糯扎渡水電站尾水系統五岔口快速開挖施工技術

李樹迎，楊保才，張雅東，夏仲存

（中國水利水電第十四工程局，云南 昆明 650041）

1 工程概況

糯扎渡水電站尾水系統由9條尾水支洞、3個尾水調壓室和3條尾水隧洞組成，采用 “三機一室一洞”的布置形式，在調壓室內3條尾水支洞水流交匯后經一條尾水隧洞流出。尾水支洞、尾水隧洞與尾水調壓室相交的部位即為五岔口。相鄰兩條尾水支洞中心間距34.0 m，巖壁厚4.9～19.7 m。尾水調壓室為地下帶連通上室圓筒阻抗式，由3個圓筒式調壓井組成，開挖直徑29.3～34.3 m，高92 m，中心距102 m。

尾水調壓室及連通上室處于花崗巖體內，風化程度輕微，呈微風化～新鮮，局部斷層發育部位可能呈弱風化下部，巖體為塊狀結構及整體結構，有F20、F21、F22等Ⅲ級斷層發育，小斷層、擠壓面等Ⅳ級結構面發育平均間距約為20 m。樞紐區的Ⅱ級結構面F3和F1斷層從尾水調壓室NE側通過，與尾水調壓室最近距離分別約為39 m和224 m，總體上對建筑物影響較小。1、2號尾水調壓室工程地質條件相近，3號位于F3斷層上盤，與斷層最近距離約39 m。F22斷層斜切調壓井頂部，受斷層影響調壓井頂拱及右側壁上部的圍巖完整性較差。1～3號尾水調壓室巖石抗壓強度基本在45～55 MPa范圍內。

2 五岔口組成

五岔口最大開挖跨度為39.3 m。單個五岔口平面范圍在尾水支洞0+72.9至尾水隧洞0+47.0樁號之間，高程范圍在調壓室561～625 m高程之間。尾水支洞開挖斷面尺寸為14.9 m×18.75 m(寬×高)；調壓室后接尾水隧洞，其漸變段長30 m，漸變段開挖斷面由高19.0 m、寬22.0 m的方形斷面漸變到直徑為φ22 m的圓形斷面；井筒578.5～625 m高程斷面由φ29.3 m的圓形斷面漸變成φ34.3 m的圓形斷面；調壓室578.5 m高程以下為不規則斷面。尾水系統五岔口平面布置見圖1。

圖1 尾水系統五岔口平面布置（尺寸單位：m）

3 開挖程序及方法

單個五岔口施工工序為：①3條尾水支洞Ⅰ層和尾水隧洞漸變段Ⅰ層導洞開挖施工，其中，導洞貫通后為五岔口提供了4條施工通道；②調壓井導井開挖、尾水支洞和調壓室后漸變段Ⅰ層擴挖支護施工；③尾水支洞Ⅱ層和調壓室后漸變段Ⅱ層開挖支護；④五岔口595 m高程以下開挖支護施工。由于五岔口段地質條件復雜，如遇局部地質條件比較差的地段，開挖支護必須遵循 “短進尺、弱爆破、少擾動、強支護、快封閉、勤測量”的原則。

3.1 井筒開挖

井筒開挖按分層分區的開挖支護方法進行。首先，采用LM-200的反井鉆從調壓室625.5 m高程開挖φ1.4 m的導井，導井開挖成型后，為了防止下渣堵孔，擬定把導井擴挖成φ5.4 m的溜渣井，溜渣井擴挖采用351鉆機打垂直深孔直通下部已經貫通的導洞，擴挖孔打兩排，排距1.0 m，間距分別為0.8、1.2 m。為了防止爆破震動過大對625.5 m高程以上已支護的錨索和預應力錨桿震動破壞，溜渣井擴挖爆破孔采用間隔裝藥控制單響藥量。溜渣井擴挖成型后井筒分成4區，采用手風鉆按3.0 m一層逐層向下開挖，下渣采用PC220挖掘機進行扒渣，由于井壁邊墻比較高，達64.5 m，為確保高邊墻穩定，每層開挖完后應及時進行系統支護。井筒開挖支護示意見圖2。

