猴子巖水電站導流洞工程施工綜述

唐珂，朱永國

(國電大渡河猴子巖水電建設有限公司，四川康定626005)

1 概述

猴子巖水電站1#、2#導流洞同高程布置在大渡河左岸，由進水口、洞身段和出口明渠段組成。

導流洞進水口包括明渠段、喇叭口段和閘室段。1#、2#導流洞明渠段位于砂礫石覆蓋層，長約40 m，底板采用1 m厚鋼筋石籠護底，兩岸邊坡高程1 713 m以下為1 m厚混凝土護坡、高程1 713 m以上為掛網噴混凝土。喇叭口段基礎為巖石，長約30 m，底板與兩側邊墻均為1.5 m鋼筋混凝土。閘室段前后錯開布置，閘室頂部高程1 745 m，閘室尺寸為25 m×26 m×61 m(長×寬×高)，過流孔口由兩孔矩形斷面6.5 m×15 m(寬×高)漸變至一孔城門洞形斷面(洞身段斷面)。閘室段底板厚4 m，中墩厚5 m，邊墩厚4 m，基礎固結灌漿深度為8 m，間排距3 m。進口開挖邊坡高約170 m，采用系統錨桿、預應力錨索與掛網噴混凝土支護。

兩條導流洞斷面尺寸均為13 m×15 m(城門洞型)，進口底板高程1 698 m，出口底板高程1 693 m。1#、2#導流洞洞身段分別長1 557.771 m和1 984.238 m，平均縱坡分別為3.22‰和2.53‰。1#導流洞自樁號0+928至出口段與2#泄洪洞結合布置(1#導流洞后期改建為2#泄洪洞)。1#、2#導流洞漸變段長25 m，堵頭段長45 m。導流洞洞身段的襯砌型式根據不同洞段圍巖地質類別及運行條件其襯砌厚度與開挖支護典型斷面如圖1、2所示。

1#導流洞出口邊坡開挖高度約90m，采用系統錨桿、錨索和掛網噴混凝土支護，明渠底寬13～15.8 m，長約53 m，采用1.5 m厚鋼筋混凝土襯砌。2#導流洞出口邊坡開挖高度約50 m，采用系統錨桿、錨索和掛網噴混凝土支護，明渠底寬13～18 m，長約60 m，采用1.5 m厚鋼筋混凝土襯砌。

圖1 Ⅳ類圍巖襯砌與開挖支護典型斷面圖

圖2 Ⅲ2類圍巖襯砌與開挖支護典型斷面圖

根據設計，導流洞漸變段、堵頭段、Ⅳ類圍巖洞段、Ⅴ類圍巖洞段、部分Ⅲ類圍巖變形較大的洞段以及進水塔基礎、泄洪洞結合洞段均需進行固結灌漿。全部洞身段頂拱120°范圍均需進行回填灌漿。

猴子巖水電站導流洞工程區巖體為志留系上統(S3)～泥盆系下統(D1)變質灰巖、絹云母石英白云片巖、泥質結晶白云巖等，其中以泥盆系下統(D1)變質灰巖為主。地質構造以次級小斷層、擠壓破碎帶、節理裂隙為特征，無區域性斷裂通過，規模較大的斷層主要有F0、F3和FS－1。F0斷層及其影響帶寬約17～18 m，由碎粒巖、碎粉巖組成，巖性較軟，局部自穩性差。F3斷層寬約11～12 m，由碎粒巖、碎粉巖組成，遇水呈泥狀，性狀極軟，圍巖自身不穩，斷層處滲水量較大。FS－1斷層位于導流洞進口邊坡與進口洞身段，帶寬1～1.2 m，影響帶寬約2 m，主要由破碎巖、碎粒巖、碎粉巖組成。2#導流洞洞身出口段約230 m長穿過泥洛堆積體下部，由碎裂巖、白云片巖等組成，為強風化、強卸荷巖體，裂隙發育，圍巖呈碎裂結構，為Ⅴ類圍巖。

導流洞進口為泥盆系下統(D11)第11層中的中厚層～厚層狀白云質灰巖、變質灰巖，邊坡巖體中以層面裂隙為主，層面走向與邊坡走向呈小角度相交，為典型的順向坡。進口邊坡頂部堆積體分布高程為1 835～1 880 m，天然坡度約25°～35°，順河流方向長約110 m，厚約10～15 m，總方量約6萬m3，主要為崩坡積塊碎礫石土，結構松散。

1#導流洞出口邊坡為泥盆系下統薄～中厚層變質灰巖、白云質灰巖及志留系上統泥質結晶白云巖夾絹云母石英白云片巖，為強風化～弱上風化帶巖體，微小斷層、層面、裂隙面等結構面發育。

