不良地質條件下特大斷面導流隧洞開挖施工技術探討

□胡榮林 □司禮山（遵義水利水電勘測設計研究院）

不良地質條件下特大斷面導流隧洞開挖施工技術探討

□胡榮林 □司禮山（遵義水利水電勘測設計研究院）

苗尾水電站導流隧洞地質情況復雜，施工技術方案的選擇要符合實際施工情況。突出重點，統籌兼顧，制定技術可靠、確保安全的開挖支護施工方案，特別是針對導流隧洞進口漸變段、斷層和裂隙發育洞段、出口洞段等部位成洞穩定的影響因素，合理安排施工程序、制定有針對性的施工方案，有效控制圍巖塑性區和圍巖有害變形。

導流隧洞；不良地質；施工技術；探討；苗尾水電站

1 概述

苗尾水電站位于云南省云龍縣舊州鎮境內的瀾滄江河段上，電站壩址距大理210km、距昆明545km，電站裝機容量1400MW。

苗尾水電站導流隧洞為兩條，均設置在大壩左岸。1#導流隧洞全長1157.09m，縱坡0.17%，2#導流隧洞全長1052.82m，縱坡0.19%。兩條導流隧洞均采用城門洞型斷面，凈斷面尺寸13.00m×15.00m(寬×高)。兩條導流隧洞進出口高程相同，進口高程均為1302.00m，出口高程均為1300.00m。導流隧洞初期支護采用噴錨支護，永久支護采用混凝土襯砌。

2 地質條件

苗尾水電站導流隧洞地層巖性為砂質絹云板巖及變質石英砂巖，強風化巖體厚5～30m，以下為弱～微風化巖體。洞身段上覆巖體厚20～240m，洞身均位于弱風化下段～微風化巖體內，主要共計有12條斷層通過，巖層層面、斷層及破碎帶與洞軸線斜交，夾角60～70°，無較大的不利結構面組合，洞室圍巖主要為IV～III類圍巖，導流隧洞圍巖質量較差，隧洞成拱困難，隧洞開挖穩定問題突出。導流洞進口段覆蓋層深厚，厚度10～30m，邊坡走向N5°E，與巖層走向和層內錯動帶的夾角小。導流洞出口邊坡走向與巖層走向大角度相交，屬斜向結構邊坡，邊坡表層為強風化至弱風化上段巖石，巖體質量較差。

3 施工程序及方法

3.1 導流隧洞洞身施工總原則

3.1.1 以“噴錨支護”為核心，最大限度地控制圍巖不利變形

不良地質洞段的開挖采取“超前探測，預錨固或預灌漿、短進尺、弱爆破、少擾動、強支護、勤監測”的施工方法，確保成洞圍巖穩定；對多種支護形式并存的邊墻、頂拱采取由淺到深、由外到里的支護程序，保證施工安全和洞室成型質量。

3.1.2 采取分層、分區開挖支護

洞口段、不良地質洞段頂拱層開挖采用“核心土”法施工，先進行超前管棚及鎖口錨桿等支護，再開挖周邊并進行短錨桿、鋼支撐及噴混凝土支護，然后開挖中部預留核心土，并進行系統錨桿的施工。同時嚴格控制爆破工藝，減小對圍巖的擾動。

3.1.3 加強安全監測

在導流隧洞開挖的同時設置永久安全監測儀器和臨時圍巖收斂監測點，并根據收集數據進行安全分析和預報，對不穩定圍巖或塊體實施準確預測和適時有效錨固，保證施工人員、設備安全。

3.2 開挖支護程序

導流隧洞洞身段共分三層開挖支護。進口36m及出口20m段Ⅰ層結合進口明挖自洞外向洞內分層開挖，Ⅱ、Ⅲ層從洞內向洞外開挖；洞身段從施工支洞進入后分別向上、下游方向開挖。1＃、2＃施工支洞上支洞進入導流隧洞主洞后即開始向上、下游方向進行導流隧洞洞身Ⅰ層的開挖支護。洞身Ⅱ、Ⅲ層開挖在Ⅰ層開挖支護結束后進行，Ⅲ層作為底板保護層滯后Ⅱ層30m左右跟進開挖。導流隧洞洞身開挖支護程序見圖1。

3.3 開挖及支護施工方案

3.3.1 開挖分層

圖1 導流隧洞洞身開挖支護程序圖

根據導流隧洞的特點、工期要求及施工機械性能，導流隧洞洞身自上而下分三層進行開挖支護。Ⅰ層采用架子平臺，中導洞超前開挖，開挖高度為8m，導0+00～0+36樁號漸變段Ⅰ層開挖高度10m，導0+36～0+108樁號段Ⅰ層開挖高度9m。

