程。（3）施工期通航、度汛、蓄水應(yīng)用前臨時(shí)導(dǎo)流孔洞封堵。（4）施工期完建后的泄洪、第一臺機(jī)組發(fā)電的日期等。

文章主要圍繞導(dǎo)流洞的施工展開分析，長期以來水利樞紐工程導(dǎo)流洞的開挖面臨地質(zhì)條件、運(yùn)行工況相對復(fù)雜的情況，且不同斷面、尺寸的導(dǎo)流洞對施工技術(shù)的要求也存在較大的差異，對此只有合理地選擇開挖與支護(hù)工法，落實(shí)相關(guān)質(zhì)量控制措施，才能保證導(dǎo)流洞發(fā)揮其應(yīng)有的作用，保證后續(xù)施工作業(yè)順利完成，水利樞紐工程導(dǎo)流洞類型如表1所示。

表1 水利樞紐工程導(dǎo)流洞類型

2 水利樞紐工程導(dǎo)流洞開挖技術(shù)方法

2.1 開挖施工技術(shù)的選擇

在進(jìn)行導(dǎo)流隧洞施工時(shí)，需根據(jù)工程地質(zhì)特征合理制定開挖施工方法，不同圍巖類別施工處理方法、技術(shù)側(cè)重點(diǎn)均存在較大的差異，近年來新奧法已經(jīng)成為主流工法，嚴(yán)格遵循“少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”的原則，摸清地質(zhì)情況后，再科學(xué)開展開挖、支護(hù)工作，保證隧洞作業(yè)的安全性。目前，我國導(dǎo)流隧洞常用的開挖技術(shù)方法主要有以下幾種：（1）臺階法。將斷面分為兩個(gè)乃至多個(gè)工作面開挖。（2）全斷面開挖法。斷面一次開挖成型。（3）中隔墻法。開挖時(shí)斷面分為左右兩個(gè)部分進(jìn)行開挖。（4）分部開挖法。斷面分步開挖、逐步成型，若是先開挖斷面一部分作為導(dǎo)洞，則稱為導(dǎo)坑超前開挖法。（5）交叉中隔法。此方法綜合了臺階法與中隔墻法。實(shí)際工程中，施工單位需根據(jù)地質(zhì)情況，制訂針對性的施工方案，確保導(dǎo)流隧洞開挖工作的順利實(shí)施。

2.2 復(fù)雜特殊地質(zhì)支護(hù)方法

支護(hù)是導(dǎo)流隧洞施工的重要環(huán)節(jié)，通過圍巖加固保證后期施工安全，尤其是復(fù)雜特殊地質(zhì)條件下，必須根據(jù)隧道圍巖類別、隧洞工況、斷面以及開挖形式，合理選擇支護(hù)形式。

（1）超前支護(hù)。包括超前小導(dǎo)管錨桿、小管棚及大管棚等，超前支護(hù)參數(shù)具體如表2所示。

表2 Ⅳ、Ⅴ類圍巖的超前支護(hù)參數(shù)

（2）聯(lián)合支護(hù)。導(dǎo)流隧洞開挖若是遭遇Ⅴ類圍巖、斷層帶、節(jié)理密集帶等，必須采取聯(lián)合支護(hù)措施，有效抑制有害變形，各種支護(hù)方法適用情況如表3所示。此外，針對一些圍巖極其破碎的情況，可采用水泥卷式預(yù)應(yīng)力錨桿、中空自進(jìn)式錨桿支護(hù)，保證隧洞開挖安全。

2.3 不良地質(zhì)段其他處理方法

導(dǎo)流隧洞開挖施工中保證圍巖穩(wěn)定性是第一原則，對此必須做到超前探測、超前排水、超前支護(hù)，針對不良地質(zhì)段合理采用排水、灌漿加固等措施，具體處理方法如下：（1）斷層帶、軟弱巖層帶：可采用固結(jié)灌漿加固方法，部分嚴(yán)重地段增設(shè)懸吊錨桿。（2）巖溶發(fā)育地段：小溶洞掛網(wǎng)錨噴、注漿，巖溶管道落實(shí)洞內(nèi)外處理，加強(qiáng)排水，開挖揭露后以混凝土封堵。

表3 各種支護(hù)方法適用情況

3 實(shí)例探析水利樞紐工程導(dǎo)流洞開挖與質(zhì)量控制措施

文章主要以陜西省東莊水利樞紐工程中的導(dǎo)流洞項(xiàng)目為例展開分析，具體如下。

3.1 工程概況

陜西省東莊水利樞紐是國家重點(diǎn)水利工程，一等、大（1）型工程，導(dǎo)流洞按有壓流設(shè)計(jì)，城門洞型（17m×19m），頂拱角度為120°，導(dǎo)流洞開挖輪廓線如圖1所示。

