猴子巖水電站色古溝溝水處理工程排水洞設計施工綜述

王光海，胡藝川

(國電大渡河猴子巖水電建設有限公司，四川康定 626005)

1 概述

色古溝為大渡河一級支流，位于猴子巖水電站壩址上游大渡河左岸，距壩址3.8 km，溝長10.2 km，流域面積32.1 km2，溝口高程約1705 m。根據《猴子巖水電站可行性研究報告施工組織設計》，色古溝溝口約1.5 km 范圍內規劃為猴子巖水電站施工期的主要棄渣場。規劃容量2000萬m3，堆渣高程1910 m。

2 地形、地質及水文條件

2.1 地形、地質條件

1#、2#排水洞進水口處山體雄厚，自然邊坡為65°～75°，坡體基巖裸露，局部植被覆蓋，出露地層為泥盆系中上統河心組(D2-3h)灰色中厚層狀白云質灰巖、變質灰巖。巖石致密堅硬，無強風化帶分布。據地表地質調查，巖體中以層面裂隙最為發育，并在左岸形成斜順向坡，地表局部可見沿順坡向層面的卸荷松動現象，邊坡整體穩定。

1#排水洞進口段洞樁號0+000～0+030巖性為白云質灰巖、變質灰巖，圍巖類別以Ⅳ類為主，圍巖穩定性較差。樁號0+030～0+700巖性為白云質灰巖、變質灰巖，為Ⅳ～Ⅴ類圍巖，穩定性差。出口段樁號0+700～0+777.4巖性為白云質灰巖、變質灰巖，圍巖類別以Ⅳ類為主。2#排水洞(高洞)洞線較短，水平埋深、垂直埋深均較淺，其工程地質條件同1#排水洞(低洞)的進口段及洞身段工程地質條件。

排水洞出口位于大渡河左岸、色古溝溝口下游約380 m。出口邊坡地形較陡，邊坡基巖裸露，巖性為泥盆系中上統灰色白云質灰巖、變質灰巖，巖石堅硬，無強風化帶分布。

2.2 水文氣象條件

色古溝所處流域屬川西高原氣候區，高程3000 m 以上屬亞寒帶及寒溫帶氣候，長冬無夏，春季多大風，天氣寒冷干燥，年平均氣溫在6℃以下，極端最低氣溫可達-36℃。海拔在2800 m以下地區年平均氣溫為6℃～12℃，冬季長達5～7個月，最低氣溫在-10℃以下。河谷地區較干燥，山地較濕潤。

色古溝系大渡河左岸的一級支流，溝口控制集水面積為32.1 km2，支溝洪水主要由降雨形成，具有暴漲暴落等山區性小流域洪水的一般特點。色古溝流域設計洪水采用《四川中小流域暴雨洪水計算手冊》中推理法計算。由推理公式求得色古溝溝口設計洪峰流量見表1。

表1 色古溝溝口設計洪水成果表

3 色古溝溝水處理工程設計

3.1 設計標準

色古溝溝水處理工程等別為Ⅴ等，主要建筑物為5級，設計洪水標準為50年一遇，相應洪水流量為56.8 m3/s，校核洪水標準為200年一遇，相應洪水流量為78.6 m3/s。

3.2 建筑物布置

色古溝溝水處理工程由排水洞、格柵壩及擋水壩等建筑物組成。排水系統由1#排水洞(低洞)、2#排水洞(高洞)及連接豎井組成。1#排水洞進口底板高程1890 m，出口底板高程1844 m，洞身長777.04 m，縱坡5.92%;2#排水洞進口底板高程1905 m，縱坡2%，在0+094.33處采用斜井與1#排水洞連接。1#、2#排水洞斷面均為城門洞型，襯砌后斷面寬4 m，高4～5 m，連接豎井直徑為4 m，均采用C25(底板及部分邊墻采用C35混凝土)鋼筋混凝土襯砌。1#排水洞出口采用挑流消能方式與大渡河銜接，挑坎高程為1844.02 m，挑坎半徑10 m，挑角18°。

4 色古溝溝水處理工程施工

4.1 平洞開挖

平洞開挖如圖1所示。洞挖采用人工持氣腿鉆在自制移動平臺上鉆孔并裝藥，采用直眼掏槽、微差分段、周邊光面爆破技術施工。掏槽孔和崩落孔采用耦合裝藥，非電毫秒雷管起爆;周邊光爆孔采用不耦合間隔裝藥，導爆索串接引爆。2#排水洞爆破石渣采用2 m3裝載機進洞裝渣，退出至洞外后，再裝入15 t 自卸汽車出渣。1#排水洞采用立爪式裝巖機裝8 t 自卸汽車運至指定渣場。

對于圍巖穩定性較差的洞段采取短進尺、多循環、弱爆破、強支護的施工工藝。開挖前，先進行超前支護，開挖后隨時觀測，一旦出現異狀，及時分析并采取相應措施進行處理。

4.2 斜井開挖

圖1 平洞開挖支護剖面圖

斜井開挖如圖2、3所示。斜井在1#排水洞、2#排水洞開挖完成后進行施工，平洞底板以上采用人工正導井施工，按先施工導井、再正向擴挖的順序進行，施工順序為:測量放樣、導井鉆孔、導井裝藥爆破、導井出渣、擴挖、出渣。

圖2 斜井段開挖剖面圖

圖3 斜井段三個斷面開挖支護剖面圖

4.3 支護的時機與支護方式的選擇

洞室施工強調的是適時支護。在排水洞施工中，我們總結出以下幾點經驗:

