白鶴灘水電站1#泄洪洞龍落尾開挖施工技術(shù)

萬　臣，　于 志 強(qiáng)，　鄧 昌 奇

(中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊，重慶　401305)

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白鶴灘水電站1#泄洪洞龍落尾開挖施工技術(shù)

萬臣，于 志 強(qiáng)，鄧 昌 奇

(中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊，重慶401305)

以白鶴灘水電站1#泄洪洞練兵工程為例，通過采用新增支洞設(shè)計、擴(kuò)挖已有支洞、合理分區(qū)分層開挖的施工方法，解決了1#泄洪洞龍落尾緩傾角長斜井開挖難題，在工程實踐中取得了良好的應(yīng)用效果。

白鶴灘水電站；泄洪洞龍落尾；開挖技術(shù)

1　工程概況

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)，其1#泄洪洞由上平段和龍落尾段組成。泄洪洞進(jìn)口工作閘門下游接明流上平段，洞身斷面為城門洞型，上平段下游接龍落尾段，龍落尾段由渥奇曲線段、斜坡段和反弧段組成。斜坡段為渥奇曲線與反弧之間的連接過渡段，1#泄洪洞斜坡坡度為1∶4，而反弧段則位于斜坡段下游，反弧半徑為300 m。1#泄洪洞反弧段后面直接接挑流鼻坎。

1#泄洪洞龍落尾段布置3道摻氣設(shè)施，分別位于渥奇曲線末端、斜坡段中部和反弧起點上游40 m，3道摻氣設(shè)施均為底摻氣+側(cè)摻氣組合。每道摻氣設(shè)置獨立的通風(fēng)洞，由洞外向洞內(nèi)補(bǔ)氣。除摻氣坎獨立補(bǔ)氣系統(tǒng)外，在“龍落尾”段起點附近通過豎井(襯后直徑6 m)與通風(fēng)主洞連接直接向洞內(nèi)補(bǔ)氣。由于龍落尾獨特的體型特點，其開挖主要是緩傾角長斜井的開挖，且其處于整個工程的關(guān)鍵線路，因此，該段開挖是整個泄洪洞開挖的重難點工程。

2　地質(zhì)條件

龍落尾段上覆巖體厚度約52～110 m，主要穿過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(fēng)化～新鮮巖體，樁號K2+232～K2+358段洞室軸線以上為弱風(fēng)化巖體。以堅硬巖為主，P2β14層玄武質(zhì)碎屑砂巖強(qiáng)度稍差。

龍落尾段斷層較發(fā)育，主要發(fā)育有F28、f545、f549、f550、f567等，平均發(fā)育密度約0.5條/10 m。斷層及影響帶范圍內(nèi)巖體破碎，易掉塊。隧洞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)圍巖類別為Ⅳ類。

3　施工特點

(1)龍落尾坡度為1∶4，約14°，難以一次開挖成型，需布置斜井進(jìn)行開挖。

(2)龍落尾段地質(zhì)條件差，開挖成型質(zhì)量要求高。

(3)渥奇曲線段開挖斷面漸變，開挖施工質(zhì)量保證難度大。

(4)施工道路布置困難、坡度大，開挖扒渣、出渣、清渣難度較大。

4　開挖施工方案

4.1新增支洞設(shè)計

根據(jù)龍落尾體型特征，在現(xiàn)有2#施工支洞的基礎(chǔ)上增加了4#施工支洞。4#施工支洞主要用于龍落尾下半段的開挖及混凝土澆筑，可以避開泄洪洞出口的施工干擾，有利于節(jié)約施工成本、加快施工進(jìn)度。4#施工支洞設(shè)計為城門洞型(圖1)，斷面形式為7 m×9 m(寬×高)，分兩期開挖，第一期開挖至龍落尾上層，第二期抽槽降坡開挖至龍落尾出口底板高程處。

4.2擴(kuò)挖已有的支洞

龍落尾2#施工支洞為已開挖成型的支洞，主要用于龍落尾斜坡段的開挖及混凝土澆筑任務(wù)，2#施工支洞可以為龍落尾提供2#施工支洞上、下游兩個工作面，使龍落尾施工可以多個作業(yè)面同時展開作業(yè)。然而，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，考慮到已有的2#施工支洞(城門洞型)空間高度不夠，無法滿足龍落尾上層的開挖要求，因此，對已有的2#施工支洞進(jìn)行擴(kuò)挖，從而為龍落尾斜坡段上層部位的施工提供作業(yè)面和施工通道。