圖1 導(dǎo)流洞開挖輪廓線（單位：m）

3.2 導(dǎo)流洞沿線地質(zhì)情況

導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡位于壩軸線上游，河床附近及部分地區(qū)基巖裸露，巖體表層風(fēng)化、卸荷跡象明顯，局部存在溶蝕現(xiàn)象，巖體部分區(qū)域可見松動或變形錯位痕跡；弱卸荷帶厚度一般為10～15m，裂隙寬度一般為1～5mm，局部為5～8mm，裂隙壁面彎曲粗糙，充填泥膜、鈣膜及鈣質(zhì)土，局部存在溶蝕。

導(dǎo)流洞洞身長度為912.50m，埋深20～202m，巖體整體較完整，巖石強(qiáng)度較高，地應(yīng)力水平不高，洞室圍巖以Ⅱ～Ⅲ類為主。

導(dǎo)流洞出口邊坡位于壩址區(qū)化石溝下游約150～300m處，主要出露基巖為奧陶系中統(tǒng)馬家溝組（O2m4-2）巨厚層灰?guī)r，邊坡強(qiáng)卸荷帶厚5～10m，寬度一般為1～3cm，局部為3～5cm，壁面彎曲粗糙，部分平直粗糙，充填濾泥、鈣質(zhì)土、巖屑及植物根系等，局部存在溶蝕現(xiàn)象；弱卸荷帶水平深度為10～15m，裂隙寬度一般為1～3mm，局部為3～5mm。

3.3 導(dǎo)流洞開挖施工方法

（1）開挖方案。該標(biāo)段地下洞挖工程主要為導(dǎo)流洞出口段導(dǎo)0+460.0m～導(dǎo)0+912.5m。在施工安排上首先利用上游施工便道和已沿導(dǎo)流洞軸線貫穿的勘探試驗(yàn)洞進(jìn)入導(dǎo)流洞出口位置，展開導(dǎo)流洞出口邊坡599.00m高程以上邊坡開挖和支護(hù)，初步具備導(dǎo)流洞擴(kuò)挖條件，其次在一期圍堰的保護(hù)下，完成上層（上擴(kuò)段）以及中層的開挖和支護(hù)，最后在二期圍堰保護(hù)下，完成導(dǎo)流洞下層的開挖，最終和上游Ⅰ標(biāo)貫通。

導(dǎo)流洞洞身為城門洞型，開挖斷面尺寸為18.8m×20.7m，主要為II、III類圍巖；根據(jù)圍巖特點(diǎn)和開挖斷面尺寸及現(xiàn)場施工條件，導(dǎo)流洞洞挖分三層進(jìn)行，第一層高度為8.5m，第二層高度為7.7m，第3層高度為4.5m。

第一層開挖采用手風(fēng)鉆或多臂鉆水平造孔，周邊光面爆破；第二層開挖采用液壓鉆機(jī)鉆垂直孔，兩側(cè)邊墻采用YQ100B潛孔鉆造光爆孔，半斷面開挖；第三層全斷面開挖，采用液壓鉆鉆孔，復(fù)合消能爆破技術(shù)開挖。第一層開挖采用自制作業(yè)臺車進(jìn)行鉆爆施工，第二層及第三層采用垂直鉆孔爆破施工。

（2）開挖工程量。該合同石方洞挖為154124m3，各類支護(hù)錨桿7147根，噴射混凝土260.7m3，掛網(wǎng)鋼筋78.5t，錨筋樁21.5t，地下洞挖開挖及支護(hù)工程量具體如表4所示。

表4 地下洞挖開挖及支護(hù)工程量表

（3）開挖技術(shù)要點(diǎn)。分層洞挖：該項(xiàng)目導(dǎo)流洞分3層開挖，上層（上擴(kuò)段）高度為7.5m，中層（下臥段）高度為10m，下層（保護(hù)層）高度為3.2m。施工順序?yàn)橄壬蠈?，再中層，后下層，由樁?+912.5m向上游進(jìn)口方向掘進(jìn)；先貫通上層（上擴(kuò)），再進(jìn)行中層（下臥）和保護(hù)層開挖。上中層全斷面開挖、下層分幅開挖。①第一層開挖。第一層開挖面積約87.06m2，根據(jù)設(shè)計(jì)斷面最開挖高度取8.5m，開挖循環(huán)進(jìn)尺根據(jù)圍巖類型及鉆孔方式不同，Ⅱ、Ⅲ類圍巖控制在3.0（手風(fēng)鉆）～6.0m（單臂鉆），Ⅳ類圍巖控制在1.5～2.5m。起爆網(wǎng)絡(luò)采用非電雷管孔內(nèi)延時(shí)起爆，周邊光面爆破。第一層開挖采用手風(fēng)鉆、多臂鉆進(jìn)行鉆孔爆破，開挖輪廓采用光面爆破。第一層開挖擬爆破參數(shù)如表5、表6、表7所示。具體以爆破試驗(yàn)為準(zhǔn)。②第二層開挖。第二層開挖采用半斷面，開挖面積約188m2，梯段掘進(jìn)，進(jìn)尺控制在20m，臺階高度取7.7m，半斷面掘進(jìn)，采用D7液壓鉆垂直造孔，邊墻光爆孔采用YQ100B鉆孔，起爆網(wǎng)絡(luò)采用非電雷管孔內(nèi)延時(shí)起爆。③第三層開挖。第三層開挖采用全斷面，開挖面積為112.8m2，梯段掘進(jìn)，進(jìn)尺控制在10.8m，底板預(yù)留保護(hù)層為4.5m，采用D7液壓鉆垂直造孔，復(fù)合消能爆破技術(shù)開挖，起爆網(wǎng)絡(luò)采用非電雷管孔內(nèi)延時(shí)爆破，周邊由中層一次光爆到位。

