白鶴灘水電站泄洪洞龍落尾開挖支護關(guān)鍵技術(shù)

田　洪，　康 建 榮，　甄 耀 祖，　楊　波，　彭 培 龍

(中國水利水電第五工程局有限公司 第五分局，四川 成都　610225)

白鶴灘水電站泄洪洞龍落尾開挖支護關(guān)鍵技術(shù)

田洪，康 建 榮，甄 耀 祖，楊波，彭 培 龍

(中國水利水電第五工程局有限公司 第五分局，四川 成都610225)

摘要：白鶴灘水電站泄洪洞龍落尾段斷層、錯動帶分布廣泛，巖體破碎，地質(zhì)條件復(fù)雜，龍落尾開挖具有施工通道布置困難、安全隱患大、通風散煙難、開挖工期長等特點。從開挖方案、質(zhì)量安全保障措施等方面介紹了泄洪洞龍落尾開挖支護施工采用的關(guān)鍵技術(shù)，對類似工程具有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：白鶴灘水電站；泄洪洞龍落尾；開挖；關(guān)鍵技術(shù)

1工程概述

白鶴灘水電站位于金沙江下游四川省寧南縣和云南省巧家縣境內(nèi)，上游距烏東德壩址約182 km，下游距溪洛渡水電站約 195 km。電站總裝機容量為 16 000 MW，樞紐工程主要由混凝土雙曲拱壩、二道壩及水墊塘、泄洪洞、引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成，泄洪洞龍落尾由渥奇曲線段、斜坡段、反弧段、下平段組成，最大斷面尺寸為17.1 m×18 m。泄洪洞平面布置情況見圖1。

龍落尾段上覆巖體厚度約為26～110 m，主

圖1　白鶴灘水電站泄洪洞平面布置示意圖

要穿過P2β21、P2β14、P2β13、P2β12、P2β11層斜斑玄武巖、含灰?guī)r角礫(集塊)玄武巖、玄武質(zhì)碎屑砂巖、微晶玄武巖等微風化～新鮮巖體，斷層平均發(fā)育密度約為0.5條/10 m。圍巖以次塊狀和塊狀結(jié)構(gòu)為主，部分為鑲嵌結(jié)構(gòu)，圍巖類別以Ⅲ1類為主，Ⅱ類次之，少量為Ⅲ2類，斷層及其影響帶范圍內(nèi)的圍巖類別為Ⅳ類，Ⅲ1、Ⅲ2類圍巖整體穩(wěn)定，局部穩(wěn)定性較差，Ⅳ類圍巖穩(wěn)定性差。

2施工難點

(1)泄洪洞龍落尾上接上平段，由渥奇曲線、斜坡段、反弧段、下平段組成，每條泄洪洞均布置3個摻氣坎，開挖斷面突變較多，因此，對于龍落尾的開挖，其結(jié)構(gòu)體型控制是難點。

(2)受施工條件限制，僅能布置上、中、下三條施工支洞，同時每條泄洪洞龍落尾斜坡段坡比為1∶4，既不能滿足自然溜渣要求，也不能滿足輪胎式設(shè)備的通行，在斜坡段局部地方的開挖需進行多次倒渣。

(3)由于泄洪洞龍落尾段采用分多層進行開挖的方式，單工作面開挖強度低，其資源組織與協(xié)調(diào)是難點。

(4)泄洪洞龍落尾段斷層、錯動帶分布廣泛，巖體破碎，開挖安全風險較大，開挖質(zhì)量控制是其重點。

(5)施工支洞洞口距離開挖工作面較遠、通風距離較長，洞內(nèi)通風排煙是其難點。

3施工布置

3.1施工通道

結(jié)合泄洪洞龍落尾設(shè)計結(jié)構(gòu)體型及現(xiàn)場邊界條件，龍落尾的開挖共規(guī)劃上、中、下3條施工支洞作為開挖通道。上通道由泄洪洞上平段第I層開挖支護完成后形成，主要滿足渥奇曲線段及斜坡段部分洞段的開挖支護需求；中通道為布置在中部的2#施工支洞，主要滿足斜坡段開挖支護需求；下通道從現(xiàn)有的506#公路接入，主要滿足龍落尾反弧段的開挖支護需求。各施工支洞開挖斷面均為8 m×7 m,城門洞型，最大縱坡8%，采用25 cm厚C20混凝土硬化。