2#導流洞出口邊坡為志留系下統的泥質結晶白云巖、鈣質絹云母白云片巖，為強風化、強卸荷巖體，層面裂隙發育，以碎裂結構為主，總體為Ⅴ類巖體。

2 圍堰工程

2.1 進口圍堰

導流洞進口采用土石圍堰，圍堰堰體采用土工布防滲，圍堰基礎防滲采用控制性水泥灌漿，灌漿深度為15 m。擋水標準為全年10年一遇洪水(Q=4 450 m3/s)，考慮洪水涌浪與河岸淤渣等影響，堰頂高程為1 707 m。

2.2 出口圍堰

1#、2#導流洞出口圍堰分開布置，均利用開挖預留的巖埂、在巖埂上砌筑漿砌石圍堰的結構形式。出口圍堰的擋水標準為全年10年一遇洪水(Q=4 450 m3/s)。考慮洪水涌浪與河岸淤渣等影響，堰頂高程為1 708 m。

3 開挖與錨噴支護

3.1 進口邊坡

對邊坡頂部堆積體覆蓋層直接采用反鏟進行開挖削坡、翻渣。開挖削坡后，采用錨桿、掛網噴混凝土支護，底部設2 m高混凝土擋墻，擋墻基礎布置插筋以增強擋墻的抗滑力。

巖石邊坡開挖采用先預裂、后開挖的淺孔梯段爆破施工。預裂孔的深度在同一級邊坡高度為20 m;爆破開挖分層厚度一般控制在5～10 m。由于進口邊坡為典型的順向坡，巖體層面裂隙發育，邊坡局部塌方在施工前期時有發生，高程1 743m、1 763m、1 783m的馬道未能形成。后通過降低開挖爆破的層厚，每開挖一層及時進行錨桿、掛網噴混凝土支護才有效解決了坡面局部坍塌問題，保證了施工安全。

進口邊坡預應力錨索均為無粘結型，分為150 t、200 t、300 t三種規格。采用HM－70型錨桿鉆機鉆孔，孔徑一般為130～160 mm;對于難以成孔的孔段，采用固結灌漿進行固壁處理。

3.1.2 進口邊坡變形的處理

2009年11～12月，進口邊坡開挖至1 723～1 733 m高程時，多點位移計監測單月最大增幅37.32 mm，錨索測力計單月最大增幅464.562 kN;開挖邊坡及其頂部覆蓋層噴混凝土出現多條拉裂縫，寬2～20 mm。監測結果表明邊坡出現了較大變形。設計單位經補充勘探和復核分析后，于2010年4月提出了加固處理方案:保留1#、2#導流洞之間1 718 m高程以下巖埂，同時將1#、2#導流洞進口閘室整體前移5 m，對1#、2#導流洞正面邊坡1 763～1 723 m高程的預應力錨索加密加強，新增3 000 kN預應力錨索162束。原設計方案為2 000 kN預應力錨索，間排距6 m×6 m，加密后的錨索間排距為3 m×3 m。

2010年7月，在完成1 723 m高程以上邊坡加密錨索施工后，采取控制爆破、加強支護等措施，于2010年11月完成了1 723 m高程以下閘室開挖，2011年3月，閘室段混凝土澆筑至1 723 m高程。截止目前，安全監測資料表明進口邊坡整體已處于基本穩定狀態。

3.2 洞身段

3.2.1 開挖與支護

洞身段的開挖支護分上下半洞進行，先通過1#、2#施工支洞的上層支洞進行上半洞(頂拱部分)施工，隨后利用1#、2#施工支洞的下層支洞進行下半洞的開挖支護。上半洞的開挖采用手風鉆鉆孔、全斷面掘進、周邊光爆的方法，視地質情況，錨桿、拱架支撐、掛網噴混凝土緊跟開挖面進行。對于地質條件差、地下水發育的局部洞段，分兩層進行上半洞的開挖支護，上層采用中導洞先行、兩側跟進的方法，中導洞開挖后及時進行拱架支撐與錨桿的施工，兩側擴挖后及時完成全部頂拱范圍的拱架支撐與錨桿施工，中導洞的頂部與兩側擴挖的周邊同樣采用光面爆破。

下半洞的開挖大致分為兩種方法。方法一:潛孔鉆拉中槽深孔梯段爆破，邊墻及底板預留保護層、采用光面爆破。邊墻開挖后，及時進行系統錨桿與噴混凝土施工。對于Ⅳ類、Ⅴ類圍巖，將上部的拱架支撐及時向下引接，形成完整的支撐結構。方法二:分上下兩個臺階，先開挖上臺階，再開挖下臺階(一般厚3～4 m，類似保護層開挖)。上下臺階均采用手風鉆鉆水平孔爆破，兩側及底部光面爆破、不留保護層。

