大跨度淺埋式導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段一次支護(hù)設(shè)計(jì)與施工
——以糯扎渡水電站2號(hào)導(dǎo)流洞為例

曹建東

(江西省水利水電建設(shè)有限公司，江西 南昌330025)

【摘要】隨著我國(guó)水電建設(shè)的發(fā)展，大跨度導(dǎo)流洞在水電工程中越來(lái)越多，其中埋藏較淺的大跨度導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段存在著較大安全隱患。本文以糯扎渡水電站2號(hào)導(dǎo)流洞為例，對(duì)該部位的開(kāi)挖支護(hù)設(shè)計(jì)與施工方案進(jìn)行了研究，對(duì)類(lèi)似工程具有重要的參考和借鑒價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】導(dǎo)流洞；開(kāi)挖支護(hù)；設(shè)計(jì)；施工

中圖分類(lèi)號(hào)：TV551.1

Large-span shallow embedded diversion tunnel inlet reducing section

primary support design and construction

—with Nuozhadu Hydropower Station No.2 diversion tunnel as an example

CAO Jiandong

(JiangxiWaterandHydropowerConstructionCo.,Ltd.,Nanchang330025,China)

Abstract:Large span diversion tunnel is more and more applied in hydropower projects with the development of hydropower construction in China, wherein shallow embedded large-span diversion tunnel reducing section has larger safety hidden danger. In the paper, Nuozhadu Hydropower Station No. 2 diversion tunnel is adopted as an example for studying excavation support design and construction plan in the part, thereby it has important reference value for similar projects.

Key words: diversion tunnel; excavation support; design; construction

由于大跨度淺埋式導(dǎo)流洞進(jìn)口段開(kāi)挖斷面大，開(kāi)挖后圍巖的穩(wěn)定性及初期支護(hù)措施是施工中的主要技術(shù)難點(diǎn)[1-2]。糯扎渡水電站2號(hào)導(dǎo)流洞的洞室跨度大，漸變段最大開(kāi)挖跨度達(dá)27.6m，圍巖變形較大，不利于洞室的穩(wěn)定，合理選擇開(kāi)挖支護(hù)方案對(duì)于保證洞室的穩(wěn)定、提高施工質(zhì)量具有重要意義。

1工程概況

糯扎渡水電站位于云南省瀾滄江下游干流上，屬于瀾滄江梯級(jí)規(guī)劃中的第五級(jí)，距下游景洪水電站102km，距上游大朝山水電站215km。壩址緊鄰思—瀾公路，距普洱市98km，距瀾滄76km。糯扎渡水電站是大(1)型一等工程，以發(fā)電為主，兼具防洪、養(yǎng)殖和旅游等綜合功能。水庫(kù)庫(kù)容237億m3，裝機(jī)容量9×650MW。該工程設(shè)計(jì)有1～5號(hào)5條導(dǎo)流洞。1號(hào)、2號(hào)、5號(hào)導(dǎo)流洞位于左岸，3號(hào)、4號(hào)導(dǎo)流洞位于右岸。

2號(hào)導(dǎo)流洞為方圓形斷面，斷面尺寸為16m×21m，進(jìn)口底板高程為605.00m，出口高程為576.00m，洞長(zhǎng)1142m；結(jié)合段前隧洞底坡度3.81%，結(jié)合段后隧洞底坡度為0；其中0+896.710～0+941.041處有一轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)彎半徑100m，轉(zhuǎn)角25°23′59″，導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段長(zhǎng)30m，最大開(kāi)挖斷面尺寸為27.6m×26.3m，其橫剖面如圖1所示。導(dǎo)流洞洞口段埋深較淺，上覆巖體厚僅27.2m，且地質(zhì)條件復(fù)雜。

圖1　2號(hào)導(dǎo)流洞漸變段橫剖面(單位：m)