3.2施工用的風水電

風水電設(shè)備的配置根據(jù)施工需求計算得出，風水管線沿施工通道規(guī)范布置，應(yīng)確保其安全可靠。由于各交通洞進洞口距離龍落尾開挖工作面較遠且彎道較多，通風散煙是龍落尾開挖支護的一大難點，尤其是中層通道作業(yè)面。該工程主要選用SD-Ⅱ-125、SD-Ⅱ-112以及AVH180.132進口風機，且將風機布置在各通道進洞口。

4所采用的施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1施工分層及程序

龍落尾為整個泄洪洞工程的重點、難點、關(guān)鍵線路項目，主要表現(xiàn)在其結(jié)構(gòu)體型復(fù)雜多變，測量放線難度大；地質(zhì)條件差，安全隱患大；作業(yè)面施工強度低，施工資源協(xié)調(diào)組織要求高等幾個方面。為保證后續(xù)施工難度更大的混凝土襯砌有充足的施工工期，龍落尾的開挖及支護工作宜早不宜遲，因此，制定合理的施工程序是龍落尾施工的關(guān)鍵。

4.1.1施工的分區(qū)與分層

泄洪洞龍落尾段具有曲線復(fù)雜、高差大的特點。在綜合考慮施工通道布置、資源配置、工期要求等因素后確定，沿軸線方向總體分8個斜層開挖，即渥奇曲線段(Ⅰ、Ⅱ?qū)?、斜坡段(Ⅲ、Ⅳ層)、反弧段及下平段(Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ層)，在斷面上分3層進行開挖，具體開挖支護分層情況見圖2(以3#龍落尾為例)。

圖2　泄洪洞龍落尾分層示意圖

4.1.2施工程序

泄洪洞龍落尾分3個工作面進行開挖，分別為上平段工作面、中層施工支洞工作面、下層施工支洞工作面。上平段第一層開挖結(jié)束后，利用上平段第一層做為施工通道，依次進行渥奇曲線段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ層的開挖，Ⅲ層開挖結(jié)束后利用已開挖完成的洞段作為施工通道進行后Ⅳ-1層的開挖直至與中層施工支洞開挖的工作面相貫通；當中層施工支洞貫通后首先向下游半幅進行開挖至Ⅲ層分層底板上，然后向上游進行Ⅲ層的開挖，直至與上平段工作面貫通；待下層施工支洞具備施工條件后向下游開挖中導(dǎo)洞爬坡至Ⅵ層開挖分層底板上，首先向出口方向?qū)ⅱ鰧娱_挖至出洞口，然后反向壓頂向上游方向?qū)ⅱ鰧邮Ｓ嗟牟糠珠_挖完成。待Ⅵ層開挖結(jié)束后一次性地進行施工支洞下游側(cè)Ⅶ、Ⅷ層的開挖。具體施工程序見圖3(以3#龍落尾為例)。

4.2施工方案

龍落尾段在斷面上分3層進行開挖支護，每層的開挖爆破參數(shù)根據(jù)不同巖性通過爆破試驗確定。

(1)上層根據(jù)不同部位的特點采用中導(dǎo)洞先行、兩側(cè)擴挖跟進、整體呈“品”字型推進，或分左右兩幅進行開挖， YT28手風鉆造孔，周邊輪廓光面爆破，Ⅱ、Ⅲ類圍巖開挖進尺不大于3.5 m， Ⅳ

圖3　泄洪洞龍落尾開挖支護施工程序圖

類圍巖及斷層裂隙破碎段開挖進尺不大于2 m。其中渥奇曲線及反弧線段分層線為曲線，開挖高度不斷變化，每循環(huán)的開挖過程均需進行樁號、高程的測量并計算出下一循環(huán)的具體開挖尺寸。因中層開挖需要采用100Y型潛孔鉆進行邊墻預(yù)裂，故在邊墻部位需提前預(yù)留25 cm技術(shù)超挖值，為中層預(yù)裂提供鉆孔空間。系統(tǒng)支護及時跟進，錨噴支護采用三臂鉆造孔、汽車吊配合人工插桿注漿、濕噴臺車噴混凝土、型鋼臺車配合人工掛鋼筋網(wǎng)。