3.2.2 不良地質洞段

由于猴子巖水電站導流洞地應力較高，洞身開挖施工期間多處出現較大變形，外觀表現為格柵拱架變形，噴混凝土開裂脫落。其中，1#導流洞0+330～0+380段與2#導流洞K0+670～K0+750、K0+780～K0+890段變形量較大，變形持續時間長。為保證施工期及導流洞后期運行安全可靠，根據設計通知，對不良地質洞段、變形較突出的部位，采取了預應力錨桿加強支護的措施，較好地解決了洞身段頂拱變形的問題。設計預應力錨桿的長度為9 m，入巖深度8.8 m，間排距2.5 m，直徑32 mm，預應力為150 kN。預應力錨桿的鉆孔與安裝均由錨桿臺車施工，注漿機具選用砂漿泵。

對于2#導流洞穿過泥洛堆積體洞段，施工過程中參建各方均高度重視，嚴格按照設計圖紙進行格柵拱架、系統錨桿、掛網噴混凝土施工，施工過程中未出現塌方或明顯變形。

3.2.3 塌方段的處理

在洞身開挖過程中，2#導流洞K0+430～K0+460、K0+750～K0+775的頂拱以及K1+088～K1+108段左側邊墻由于巖石破碎或不利結構面的組合，先后發生塌方，塌方最大高度為3.1～4.5 m，最大跨度達11 m左右，塌方量分別達到380 m3、785 m3、400 m3。對于頂拱塌方段及其相鄰部位，采用I18型鋼拱架支撐、掛鋼筋網、噴混凝土、及早施工系統錨桿等加強支護措施，拱架盡量緊貼巖面。對于脫空超出50 cm的部位，增設縱橫向鋼支撐和副拱，以確保圍巖穩定與施工安全。對于邊墻塌方段，采用型鋼拱架、系統錨桿、噴混凝土封閉、回填混凝土等加固處理措施。

3.3 出口邊坡

土石方明挖采取自上而下開挖，先覆蓋層，后石方分層開挖的方式。石方開挖采用自上而下分層開挖，建基面預留1～2 m厚保護層。保護層開挖采用分層淺孔、孔底設柔性墊層電火花起爆。

邊坡支護在分層開挖過程中逐層進行，上層支護保證下層開挖安全，巖石狀況較好部位可滯后一個開挖梯段，巖石差的部位緊跟開挖工作面及時進行支護。每層邊坡開挖完成后，立即進行腳手架的搭設，然后在腳手架上進行各類支護作業施工。利用錨桿外露部分掛鋼筋網，噴混凝土在該部位各類錨桿施工結束后進行。錨索施工在每一級邊坡馬道開挖形成后預留工作面搭設專門排架進行施工。

4 混凝土施工

4.1 進水口混凝土施工

4.1.1 進水塔1 723 m高程以下混凝土施工

閘室底板厚4 m，分兩層通倉澆筑，先澆筑1 696m高程以下底板及齒槽混凝土，然后進行邊墩和中墩部位固結灌漿施工，隨后澆筑1 698 m高程以下底板混凝土。塔身混凝土施工實行中墩、邊墩流水作業，澆筑分層厚度為3～4 m。進水塔底板和1 706 m高程以下中墩、邊墩混凝土澆筑采用自卸汽車運輸、長臂反鏟入倉，邊角部位采用6～9 m3混凝土攪拌車運輸、HBT60混凝土泵入倉，鋼筋、模板以20 t汽車吊吊裝為主、人工搬運為輔。1 706m高程以上中墩、邊墩以及塔身混凝土澆筑，采用6～9 m3混凝土攪拌車運輸、汽車泵入倉，鋼筋、模板采用20 t建筑塔機吊運入倉。

4.1.2 進水塔1 723 m高程以上混凝土施工

在閘室段1 723 m高程以下混凝土澆筑完成后，導流洞已具備過流條件。對1 723 m高程閘門槽孔洞做好封閉措施，再進行1 723 m高程以上的混凝土澆筑。采用6～9 m3混凝土罐車運輸，溜槽配合混凝土泵、真空溜管入倉，鋼筋、模板采用20 t建筑塔機吊運入倉。

4.2 洞身段混凝土施工

4.2.1 底板混凝土施工

經設計同意，洞身底板與兩側邊墻混凝土施工分縫部位低于底板表面15 cm，有利于保證洞身襯砌的外觀質量。除漸變段外，底板混凝土施工分塊標準長度為12 m，與鋼模臺車相適應。在洞身圍巖類別變化處設置變形縫，變形縫一側存在分塊長度為5.84～12.4 m的非標準長度。底板混凝土由6～9 m3混凝土攪拌車運輸，泵送入倉，人工抹面收光。