Ⅱ層開挖高度為8m和7.50m（0+108樁號以前為8m，0+108樁號以后為7.50m），Ⅲ類圍巖段邊墻采用輕型潛孔鉆預裂后整體一次爆破，洞口段及Ⅳ、Ⅴ類圍巖段Ⅱ層分兩小層分別進行開挖支護，視情況可采用手風鉆先預裂。

Ⅲ層為預留保護層開挖，開挖高度2.60～3.25m，采用手風鉆整體一次水平開挖，保護層周邊采用光面爆破。

導流隧洞洞身開挖分層見圖2。

3.3.2 開挖支護施工方案

導流隧洞洞身Ⅰ層Ⅲ、Ⅳ類圍巖洞段開挖采用中導洞超前、兩側擴挖跟進的鉆爆法作業，按設計輪廓線進行周邊光爆，開挖一個循環后及時進行錨噴支護及鋼支撐施工；Ⅴ類圍巖洞段采用分區分層開挖，采用手風鉆分部開挖分部支護，待支護完成后再進行下一層的開挖。開挖后立即進行錨桿、鋼拱架、噴混凝土等一次支護，系統支護緊跟開挖工作面。

Ⅱ層Ⅲ類圍巖洞段邊墻采用輕型潛孔鉆，在Ⅰ層開挖支護階段穿插超前一次預裂至Ⅱ層底板高程，中部采用液壓履帶鉆梯段開挖，并在預裂孔內側各布置一排緩沖爆破孔；Ⅳ類圍巖洞段分兩小層采用手風鉆淺孔梯段爆破，設計輪廓線采用光面爆破控制，視情況可采用手風鉆先預裂。鋼支撐及錨噴支護隨層施工。洞口段及Ⅴ類圍巖洞段分兩小層開挖，各層先開挖兩側導坑，中部采用手風鉆淺孔梯段爆破。

Ⅲ層開挖采用手風鉆水平開挖，設計輪廓線光爆。保護層開挖后及時接長鋼支撐，鎖腳錨桿、并施作系統錨桿、噴混凝土等支護。

3.4 關鍵及特殊部位開挖支護措施

工程開挖支護關鍵部位是導流隧洞洞口段，特殊部位是施工支洞與導流隧洞交叉段。

3.4.1 導流隧洞洞口段開挖措施

導流隧洞進口漸變段頂拱為方變圓，最大開挖跨度22.80m。該段巖體較破碎，成洞條件較差?？紤]到安全施工需要，待洞外明挖降至洞身Ⅰ層開挖底板高程、完成洞口懸吊錨筋束及鎖口錨桿、注漿大管棚等超前加固施工，自洞外向洞內開挖。靠近洞口5m范圍內明挖區分層控制在3m以下，采用手風鉆淺孔、小藥量梯段開挖，控爆破，嚴格控制單響藥量。

超前預支護完成后，采用三臂鑿巖臺車從洞外向洞內掘進，Ⅰ層采用核心土法施工。采用手風鉆進行鉆爆，遵行“短進尺、弱爆破”原則，周邊光爆，循環進尺0.80～1.00m，每區支護必須緊跟開挖面。

洞口段Ⅱ層從洞內向洞外開挖，分兩小層施工，每層先開挖兩側導坑，并完成鋼支撐和噴鋼纖維混凝土施工，然后手風鉆淺孔梯段挖除第Ⅱ小層中間部分，再進行系統長錨桿施工從洞內施工，設計輪廓線采用光面爆破。

3.4.2 施工支洞影響段開挖支護措施

施工支洞與導流隧洞相交段應力集中，容易開裂掉塊，因此導流隧洞洞身開挖前，交叉段施工支洞必須加強支護：在完成系統支護的基礎上，增加一定數量的超前錨桿或加強錨桿，邊墻及頂拱掛網噴混凝土，在接近岔洞口部位將鋼拱架間距調為50cm，并在支洞邊墻設置2排加強錨桿，原邊墻系統錨桿取消。在導流隧洞段邊墻噴5cm素混凝土；頂拱設置鎖口錨桿，左右各一排。當施工支洞口導流隧洞段開挖支護完成后，在支洞口外50cm的導流隧洞頂拱處設2排鎖口錨桿，周邊設2排加強錨桿。

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2014-02-17

劉 青）