(2)上層開挖支護結(jié)束、形成明挖臨空面后即可適時分工作面分段進行中層、保護層的開挖。中層開挖采用100Y型潛孔鉆機進行邊墻預(yù)裂鉆孔、D7或CM351高風壓鉆機進行梯段爆破鉆孔。中層梯段爆破循環(huán)進尺按照8～11 m控制，中層邊墻預(yù)裂鉆孔應(yīng)超前梯段爆破2～3個循環(huán)形成流水作業(yè)以提高工效。摻氣坎洞段需完成上層摻氣坎槽挖后再進行中層開挖。

(3)下層為底板保護層，厚2 m,采用YT28氣腿式風鉆鉆水平孔進行底板光面爆破。

4.3質(zhì)量控制措施

4.3.1測量放樣

控制網(wǎng)測量采用全站儀，周邊光爆開孔點測放后，每間隔一個孔在開孔點后方4 m處測放一個方向控制點，在起拱、頂拱中心部位增設(shè)一個方向控制點以確保造孔控制精度。對于渥奇曲線段和反弧段，每個孔在開孔線后方2～3 m處加密布置方向控制點。

4.3.2鉆爆施工

(1)造孔。

造孔作業(yè)實行定人、定機、定孔“三定”制度，開鉆前進行測量放線交底。首先，要求經(jīng)驗豐富的鉆工根據(jù)后視點造好第一個基準孔，控制好基準孔的上下方向與角度，然后采用“插桿”作為基準造其它的周邊孔；其次，測量兩孔口間的距離，再對比開孔鉆桿與插入鉆桿的距離，并使兩距離保持相等，從而保證鉆孔的平行；最后，采用插桿法檢查鉆孔質(zhì)量。對于中層邊墻預(yù)裂孔，搭設(shè)潛孔鉆樣架控制鉆孔角度，樣架結(jié)構(gòu)形式見圖4。

(2)裝藥及聯(lián)網(wǎng)。

裝藥前，用風水沖洗炮孔，分片、分區(qū)由專人負責裝藥。周邊孔按爆破設(shè)計要求用小藥卷捆綁于竹片上間隔裝藥，插藥入孔時還應(yīng)注意藥卷的方向，竹片應(yīng)靠洞室輪廓線一側(cè)；爆破網(wǎng)絡(luò)非電雷管段數(shù)應(yīng)符合爆破設(shè)計要求，聯(lián)網(wǎng)時雷管標簽要外露以便檢查；裝藥、聯(lián)網(wǎng)檢查實行“四證”(《準鉆證》、《鉆孔合格證》、《準爆證》、《爆后檢查證》)和“五表”(《測量放樣成果表》、《鉆工責任分區(qū)圖表》、《鉆孔質(zhì)量檢查表》、《裝藥聯(lián)網(wǎng)檢查表》、《開挖爆破界面質(zhì)量檢查統(tǒng)計表》)制度。

4.3.3系統(tǒng)支護

泄洪洞龍落尾支護程序為：超前支護→隨機支護→初噴混凝土→系統(tǒng)短錨桿→系統(tǒng)長錨桿→掛網(wǎng)鋼筋→復(fù)噴混凝土。Ⅱ、Ⅲ類圍巖系統(tǒng)支護滯后開挖掌子面≤30 m、Ⅳ類圍巖系統(tǒng)支護緊跟開挖掌子面。

(1)錨桿支護。

① 造錨桿孔：測量人員使用全站儀按照設(shè)計支護圖紙逐孔放樣，根據(jù)錨桿類型用紅油漆用以不同的圖案標識。采用三臂鉆造孔，插標桿檢查、校正孔位偏差和孔向偏差，鉆孔完畢及時噴水清孔。

② 砂漿拌制：砂漿拌制現(xiàn)場實行“五個一”制

圖4　泄洪洞龍落尾中層邊墻預(yù)裂鉆孔樣架結(jié)構(gòu)示意圖

度(一套稠度儀，一臺電子稱，大、小量杯各一個，一個配合比牌)；砂漿拌制過程中，必須嚴格按照先放砂，再放水泥、最后放水的順序進行投放，特別需要注意減水劑應(yīng)按用量先加入盛水桶中，在與水攪拌均勻后隨加水時一起加入，砂漿稠度須滿足設(shè)計要求。

③ 錨桿安裝：錨桿安裝前，用鉛絲可靠綁扎注漿管及回漿管且保證管路順直、通暢；錨桿長度≥4 m時，沿長度方向每隔3 m焊接對中支架(至少3個)；錨桿安裝采用汽車吊配合人工進行，安裝時桿體對中插入，防止造成錨桿彎折，錨桿安裝完成后及時采用錨固劑對錨桿孔進行嚴密封堵。