圖2 井筒開完程序示意

3.2 尾水支洞開挖

尾水支洞分3層開挖。①Ⅰ層采用手風鉆光面爆破開挖，進尺按3 m排炮循環，尾水支洞距離五岔口30 m范圍，應每開挖一排炮支護完后才能進行下一循環施工。②Ⅱ、Ⅲ層開挖。采用輕型潛孔鉆（QZJ-100B)一次預裂到底板高程，中間采用液壓潛孔鉆深孔拉槽爆破開挖，拉槽區兩側預留3.0 m保護層，底板預留2.0 m保護層。③保護層開挖。拉槽區兩側保護層采用手風鉆造水平孔開挖；底板保護層采用手風鉆水平光面爆破開挖，按3 m排炮循環。為了防止中間拉槽爆破對洞周圍巖的破壞，采用輕型潛孔鉆 （QZJ-100B)在拉槽區與保護層間設一道施工預裂面，孔深打至底板保護層高程位置。尾水支洞開挖程序示意見圖3。

圖3 尾水支洞開挖程序示意 （尺寸單位：m）

3.3 調壓室后漸變段開挖

調壓室后漸變段分3層開挖。Ⅰ層采用手風鉆光面爆破開挖，進尺按3.0m排炮循環，邊開挖邊支護；Ⅱ層中間采用輕型潛孔鉆 （QZJ-100B)沿拉槽兩側打孔至底板保護層進行施工預裂爆破，中間采用液壓潛孔鉆深孔爆破拉槽開挖，由于調壓室后漸變段開挖體形復雜，中間拉槽寬度應兼顧漸變段兩端樁號斷面尺寸計算后確定，兩側墻不采用深孔預裂爆破的施工方法，而采用手風鉆或臺車按3 m進尺光面爆破開挖，邊墻預留保護層的厚度統一為5 m，由于漸變段開挖跨度大，在Ⅱ層施工過程中，開挖一部分支護一部分；Ⅲ層底板保護層采用手風鉆光面爆破開挖，按3 m一排炮循環。調壓室后漸變段開挖示意見圖4。

圖4 調壓室后漸變段開挖程序示意（尺寸單位：m）

3.4 五岔口578.5 m高程以下開挖

五岔口578.5 m高程以下分三層開挖。采用輕型潛孔鉆 （QZJ-100B)分兩次對Ⅰ層和Ⅱ、Ⅲ層進行預裂爆破，兩次孔深分別為6.65、10.85 m。Ⅰ層主爆區開挖利用中間導洞做臨空面，沿四周預留保護層后，直接采用液壓潛孔鉆鉆孔爆破開挖，Ⅱ層四周預留保護層后中間采用輕型潛孔鉆進行施工預裂爆破，形成兩道施工預裂面，保護層中間采用液壓潛孔鉆進行拉槽爆破開挖，Ⅱ層保護層采用手風鉆造水平孔開挖；底板保護層采用手風鉆造水平光面爆破孔開挖。開挖程序示意見圖5。

圖5 五岔口開挖程序示意（尺寸單位：m）

4 爆破參數設計

（1）手風鉆或鑿巖臺車鉆孔光面爆破。尾水五岔口所有光面爆破參數均一致：孔深3.2 m（包括超鉆深0.2 m），孔距0.5 m，孔徑φ42 mm，采用φ25 mm乳化炸藥，裝藥長度2 m，堵孔0.8 m，線裝藥密度200 g/m。

（2）導井擴挖爆破。一、二排孔距分別為0.8、1.2 m，孔深47.5 m，孔徑φ110 mm，藥徑φ90 mm，采用鋼絲繩加導爆索控制間隔裝藥，藥包采用導爆索起爆，孔底堵塞2.5 m，孔口堵塞3.5 m，單孔藥量約為150 kg，采用單孔單響爆破。

（3）手風鉆井筒擴挖和保護層開挖。中間主爆孔孔深3.2 m，排距1.0 m，孔間距1.4 m，采用φ32 mm乳化炸藥，裝藥長度2.0 m，堵孔1.2 m，單位耗藥量0.8 kg/m3。

（4）深孔預裂孔爆破參數。尾水支洞Ⅱ、Ⅲ層預裂孔深9.85 m，五岔口578.5 m高程以下Ⅰ層預裂孔深6.65 m，Ⅱ、Ⅲ層孔深10.85 m，其余爆破參數相同，均為：孔徑φ90 mm，孔間距80 cm，采用φ25 mm乳化炸藥，堵孔2.0 m，線裝藥密度200 g/m。