2開(kāi)挖支護(hù)方案選擇

2.1漸變段開(kāi)挖方法選擇

漸變段開(kāi)挖方法的選擇不僅要考慮工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，還應(yīng)該考慮施工成本、安全系數(shù)以及施工工期，并綜合以上因素進(jìn)行分析與確定[3]。根據(jù)類(lèi)似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，大型洞室開(kāi)挖方法主要包括中隔墩開(kāi)挖、起拱開(kāi)挖、平頂開(kāi)挖三種。結(jié)合該工程的實(shí)際情況，對(duì)2號(hào)導(dǎo)流洞漸變段采用各種開(kāi)挖方法進(jìn)行比較，見(jiàn)表1。

表1　開(kāi)挖方案主要技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

根據(jù)以上比較分析，結(jié)合工期要求、圍巖條件和施工成本，確定2號(hào)導(dǎo)流洞漸變段采用平頂開(kāi)挖方法。

2.2導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)2號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口段具體情況以及平頂方式的要求，開(kāi)挖施工分區(qū)如圖2所示，并據(jù)此進(jìn)行隧洞開(kāi)挖一次支護(hù)措施設(shè)計(jì)。分別在導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)隔5m共17個(gè)監(jiān)測(cè)斷面埋設(shè)收斂觀測(cè)儀，監(jiān)測(cè)與漸變段開(kāi)挖、支護(hù)施工過(guò)程同步進(jìn)行，可及時(shí)得到漸變段開(kāi)挖、支護(hù)施工過(guò)程中圍巖變形及應(yīng)力變化情況。

2.3圍巖應(yīng)力數(shù)值計(jì)算

對(duì)2號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)行初始地應(yīng)力場(chǎng)回歸分析，并結(jié)合平頂開(kāi)挖方法建立三維有限元計(jì)算模型，對(duì)施工過(guò)程中圍巖應(yīng)力、變形情況進(jìn)行模擬(2號(hào)導(dǎo)流洞漸變段不同開(kāi)挖期圍巖的第一、第三主應(yīng)力的范圍和極值分析匯總結(jié)果見(jiàn)表2)，并將模擬計(jì)算結(jié)果作為開(kāi)挖、支護(hù)設(shè)計(jì)的主要參考，最終確定進(jìn)口洞頂巖體先采用懸吊錨筋樁，后采用預(yù)應(yīng)力錨索及超前錨桿錨固，再進(jìn)行隧洞進(jìn)口開(kāi)挖、支撐的施工開(kāi)挖程序[4]。

圖2　2號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段開(kāi)挖分層、分塊

2.4漸變段支護(hù)方式與參數(shù)選擇

導(dǎo)流洞漸變段以新奧法原理為指導(dǎo)，把巖體視為連續(xù)介質(zhì)，并認(rèn)為開(kāi)挖后圍巖在應(yīng)力的作用下產(chǎn)生變形導(dǎo)致松動(dòng)破壞并不是突發(fā)的現(xiàn)象，而是一個(gè)漸變性的動(dòng)態(tài)過(guò)程，因此在工程施工中考慮采用薄壁柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，以達(dá)到穩(wěn)定圍巖的目的，這種方式可以將圍巖當(dāng)作支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分，充分利用圍巖自身承載能力，不僅可以節(jié)省施工成本，還可以快速、安全施工[5]。為有效解決圍巖難以自穩(wěn)和拱頂拉應(yīng)力影響問(wèn)題，采用頂部懸吊錨筋樁從上部加錨，增加巖體的整體性。洞身支護(hù)采用深層支護(hù)與淺層支護(hù)結(jié)合的聯(lián)合支護(hù)方式，設(shè)計(jì)平頂開(kāi)挖成型方案，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件采用的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3。經(jīng)過(guò)實(shí)際工程驗(yàn)證，上述支護(hù)措施安全可靠。

表2　漸變段主要圍巖應(yīng)力　單位：MPa

表3　漸變段支護(hù)方式與技術(shù)參數(shù)