④ 錨桿注漿：注漿過程全過程旁站，對每一盤砂漿的稠度進行檢測。注漿前，先將注漿機的注漿管與錨桿的進漿管用塑料管接頭對接嚴密、確保不漏漿并先打水試驗；注漿時，在外露回漿管外懸掛裝滿水的礦泉水瓶，以判斷注漿是否飽滿(注漿時有氣泡冒出則說明注漿尚未飽滿，若無氣泡冒出或有漿液冒出則說明注漿飽滿)；注漿結(jié)束后，將進漿管、回漿管彎曲后進行綁扎以防止?jié){液在未凝固前流出。

(2)預(yù)應(yīng)力錨桿支護。

預(yù)應(yīng)力錨桿采用“二次注漿”工藝進行施工。錨桿張拉采用扭力扳手進行，具體步驟為：先在手柄上設(shè)定好設(shè)計扭矩值所對應(yīng)的刻度，然后扭動扳手開始張拉，當施加的扭矩達到設(shè)定值時，扳手會發(fā)出“咔嗒”的聲響，然后根據(jù)張拉分級要求調(diào)整扭力扳手對應(yīng)值進行下級張拉直至張拉結(jié)束。

(3)噴射混凝土施工。

噴射混凝土順序嚴格遵守“先下后上，先墻后頂，先凹后凸”的原則施工；噴嘴與受噴面應(yīng)基本垂直，并始終保持0.6～1 m的距離；噴射作業(yè)的操作手必須技術(shù)熟練，噴射面應(yīng)平整、無夾層，不能出現(xiàn)鼓皮、剝落、局部空洞及流淌等現(xiàn)象；噴層終凝2 h后，及時進行噴水養(yǎng)護且養(yǎng)護時間不得小于14 d。

4.4安全控制措施

結(jié)合龍落尾工程特點及施工方案進行分析后得知：危險項目主要有圍巖坍塌、爆破飛石、爆破振動、爆破粉塵、有害氣體、高處墜落、機械傷害及觸電傷害等。

4.4.1超前地質(zhì)預(yù)報

泄洪洞龍落尾段地質(zhì)條件復(fù)雜，因此，超前地質(zhì)預(yù)報工作就顯得尤為重要。采用超前水平鉆孔、紅外線探水儀、地質(zhì)雷達或直流電法等超前探測手段摸清掌子面前的圍巖狀況，以便制訂相應(yīng)的應(yīng)對安全技術(shù)措施。當開挖后圍巖自穩(wěn)時間不能滿足支護要求時，應(yīng)先采取打設(shè)超前錨桿、超前注漿小導(dǎo)管等措施預(yù)加固圍巖，然后再實施開挖。

4.4.2施工安全監(jiān)測

做好現(xiàn)場巡視檢查和洞室收斂監(jiān)測工作。收斂點的布置及觀測頻次按照規(guī)范或設(shè)計要求進行。該工程采用非接觸式收斂監(jiān)測技術(shù)進行安全監(jiān)測，該方法能夠減少大跨度洞室施工中位移量測的困難，并可解決傳統(tǒng)的接觸量測中量測數(shù)據(jù)無法正確反映洞室的偏壓變形、整體下沉的狀態(tài)等問題，同時具有設(shè)站靈活、施工干擾小、量測精度高等優(yōu)點，能夠及時快速掌握圍巖是否變形，從而為調(diào)整開挖支護方法提供數(shù)據(jù)支撐。

4.4.3爆破安全措施

(1)通過現(xiàn)場爆破試驗選擇合理的爆破參數(shù)、爆破微差起爆時間間隔，確保炸藥均勻地分布在被爆巖體中，防止能量過于集中，減小爆破對圍巖的擾動。

(2)每次放炮后，應(yīng)進行全方位的安全檢查并清除危石、浮石，若發(fā)現(xiàn)非撬挖所能排除的險情時，應(yīng)果斷采取其他措施進行處理。進行洞內(nèi)安全處理時，應(yīng)設(shè)專人監(jiān)護，隨時觀察險石動態(tài)。

