猴子巖水電站色古溝溝水處理工程排水洞設(shè)計(jì)施工綜述

王光海，胡藝川

(國(guó)電大渡河猴子巖水電建設(shè)有限公司，四川康定 626005)

1 概述

色古溝為大渡河一級(jí)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(zhǎng)10.2 km，流域面積32.1 km2，溝口高程約1705 m。根據(jù)《猴子巖水電站可行性研究報(bào)告施工組織設(shè)計(jì)》，色古溝溝口約1.5 km 范圍內(nèi)規(guī)劃為猴子巖水電站施工期的主要棄渣場(chǎng)。規(guī)劃容量2000萬(wàn)m3，堆渣高程1910 m。

2 地形、地質(zhì)及水文條件

2.1 地形、地質(zhì)條件

1#、2#排水洞進(jìn)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(tǒng)河心組(D2-3h)灰色中厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r、變質(zhì)灰?guī)r。巖石致密堅(jiān)硬，無(wú)強(qiáng)風(fēng)化帶分布。據(jù)地表地質(zhì)調(diào)查，巖體中以層面裂隙最為發(fā)育，并在左岸形成斜順向坡，地表局部可見沿順坡向?qū)用娴男逗伤蓜?dòng)現(xiàn)象，邊坡整體穩(wěn)定。

1#排水洞進(jìn)口段洞樁號(hào)0+000～0+030巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、變質(zhì)灰?guī)r，圍巖類別以Ⅳ類為主，圍巖穩(wěn)定性較差。樁號(hào)0+030～0+700巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、變質(zhì)灰?guī)r，為Ⅳ～Ⅴ類圍巖，穩(wěn)定性差。出口段樁號(hào)0+700～0+777.4巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、變質(zhì)灰?guī)r，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(zhì)條件同1#排水洞(低洞)的進(jìn)口段及洞身段工程地質(zhì)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(tǒng)灰色白云質(zhì)灰?guī)r、變質(zhì)灰?guī)r，巖石堅(jiān)硬，無(wú)強(qiáng)風(fēng)化帶分布。

2.2 水文氣象條件

色古溝所處流域?qū)俅ㄎ鞲咴瓪夂騾^(qū)，高程3000 m 以上屬亞寒帶及寒溫帶氣候，長(zhǎng)冬無(wú)夏，春季多大風(fēng)，天氣寒冷干燥，年平均氣溫在6℃以下，極端最低氣溫可達(dá)-36℃。海拔在2800 m以下地區(qū)年平均氣溫為6℃～12℃，冬季長(zhǎng)達(dá)5～7個(gè)月，最低氣溫在-10℃以下。河谷地區(qū)較干燥，山地較濕潤(rùn)。

色古溝系大渡河左岸的一級(jí)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(qū)性小流域洪水的一般特點(diǎn)。色古溝流域設(shè)計(jì)洪水采用《四川中小流域暴雨洪水計(jì)算手冊(cè)》中推理法計(jì)算。由推理公式求得色古溝溝口設(shè)計(jì)洪峰流量見表1。

表1 色古溝溝口設(shè)計(jì)洪水成果表

3 色古溝溝水處理工程設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

色古溝溝水處理工程等別為Ⅴ等，主要建筑物為5級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，相應(yīng)洪水流量為56.8 m3/s，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇，相應(yīng)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(tǒng)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(jìn)口底板高程1890 m，出口底板高程1844 m，洞身長(zhǎng)777.04 m，縱坡5.92%;2#排水洞進(jìn)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(dòng)平臺(tái)上鉆孔并裝藥，采用直眼掏槽、微差分段、周邊光面爆破技術(shù)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(dǎo)爆索串接引爆。2#排水洞爆破石渣采用2 m3裝載機(jī)進(jìn)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(jī)裝8 t 自卸汽車運(yùn)至指定渣場(chǎng)。

對(duì)于圍巖穩(wěn)定性較差的洞段采取短進(jìn)尺、多循環(huán)、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)的施工工藝。開挖前，先進(jìn)行超前支護(hù)，開挖后隨時(shí)觀測(cè)，一旦出現(xiàn)異狀，及時(shí)分析并采取相應(yīng)措施進(jìn)行處理。

4.2 斜井開挖

圖1 平洞開挖支護(hù)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(jìn)行施工，平洞底板以上采用人工正導(dǎo)井施工，按先施工導(dǎo)井、再正向擴(kuò)挖的順序進(jìn)行，施工順序?yàn)?測(cè)量放樣、導(dǎo)井鉆孔、導(dǎo)井裝藥爆破、導(dǎo)井出渣、擴(kuò)挖、出渣。

圖2 斜井段開挖剖面圖

圖3 斜井段三個(gè)斷面開挖支護(hù)剖面圖

4.3 支護(hù)的時(shí)機(jī)與支護(hù)方式的選擇

洞室施工強(qiáng)調(diào)的是適時(shí)支護(hù)。在排水洞施工中，我們總結(jié)出以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn):

(1)軟巖的應(yīng)力調(diào)整時(shí)間短，必須及時(shí)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(dòng)，最好在出渣之前利用渣料平臺(tái)提前素噴一次，將散粒體迅速粘結(jié)成整體并和空氣隔離，避免散粒體不斷脫落引發(fā)坍塌。由于軟巖的流變特性，要在一定時(shí)期內(nèi)允許其發(fā)生比硬巖大的多的變形。只要密切監(jiān)視其變形和變位情況，將系統(tǒng)支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)，大可不必恐慌;