表5 導(dǎo)流洞第一層Ⅱ、Ⅲ類圍巖爆破參數(shù)表（手風(fēng)鉆）

表6 導(dǎo)流洞第一層Ⅱ、Ⅲ類圍巖爆破參數(shù)表（多臂鉆）

表7 導(dǎo)流洞第一層Ⅳ類圍巖爆破參數(shù)表（手風(fēng)鉆）

3.4 質(zhì)量控制措施

該工程導(dǎo)流洞洞室所在區(qū)域大部分為Ⅱ、Ⅲ類圍巖，小部分為Ⅳ類圍巖，為保證作業(yè)安全、高效、高質(zhì)完成，根據(jù)不同圍巖地質(zhì)情況制訂了針對性的開挖、支護(hù)方案，并落實(shí)以下質(zhì)量控制措施：（1）鉆孔質(zhì)量管理。由合格鉆工嚴(yán)格按照測量定出的中線、腰線、開挖輪廓線和測量布孔進(jìn)行鉆孔作業(yè)。各鉆工分區(qū)、分部位定人定位施鉆，實(shí)行嚴(yán)格的鉆工作業(yè)質(zhì)量經(jīng)濟(jì)責(zé)任制。技術(shù)人員現(xiàn)場旁站，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決現(xiàn)場技術(shù)問題。每排炮由值班質(zhì)量工程師按“平、直、齊”的要求進(jìn)行檢查，做到炮孔的孔底落在爆破規(guī)定的同一個(gè)鉛直斷面上（梯段爆破為水平面）；為了減少超挖，周邊孔的外偏角控制在設(shè)備所能達(dá)到的最小角度。光爆孔、預(yù)裂孔及掏槽孔的偏差不得大于5cm，其他炮孔孔位偏差不得大于10cm。（2）爆破質(zhì)量管理。落實(shí)爆破試驗(yàn)工作，科學(xué)確定不同開挖作業(yè)面的爆破參數(shù)，保證隧洞開挖質(zhì)量滿足要求；合理控制裝藥質(zhì)量、周邊孔爆破時(shí)間等，裝藥前將鉆孔清理干凈，藥卷必須落在孔中心線上，確保爆破效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)嚴(yán)格控制單響藥量，防止爆破振動影響已支護(hù)部分；全面落實(shí)爆裂面爆破情況檢查工作，檢查預(yù)裂孔是否連成一條線；孔壁是否存在裂紋；孔間巖石層面是否平順、光滑。（3）爆破成果分析、總結(jié)及驗(yàn)收。導(dǎo)流洞在爆破過程中及時(shí)總結(jié)，每次爆破完成后進(jìn)行驗(yàn)收。

光面爆破和預(yù)裂爆破必須達(dá)到以下要求：（1）殘留炮孔痕跡在開挖輪廓面上均勻分布。（2）炮孔痕跡保存率：對完整巖體達(dá)到80%以上；對較完整和完整性差的巖石不少于50%，對較破碎和破碎巖石不少于20%。（3）相鄰兩孔間的巖面平整，孔壁沒有明顯的爆震裂隙。（4）相鄰兩茬炮之間的臺階應(yīng)不大于2cm。（5）預(yù)裂爆破后，必須形成貫穿連續(xù)性的裂縫，預(yù)裂縫寬度應(yīng)不小于0.5cm。

4 結(jié)束語

綜上所述，在水利樞紐工程建設(shè)中，導(dǎo)流隧洞在水流控制方面發(fā)揮著重要的作用。在導(dǎo)流洞實(shí)際作業(yè)中，必須嚴(yán)格根據(jù)項(xiàng)目地質(zhì)條件、施工要求等合理選擇開挖、支護(hù)方法，落實(shí)各道工序，并加強(qiáng)施工參數(shù)控制、工序質(zhì)量檢查等工作，切實(shí)保證隧洞順利貫通，為后續(xù)施工奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。