3開(kāi)挖支護(hù)施工

由于2號(hào)導(dǎo)流洞漸變段斷面跨度較大，最大跨度達(dá)27.6m，結(jié)合工程開(kāi)挖分層分區(qū)的實(shí)際情況，必須及時(shí)進(jìn)行分層支護(hù)。開(kāi)挖支護(hù)的主要施工工序如下：

先進(jìn)行洞內(nèi)0+020～0+030的開(kāi)挖工作，開(kāi)挖分三層進(jìn)行，待導(dǎo)流洞進(jìn)口邊坡下降至漸變段第一層開(kāi)挖底板高程時(shí)，完成懸吊錨筋樁施工，然后在洞外進(jìn)行剩余20m的開(kāi)挖支護(hù)施工。由于懸吊錨筋樁間排距4m×1m、深12～33m，在施工過(guò)程中需要從上到下進(jìn)行鉆孔，而洞臉加強(qiáng)支護(hù)錨索間排距4m×5m、深35m～55m，在施工時(shí)需要由外向內(nèi)施工，由于兩者施工區(qū)存在重合，同時(shí)考慮到鉆孔施工可能存在的誤差，容易造成兩種支護(hù)沖突，減弱支護(hù)效果，因此在施工中不僅要嚴(yán)格控制鉆孔精度和質(zhì)量，還要將懸吊錨筋樁施工安排在錨索施工之前，以避免施工干擾。具體施工過(guò)程如下：

a.施工前，進(jìn)口20m暫時(shí)保留，先進(jìn)行洞外明挖，待其高程下降到第一層底板高度，同時(shí)洞臉邊坡的超前錨固完成時(shí)，再進(jìn)行該段開(kāi)挖施工。

b.由于洞外明挖區(qū)域采用爆破開(kāi)挖法，因此要對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格控制，控爆區(qū)范圍確定為邊坡面20m以?xún)?nèi)。 4m以下的位置利用手風(fēng)鉆造孔，其中3～4m區(qū)域采用分層開(kāi)挖支護(hù)，其余區(qū)域利用潛孔鉆造孔，10m一層控制爆破，在爆破開(kāi)挖完成后要注意系統(tǒng)支護(hù)的及時(shí)跟進(jìn)。

c.當(dāng)進(jìn)口段明挖高程達(dá)到洞頂上方的馬道時(shí)，對(duì)洞頂圍巖采用懸吊錨筋樁預(yù)加固，并澆筑鋼筋混凝土蓋板與懸吊錨筋樁進(jìn)行有效連接。在巖體裂隙和破碎部位，首先利用錨筋樁孔實(shí)施固結(jié)灌漿，然后再進(jìn)行懸吊錨筋樁施工。

d.洞臉開(kāi)挖出露后，進(jìn)行125kN級(jí)預(yù)應(yīng)力鎖口錨桿加固施工。

e.為進(jìn)一步確保安全，開(kāi)挖前對(duì)漸變段頂拱部位進(jìn)行超前支護(hù)。

f.超前預(yù)支護(hù)完成后，即可開(kāi)始全斷面施工。全斷面共分三大層開(kāi)挖支護(hù)，第一層分三區(qū)進(jìn)行開(kāi)挖，每區(qū)支護(hù)必須緊跟開(kāi)挖面。同時(shí)，導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段采用鋼支撐(120b)作為加強(qiáng)支護(hù)，鋼支撐按照間距1m布設(shè)。

g.開(kāi)挖完成后，先初噴3～5cm厚混凝土。待其他支護(hù)施工結(jié)束后，再進(jìn)行復(fù)噴，使混凝土厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4結(jié)語(yǔ)

糯扎渡水電站2號(hào)導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段埋深較淺、開(kāi)挖跨度大，圍巖松散破碎、自穩(wěn)能力差。通過(guò)研究確定2號(hào)導(dǎo)流洞漸變段采用平頂開(kāi)挖一次支護(hù)的方法，經(jīng)過(guò)理論計(jì)算和工程檢驗(yàn)均效果良好。該方法對(duì)于國(guó)內(nèi)類(lèi)似工程具有重要的借鑒意義。

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