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(hù)方案的動(dòng)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(shí)際揭示的地質(zhì)情況和邊界條件，在施工中對(duì)開挖支護(hù)方案進(jìn)行了動(dòng)態(tài)調(diào)整，包括進(jìn)洞方案、洞身開挖方案、中下層邊墻支護(hù)方案的調(diào)整。通過開挖支護(hù)方案的動(dòng)態(tài)調(diào)整，在確保安全的前提下加快了施工進(jìn)度和節(jié)約了工程投資。該工程溢洪洞開挖支護(hù)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(yàn)借鑒。

特大斷面 溢洪洞 開挖支護(hù) 動(dòng)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(jī)容量1700MW(425MW×4臺(tái))，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(jìn)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(jìn)口為WES型實(shí)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(jìn)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(diǎn)，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(shí)際地形，溢洪洞進(jìn)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(shí)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(jìn)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(jìn)口邊坡開挖，泄洪工程承包人進(jìn)場后可直接進(jìn)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(jìn)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(jìn)口方向開挖一條水平導(dǎo)洞貫通進(jìn)口，并以斜坡導(dǎo)洞和水平導(dǎo)洞為施工通道，從進(jìn)口端向出口端方向?qū)⑦M(jìn)口段洞身前70m左右的頂拱層開挖成型并完成支護(hù)施工；③從溢洪洞進(jìn)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(jìn)洞口外的施工道路連通；④以斜坡道為施工通道，依次進(jìn)行頂拱層、中層、下層及底板保護(hù)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(jì)約310m。

2.3 實(shí)施階段的施工方案

承包人按照招標(biāo)階段的施工方案進(jìn)行斜坡導(dǎo)洞開挖，開挖3m后，揭示該段巖石級(jí)別為Ⅳ類圍巖，屬于強(qiáng)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(shí)安全支護(hù)措施，即格柵鋼架和掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土支護(hù)。設(shè)計(jì)地質(zhì)預(yù)報(bào)進(jìn)口段50m為Ⅳ類圍巖(實(shí)際揭示進(jìn)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(shí)安全支護(hù)措施，且臨時(shí)安全支護(hù)措施無法與永久安全支護(hù)措施結(jié)合，臨時(shí)支護(hù)占直線工期且對(duì)投資控制不利。

根據(jù)現(xiàn)場揭示巖石條件和實(shí)際邊界條件，對(duì)洞身進(jìn)口段的開挖方案進(jìn)行了調(diào)整。在溢洪洞進(jìn)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(jī)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(gè)施工平臺(tái)便于爆破時(shí)停放鉆爆臺(tái)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(jìn)行頂拱層全斷面擴(kuò)挖，后再反向擴(kuò)挖進(jìn)口段，反向擴(kuò)挖時(shí)，利用上一開挖循環(huán)的部分渣料，形成支護(hù)施工平臺(tái)和下一開挖循環(huán)的鉆爆施工平臺(tái)。在洞身頂拱層向出口端方向開挖過程中，對(duì)斜坡道的坡度不斷降低以滿足自卸汽車通行要求。由于進(jìn)口段埋深淺、巖石條件差，斜坡導(dǎo)洞開挖過程中均及時(shí)采取了臨時(shí)安全支護(hù)措施。

實(shí)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(diǎn)：一是導(dǎo)洞的長度由310m縮短至50m，進(jìn)口段開挖所占的直線工期縮短；二是臨時(shí)安全支護(hù)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(hù)層共4層，進(jìn)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(kuò)挖跟進(jìn)的開挖方法施工，中導(dǎo)洞寬度7.0m，頂拱輪廓與溢洪洞對(duì)應(yīng)部位的頂拱重合，兩側(cè)擴(kuò)挖滯后于中導(dǎo)洞2～3個(gè)爆破循環(huán)，初噴混凝土和隨機(jī)錨桿緊跟掌子面，頂拱層系統(tǒng)支護(hù)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(hù)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(jī)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(shí)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(duì)投標(biāo)階段的開挖方案進(jìn)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(jìn)行施工的方案，加快了開挖進(jìn)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(duì)投標(biāo)階段的開挖方案進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。采用全斷面臺(tái)車一次性造孔，然后分兩個(gè)半幅進(jìn)行爆破，對(duì)先爆破的半幅渣料進(jìn)行簡單整平和排險(xiǎn)，并形成后半幅爆破的臨空面后，再對(duì)另半幅進(jìn)行裝藥爆破，最后將兩個(gè)半幅的渣料一起挖裝運(yùn)輸，渣料挖裝運(yùn)輸完成后立即進(jìn)行全斷面支護(hù)。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(duì)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(shí)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(dòng)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(gè)半幅進(jìn)行開挖，為減少爆破對(duì)淺埋深邊坡的震動(dòng)，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(shí)，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(duì)下部洞室的影響，中下層的開挖采用薄層、短進(jìn)尺、弱爆破的方式，分層厚度不大于3m，每循環(huán)的進(jìn)尺不大于5m。

4 溢洪洞中下層邊墻支護(hù)方案的調(diào)整

4.1 設(shè)計(jì)支護(hù)方案

設(shè)計(jì)藍(lán)圖中，Ⅳ類圍巖段的初期支護(hù)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(cuò)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(qiáng)錨桿，混凝土襯砌厚度為1.5m。

4.2 支護(hù)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(duì)原支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了深入分析討論，并做出了優(yōu)化調(diào)整。設(shè)計(jì)單位以設(shè)計(jì)通知明確，邊墻圍巖不穩(wěn)定的部位，初期支護(hù)參數(shù)與設(shè)計(jì)藍(lán)圖一致，邊墻圍巖局部穩(wěn)定性差的部位，初期支護(hù)措施部分減少。邊墻圍巖局部穩(wěn)定性差的部位，初期支護(hù)參數(shù)與設(shè)計(jì)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(duì)支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)調(diào)整，加快了支護(hù)施工進(jìn)度，節(jié)約了工程投資。

5 結(jié)語

目前，國家對(duì)水電站工程建設(shè)的環(huán)境保護(hù)越來越重視，從水電站長期運(yùn)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(huì)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(hù)方案隨地質(zhì)情況和邊界條件變化的動(dòng)態(tài)調(diào)整方案，歸結(jié)為以下幾個(gè)方面：

(1)針對(duì)高度大的特大斷面洞室，洞身進(jìn)口段采用填筑斜坡道至洞身中部，進(jìn)行斜坡導(dǎo)洞開挖至頂拱層后再反向擴(kuò)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(kuò)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(gè)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(dòng)爆破、側(cè)墻預(yù)留保護(hù)層進(jìn)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(hù)措施。

通過對(duì)開挖支護(hù)方案的動(dòng)態(tài)調(diào)整，在確保安全的前提下加快了施工進(jìn)度和節(jié)約了工程投資，對(duì)類似工程具有一定的借鑒價(jià)值。

TV732.3∶TV554.1

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2095-1809(2017)01-0033-03