(1)軟巖的應力調整時間短，必須及時加以封閉支撐。松散巖土需要保持洞壁的整體性，不宜沖洗和擾動，最好在出渣之前利用渣料平臺提前素噴一次，將散粒體迅速粘結成整體并和空氣隔離，避免散粒體不斷脫落引發坍塌。由于軟巖的流變特性，要在一定時期內允許其發生比硬巖大的多的變形。只要密切監視其變形和變位情況，將系統支護及時跟進，大可不必恐慌;

(2)對硬脆巖體，必須仔細清理可能掉落的塊體，避免噴混凝土無法支撐其重量而掉落。由于硬巖區噴護厚度薄，噴護前必須仔細沖洗受噴面，提高噴混凝土和巖石的結合強度，避免噴層脫落引起風化;

(3)在地質條件較差地段，開挖前可根據情況在頂拱沿開挖線打一圈超前錨桿，與洞軸線大約成5°～10°的交角，可有效地穩定洞頂。對于個別松軟地段，可提前進行灌漿處理;

(4)對巖石情況較好的頁巖地段，爆破后需要及時安排人工仔細清理松散的巖塊避免其風化脫落。為加快施工進度，可以根據實際情況在爆破3～4個循環后安排集中支護一次，使鉆爆作業和支護施工交叉進行，既可以利用頁巖自穩能力較強的特點取得相對多的進尺，又可避免巖體過度風化引發危險，并使施工人員得到適當的輪休;

(5)對于裂隙發育的砂巖地段，人工清理松動巖體比較困難，主要安排反鏟在出渣后集中清理，以提高安全處理的可靠性。

4.4 鉆爆設計和鉆爆施工

洞挖采用YTP-28型氣腿鉆造孔，可移動鉆孔平臺車配合，炮孔布置如圖4所示。嚴格按照掌子面標定的孔位進行鉆孔作業，造孔前先根據拱頂中心線和兩側腰線調整鉆桿方向和角度，經檢查確認無誤后方可開孔。炮孔造完以后，由工程師按“平、直、齊”的要求進行檢查，對不符合要求的鉆孔重新造孔。

圖4 炮孔布置和起爆順序圖

洞內裝藥作業采用可移動作業平臺車配合。在鉆孔工序開始時，準備好各種規格藥卷以及各種段別的雷管。炮孔經檢查合格后方可進行裝藥爆破。裝藥嚴格遵守安全爆破操作規程，爆破孔采取柱狀連續裝藥，周邊孔采取空氣間隔裝藥。裝藥嚴格按照爆破設計圖(爆破參數在實施過程中不斷調整優化)進行，洞內采用非電起爆網絡，洞外采用電力起爆網絡。裝藥完成后，復核檢查確認無誤后，撤離人員和設備并做好警戒，然后進行引爆。

開挖施工過程中需一直啟動通風設備通風，爆破散煙結束后向爆渣灑水除塵，將有害氣體濃度控制在允許范圍內。

爆破后，由安全人員進行人工排險，清除掌子面及邊頂拱上殘留的危石及碎塊，保證進入人員及設備的安全。巖面破碎洞段在進行安全處理后，可先噴一層5 cm 厚C20混凝土，出渣后再次進行安全檢查及處理。在施工過程中，經常檢查已開挖洞段的圍巖穩定情況，清撬可能塌落的松動巖塊。

4.5 關鍵部位的施工措施

(1)加強地質預報，采取物理探測儀、超前鉆探或打導洞等方法，進一步探明前方地質情況。同時，注意觀察鉆孔巖粉變化情況，推測待挖面地質狀況。

(2)采用淺鉆孔、弱爆破、多循環的施工方法，減少對圍巖的擾動。

(3)采取超前錨固，一掘一支護，爆破后立即噴混凝土封閉巖面，出渣后，再打錨桿、掛網、噴混凝土，必要時設置鋼拱架(或格柵支架)支撐。

(4)加強施工安全監測，勤檢查和巡視并及時分析監測成果和檢查情況，掌握圍巖應力應變情況，及時采取行之有效的支護措施。

4.6 邊坡和洞口保護及圍巖穩定的支護措施

進洞前，做好洞臉邊坡噴錨支護和洞口鎖口工作。洞口開挖自上而下進行，禁止上下交叉作業，洞口爆破采取控制爆破，減少爆破規模，避免由于爆破而發生巖石崩裂、松動塌方。出渣后，及時噴錨支護，必要時設置鋼拱架(或格柵支架)支撐。進洞一段距離后，及時進行洞口段混凝土襯砌(圖5)。

5 結語

在整個排水洞開挖過程中，盡管遭遇了一定的地質破碎區，但仍將平均超欠挖控制在10 cm以內，沒有發生圍巖塌方。在洞室開挖施工中，我們總結出了以下幾點經驗，供類似工程借鑒。

(1)猴子巖水電站色古溝溝水處理工程位于青藏高原邊緣，常年氣候干燥少雨，洞內開挖環境較差，有效地通風和良好的機械設備配置是保證施工順利進行的關鍵;

(2)洞室工程施工中，特別是在大量采用風動電動設備開挖支護的情況下，風水電(包括通風、動力風、施工用水、施工排水)是施工的關鍵和先決條件;

(3)在開挖和支護中，支護是施工進度的關鍵。即便是采用手風鉆開挖，也要配備強支護手段，提高支護質量，加快支護進度，確保開挖安全和施工進度;

(4)色古溝溝水處理工程工期較緊，合理的施工工序和精湛的施工技術是工程能夠順利完成的有力保障措施;

(5)在洞室底板澆筑前，對于巖石較破碎的地段可以填筑一定厚度、低標號的混凝土，在沒有破壞設計結構面的情況下加強了底板混凝土強度，提高了工程質量。