(2)對(duì)硬脆巖體，必須仔細(xì)清理可能掉落的塊體，避免噴混凝土無(wú)法支撐其重量而掉落。由于硬巖區(qū)噴護(hù)厚度薄，噴護(hù)前必須仔細(xì)沖洗受噴面，提高噴混凝土和巖石的結(jié)合強(qiáng)度，避免噴層脫落引起風(fēng)化;

(3)在地質(zhì)條件較差地段，開挖前可根據(jù)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(wěn)定洞頂。對(duì)于個(gè)別松軟地段，可提前進(jìn)行灌漿處理;

(4)對(duì)巖石情況較好的頁(yè)巖地段，爆破后需要及時(shí)安排人工仔細(xì)清理松散的巖塊避免其風(fēng)化脫落。為加快施工進(jìn)度，可以根據(jù)實(shí)際情況在爆破3～4個(gè)循環(huán)后安排集中支護(hù)一次，使鉆爆作業(yè)和支護(hù)施工交叉進(jìn)行，既可以利用頁(yè)巖自穩(wěn)能力較強(qiáng)的特點(diǎn)取得相對(duì)多的進(jìn)尺，又可避免巖體過度風(fēng)化引發(fā)危險(xiǎn)，并使施工人員得到適當(dāng)?shù)妮喰?

(5)對(duì)于裂隙發(fā)育的砂巖地段，人工清理松動(dòng)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(shè)計(jì)和鉆爆施工

洞挖采用YTP-28型氣腿鉆造孔，可移動(dòng)鉆孔平臺(tái)車配合，炮孔布置如圖4所示。嚴(yán)格按照掌子面標(biāo)定的孔位進(jìn)行鉆孔作業(yè)，造孔前先根據(jù)拱頂中心線和兩側(cè)腰線調(diào)整鉆桿方向和角度，經(jīng)檢查確認(rèn)無(wú)誤后方可開孔。炮孔造完以后，由工程師按“平、直、齊”的要求進(jìn)行檢查，對(duì)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(nèi)裝藥作業(yè)采用可移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)車配合。在鉆孔工序開始時(shí)，準(zhǔn)備好各種規(guī)格藥卷以及各種段別的雷管。炮孔經(jīng)檢查合格后方可進(jìn)行裝藥爆破。裝藥嚴(yán)格遵守安全爆破操作規(guī)程，爆破孔采取柱狀連續(xù)裝藥，周邊孔采取空氣間隔裝藥。裝藥嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)圖(爆破參數(shù)在實(shí)施過程中不斷調(diào)整優(yōu)化)進(jìn)行，洞內(nèi)采用非電起爆網(wǎng)絡(luò)，洞外采用電力起爆網(wǎng)絡(luò)。裝藥完成后，復(fù)核檢查確認(rèn)無(wú)誤后，撤離人員和設(shè)備并做好警戒，然后進(jìn)行引爆。

開挖施工過程中需一直啟動(dòng)通風(fēng)設(shè)備通風(fēng)，爆破散煙結(jié)束后向爆渣灑水除塵，將有害氣體濃度控制在允許范圍內(nèi)。

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

4.5 關(guān)鍵部位的施工措施

(1)加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)報(bào)，采取物理探測(cè)儀、超前鉆探或打?qū)Ф吹确椒?，進(jìn)一步探明前方地質(zhì)情況。同時(shí)，注意觀察鉆孔巖粉變化情況，推測(cè)待挖面地質(zhì)狀況。

(2)采用淺鉆孔、弱爆破、多循環(huán)的施工方法，減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)。

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

(4)加強(qiáng)施工安全監(jiān)測(cè)，勤檢查和巡視并及時(shí)分析監(jiān)測(cè)成果和檢查情況，掌握圍巖應(yīng)力應(yīng)變情況，及時(shí)采取行之有效的支護(hù)措施。

4.6 邊坡和洞口保護(hù)及圍巖穩(wěn)定的支護(hù)措施

進(jìn)洞前，做好洞臉邊坡噴錨支護(hù)和洞口鎖口工作。洞口開挖自上而下進(jìn)行，禁止上下交叉作業(yè)，洞口爆破采取控制爆破，減少爆破規(guī)模，避免由于爆破而發(fā)生巖石崩裂、松動(dòng)塌方。出渣后，及時(shí)噴錨支護(hù)，必要時(shí)設(shè)置鋼拱架(或格柵支架)支撐。進(jìn)洞一段距離后，及時(shí)進(jìn)行洞口段混凝土襯砌(圖5)。

5 結(jié)語(yǔ)

在整個(gè)排水洞開挖過程中，盡管遭遇了一定的地質(zhì)破碎區(qū)，但仍將平均超欠挖控制在10 cm以內(nèi)，沒有發(fā)生圍巖塌方。在洞室開挖施工中，我們總結(jié)出了以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，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(nèi)開挖環(huán)境較差，有效地通風(fēng)和良好的機(jī)械設(shè)備配置是保證施工順利進(jìn)行的關(guān)鍵;

(2)洞室工程施工中，特別是在大量采用風(fēng)動(dòng)電動(dòng)設(shè)備開挖支護(hù)的情況下，風(fēng)水電(包括通風(fēng)、動(dòng)力風(fēng)、施工用水、施工排水)是施工的關(guān)鍵和先決條件;

(3)在開挖和支護(hù)中，支護(hù)是施工進(jìn)度的關(guān)鍵。即便是采用手風(fēng)鉆開挖，也要配備強(qiáng)支護(hù)手段，提高支護(hù)質(zhì)量，加快支護(hù)進(jìn)度，確保開挖安全和施工進(jìn)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(shù)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(duì)于巖石較破碎的地段可以填筑一定厚度、低標(biāo)號(hào)的混凝土，在沒有破壞設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)面的情況下加強(qiáng)了底板混凝土強(qiáng)度，提高了工程質(zhì)量。