（5）施工預裂孔爆破。主要包括尾水支洞Ⅱ層，孔深7.85 m；五岔口578.5 m高程以下Ⅱ層，孔深8.15 m；調壓室后漸變段Ⅱ層，孔深8.8 m。孔徑均為φ90 mm，孔間距均為1 m，采用φ32 mm乳化炸藥，堵孔2.0 m，線裝藥密度350 g/m。

（6）拉槽主爆孔爆破。主要包括尾水支洞Ⅱ層，孔深7.85 m；五岔口578.5 m高程以下Ⅱ層，孔深8.15 m；調壓室后漸變段Ⅱ層孔深8.8 m。主爆孔孔深均考慮0.5 m超深，孔徑φ90 mm，孔間排距3.0 m×2.0 m，采用φ70 mm乳化炸藥，堵孔2.5 m，單位耗藥量0.50 kg/m3。

5 施工安全監測

單個尾水五岔口井筒布置18套多點位移計、21組錨桿應力計、7支錨索測力計，均勻分別布設在643、622、601、582 m高程井筒四周；單個五岔口尾水支洞0+86樁號分別布置3套多點位移計、3組錨桿應力計。

安全監測結果為：井筒開挖過程中，最大變形部位為3號尾水調壓室拱頂，累計位移計達到8.37 mm，主要是受F22斷層帶影響，其余兩個調壓室頂拱圍巖變形量不明顯。調壓室下部開挖及尾水支洞開挖過程中，對上部及頂拱的影響不明顯，加之圓形尾水調壓室圍巖的自穩性比較好，上部及頂拱圍巖處于穩定狀態。五岔口部位開挖過程中，由于調壓室體形和結構變化會造成圍巖變形和應力的調整，加之尾水支洞和尾水隧洞開挖已經完成，使得調壓室底部相對薄弱，尤其是上游部位和尾水支洞連接處，因此在此開挖過程中圍巖變形量增大，如3號調壓室下部開挖過程中，布置于8號尾水支洞0+086.000樁號的監測儀器表明，左側邊墻累計最大應力為168.53 MPa，測點深度2.5 m，多點位移計最大位移在6.0 m深部位，累計位移為4.93 mm；布置于579 m高程尾水支洞之間巖柱多點位移計最大位移為11.77 mm，錨桿應力計最大應力為386.51 MPa。在噴錨支護完成后，變形趨于穩定。

6 支護參數調整

施工過程安全監測能及時提供圍巖穩定程度和支護結構可靠性的安全信息，預見事故和險情，可作為調整和修改支護設計的依據，以及時調整支護設計參數，保證設計數據的針對性和施工過程的安全性。現場實際施工過程中，根據五岔口監測數據分析結果，對五岔口支護參數進行了如下調整：

（1）在1號調壓室井壁四周586.0、592.0、594.0 m高程布置3排φ28 mm，L=9.0 m錨筋樁；在2、3號調壓室井壁四周586.0～590.0 m高程增設3排φ28 mm，L=9.0 m錨筋樁，錨筋樁間排距2 m×2 m，交錯布置。參數調整后，1～3號調壓室相應位置的系統錨桿取消，從支護結果看，效果良好。

（2）五岔口交角處，距離洞口1.0 m位置，布設一圈φ32 mm預應力鎖口錨桿 （間排距2 m×2 m，交錯布置）超前支護，淺層加固洞臉，達到了預期的目的。

（3）1～3號調壓室井壁四周610～620 m高程垂直于巖壁布設3排1 000 kN預應力錨索，L=20～30 m，間排距5.0 m×5.0 m，達到五岔口上部深層支護的目的，支護效果明顯。

7 結語

糯扎渡尾水系統開挖施工具有五岔口開挖跨度大、挖空率高、二次應力狀態復雜、在洞室交匯部位會出現應力集中和較大的塑性區、薄巖柱 （體）易產生有害變形等特點，加大了五岔口開挖難度。為確保洞室穩定，在施工過程中，經過對五岔口開挖施工通道、施工方案、施工程序及支護參數的調整及優化，最后安全、保質、快速地完成了五岔口開挖支護施工。

［1］ 陳勇，羅家貴，黃軍智.糯扎渡水電站尾水調壓室五岔口開挖論述［J］.云南水力發電， 2011， 27（3）:78-80.