4.4.4特殊部位施工采取的安全措施

(1) 斷層破碎帶開挖。

開挖過程中，應(yīng)根據(jù)圍巖特性控制開挖進尺，并對局部不穩(wěn)定部位增設(shè)隨機錨桿，對控制穩(wěn)定的軟弱結(jié)構(gòu)面采取錨筋束(錨筋樁)或預(yù)應(yīng)力錨索加固并將其伸入到完整的巖體中維護圍巖穩(wěn)定。在松散、軟弱破碎的巖體中開挖洞室時，盡量減少對圍巖的擾動，先護后挖、邊挖邊護或先對巖體進行加固后再實施開挖。

(2)對塌方及較大裂隙采取的處理措施。

洞內(nèi)發(fā)生塌方或遇到較大裂隙時，應(yīng)及時查明塌方原因及其規(guī)模、規(guī)律，提出相應(yīng)的措施迅速處理，防止塌方范圍的延伸和擴大。塌方及較大裂隙段施工應(yīng)采用以下措施：

① 先用鋼支撐加固好端部未破壞的支護或巖體，再采用永久與臨時相結(jié)合的支護方式進行事故段的加固處理。

② 塌落物未將洞室堵塞時，應(yīng)先支護頂部，再清除石渣。

③ 塌落物將洞室堵塞時，宜采用小導(dǎo)管加注漿或頂注漿等方法進行加固，然后按邊開挖、邊支護的方法施工。

④ 有地下水存在時，宜先治水后再進行塌方的處理。

(3)不穩(wěn)定塊體的處理。

針對開挖過程中的不穩(wěn)定塊體，首先應(yīng)考慮進行加固，不得強行進行清除，以免造成更大范圍的塌方。但須保證加固支護作業(yè)時塊體不崩落，塊體加固支護可采用長錨桿、鋼支撐等方式。

5結(jié)語

白鶴灘水電站泄洪洞龍落尾從2015年5月開始開挖，目前已完成了30%左右的開挖工程量，按照文中制定的開挖程序、開挖方法及質(zhì)量、安全措施進行施工，工程進度、質(zhì)量、安全受控。筆者通過施工實踐，總結(jié)出了一定的經(jīng)驗與不足供類似工程參考：

(1)龍落尾施工分上、中、下三個作業(yè)面進行開挖總體布局合理，但中層施工支洞靠近龍落尾開挖底板(下支洞)，存在一定缺陷。進行支洞上部洞身開挖時，對相鄰龍落尾交通通行影響較大， 建議類似工程在設(shè)置支洞時考慮設(shè)置成上支洞更為合理。

(2)龍落尾開挖分層需充分考慮鉆爆設(shè)備與支護設(shè)備(多臂鉆、濕噴臺車)的最小作業(yè)空間，只有這樣，才能保證支護的及時性。

(3)龍落尾開挖的特點為“慢工出細活”。不可冒進追求開挖進度，要以支護促開挖，具備條件時應(yīng)盡量多創(chuàng)造工作面，各作業(yè)面的開挖、支護循序漸進，減少資源閑置情況。

(4)該工程龍落尾段的開挖通風散煙問題為其另一個難點，尤其是上坡洞段，左右導(dǎo)洞轉(zhuǎn)序反向開挖時，通風散煙耗時長，施工環(huán)境相對較差。盡早完成上部通風豎井開挖或增設(shè)短小通風平洞可有效改善施工環(huán)境，進而提高施工效率。

參考文獻：

[1]水工建筑物地下工程開挖施工技術(shù)規(guī)范，DL-T 5099-2011[S].

[2]爆破安全規(guī)程，GB6722-2014[S].

[3]水電水利工程爆破施工技術(shù)規(guī)范,DL/T5135-2001[S].

[4]水電水利工程錨噴支護施工規(guī)范,DL/T5181-2003[S].

[5]水電水利工程錨桿無損檢測規(guī)程,DL/T5424-2009[S].

收稿日期:2016-04-06

中圖分類號:TV7;TV554;TV52

文獻標識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0006-05

作者簡介:

田洪(1981-)，男，四川簡陽人，項目總工程師，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

康建榮(1979-)，男，甘肅天水人，五分局副分局長兼白鶴灘泄洪洞項目部項目經(jīng)理，高級工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

甄耀祖(1981-)，男，甘肅天水人，項目副總工程師，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

楊波(1981-)，男，四川自貢人，項目副經(jīng)理，工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與質(zhì)量管理工作；

彭培龍(1988-)，男，河南許昌人，助理工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)