4.2.2 標準洞段邊頂拱混凝土

直線段邊頂拱混凝土襯砌采用12 m鋼模臺車施工，鋼筋臺車超前鋼模臺車至少12 m。混凝土由6～9 m3混凝土攪拌車運輸，泵送入倉。澆筑速度控制在每小時1 m以內，兩側邊墻混凝土上升應均衡，澆筑高差小于80 cm。洞身轉彎段邊頂拱混凝土襯砌施工時，將12 m鋼模臺車拆分為2個6 m鋼模臺車，彎段內側兩臺車并攏，外側兩臺臺車間的空隙采用預制的異形模板銜接。

4.2.3 漸變段邊頂拱混凝土

進口漸變段混凝土分兩倉施工，一倉長15 m，一倉長10 m。邊頂拱混凝土襯砌采用滿堂腳手架支撐鋼木組合模板。混凝土由6～9 m3混凝土攪拌車運輸，泵送入倉。邊墻和中墩每倉上升高度為3～4 m，中墩先行澆筑至拱頂，中墩兩側頂拱分兩倉澆筑，分縫位置距離中墩外緣約20 cm。邊墻頂部預留50 cm與頂拱一起澆筑。

4.2.4 堵頭段邊頂拱混凝土施工

堵頭段長45 m，分4段澆筑，襯砌分段長度為6～12 m。邊頂拱混凝土襯砌采用滿堂腳手架支撐，兩側邊墻模板采用1.5 m×1 m鋼模板拼裝，頂拱采用30 cm和10 cm寬的小型鋼模板拼裝。混凝土由6～9 m3混凝土攪拌車運輸，泵送入倉。兩側邊墻分倉高度為3～4 m，邊墻上部預留1 m與頂拱同倉澆筑。

4.3 出口明渠混凝土施工

出口明渠底板和兩側邊墻混凝土分開施工。底板按照設計分塊長度通倉澆筑，邊墻分倉高度為3～5 m。混凝土由6～9 m3混凝土攪拌車運輸，混凝土泵送入倉為主，有條件的倉位輔以溜槽入倉。

5 灌漿工程施工

同一施工部位的鉆孔灌漿遵循先回填灌漿、后固結灌漿的程序。回填灌漿采用在預埋管中鉆孔的方法，YT28手風鉆鉆孔，待混凝土達到70%強度后進行灌漿。固結灌漿在回填灌漿結束7 d后進行，采用YT28手風鉆或圓盤鉆機鉆孔，淺孔采取全孔一次灌漿的方式，深度超過6 m的固結灌漿采用自上而下分段灌漿法，每孔分為2段，先灌靠近襯砌側，均采用L－800型高速制漿機制漿，送漿泵TTB180/10送漿，3SNS－A高壓注漿泵灌漿，灌漿自動記錄儀記錄灌漿全過程。

6 質量檢測與評價

根據監理測量復核，導流洞上下段洞挖貫通誤差均在規范允許范圍之內，其中1#洞軸線橫向偏差19 mm、縱向誤差31 mm、豎向偏差6 mm，2#洞軸線橫向偏差11 mm、縱向誤差25 mm、豎向偏差15 mm。根據圍巖松動圈聲波檢測及鉆孔全景成像對比分析，洞身圍巖松弛圈深度一般為2～4 m，說明開挖爆破對圍巖損傷不大。

混凝土澆筑外觀質量總體較好，無蜂窩、麻面。根據對混凝土試驗檢測結果進行分析，混凝土抗壓強度、抗沖磨指標均滿足設計要求。經物探檢測分析，洞身襯砌混凝土總體振搗密實，與圍巖結合較好。回填灌漿與固結灌漿質量經檢查孔取芯及壓水試驗檢測分析，各主要指標均滿足設計要求。

分流驗收前國家電力建設工程質量監督總站的質量監督意見為:猴子巖水電站導流洞工程共評定單元工程質量3 118個，合格率100%，優良率92.8%。

7 結語

猴子巖水電站兩條導流洞合計長達3.5 km，開挖斷面較大。由于受進口順層坡面裂隙發育、洞身段地應力高且擠壓破碎帶分布密集等不利地質條件影響，施工難度較大。猴子巖水電站導流洞于2008年9月開始施工，2011年3月底順利通過分流前驗收并如期實現過流。施工過程中，克服了進口邊坡變形、洞身段多處塌方、變形等困難，為類似地下洞室工程的施工積累了一定經驗。