4.3分區(qū)、分層開挖

1#泄洪洞龍落尾采取分區(qū)、分層開挖的方式。考慮到龍落尾的體型特征以及現(xiàn)場施工便利、施工安全等，將龍落尾分為Ⅰ～Ⅷ層進(jìn)行開挖。在開挖過程中需預(yù)留施工道路分區(qū)、分層進(jìn)行開挖、支護(hù)，主要分三個大區(qū)進(jìn)行，各區(qū)再劃分小區(qū)，依次為：第一區(qū)為龍落尾上緩坡段(第I至II層)；第二區(qū)為龍落尾斜坡段(第Ⅲ-1～Ⅵ層)；第三區(qū)為龍落尾下緩坡段(第Ⅵ-1至Ⅷ層)。各區(qū)的分層情況見圖1。

4.4開挖方案

圖1　1#泄洪洞龍落尾開挖分層圖

4.4.1龍落尾開挖

根據(jù)龍落尾的體型特點，將開挖分成三區(qū)Ⅷ層進(jìn)行開挖。

(1)龍落尾上緩坡段。

如圖1所示，龍落尾上緩坡段分為兩層開挖施工。第Ⅰ層可以利用已開挖的上平段下游第一層施工作業(yè)面進(jìn)行開挖掘進(jìn)，采用中導(dǎo)洞先行、后邊墻擴(kuò)挖的方式進(jìn)行爆破。其中中導(dǎo)洞的尺寸為9 m×9 m，采用周邊光爆，楔形掏槽形式，非電毫秒雷管聯(lián)網(wǎng)、微差控制爆破，造孔設(shè)備采用YT28手風(fēng)鉆。待泄洪洞上平段中層開挖結(jié)束后，順接進(jìn)行龍落尾第Ⅱ?qū)拥拈_挖施工。第Ⅱ?qū)硬捎弥虚g抽槽梯段爆破、兩邊邊墻預(yù)裂爆破的開挖方式，造孔采用YQ 100B潛孔鉆和阿特拉斯CM351液壓鉆，向前掘進(jìn)至第Ⅰ層開挖面后，仍按照9%的坡度向前掘進(jìn)約30 m。

(2)龍落尾斜坡段。

由2#施工支洞進(jìn)行開挖，按照朝上、下游分別進(jìn)行開挖的方式形成出渣道路。首先，從已有的2#施工支洞按照i=8%的坡度向下游開挖龍落尾第Ⅴ層，依然采用中導(dǎo)洞先行、邊墻擴(kuò)挖的施工方法，先對第Ⅴ層上游開挖完成后進(jìn)行第Ⅴ層下游頂拱擴(kuò)挖，最后進(jìn)行第Ⅴ層上游部分頂拱擴(kuò)挖施工。對于第Ⅴ層上游部分的頂拱部位，由于原有的2#施工支洞高程不夠，無法為其提供作業(yè)平臺，因此，采取了對2#施工支洞擴(kuò)挖的方式予以解決。2#施工支洞擴(kuò)挖采用全斷面光爆開挖，邊擴(kuò)挖、邊回填的方式，利用開挖棄渣回填2#施工支洞洞底改建路基，抬高2#支洞洞底高程并形成斜坡道路，從而為第Ⅴ層上游頂拱開挖和第Ⅳ層開挖提供作業(yè)平臺和施工通道。

第Ⅴ層開挖結(jié)束后，即可利用擴(kuò)挖后的2#施工支洞按照i=14%的坡度向上游進(jìn)行第Ⅳ層的開挖作業(yè)。第Ⅳ層的開挖由下游向上游推進(jìn)，開挖方法與龍落尾第Ⅰ層的開挖方法相同，直至與第Ⅰ層貫通為止。第Ⅳ層開挖結(jié)束后，即可按i=8%的坡度、以中間抽槽梯段爆破、兩邊邊墻預(yù)裂爆破的方式由下至上進(jìn)行第Ⅲ-1層的開挖作業(yè)。第Ⅲ-1層開挖結(jié)束后，采取對2#施工支洞回填路基進(jìn)行降坡開挖，利用新成型的2#支洞施工通道、參照第Ⅲ-1層的開挖方式由下至上最終完成龍落尾第Ⅲ-2層的開挖。

(3)龍落尾下緩坡段。

龍落尾下緩坡段的開挖主要以4#施工支洞為施工通道。新增加的4#施工支洞主要分兩期進(jìn)行開挖，第一期開挖至龍落尾的上層部位，主要為龍落尾第Ⅵ-2層開挖提供便利和通道；第二期抽槽降坡開挖至龍落尾底板高程處，為龍落尾第Ⅶ、Ⅷ層的開挖提供作業(yè)平臺和通道。

第Ⅵ-2層的開挖方式仍然沿用光面爆破，分中導(dǎo)洞及邊墻擴(kuò)挖，與第Ⅰ層的開挖方法相同。第Ⅵ-1、Ⅶ層的開挖方式則與第Ⅱ?qū)拥拈_挖方法相同，而對于第Ⅷ層的開挖方法則采用水平光面爆破的方法，造孔設(shè)備采用YT28手風(fēng)鉆，底板厚度為2～4 m。具體的開挖順序為：4#施工支洞第一期開挖支護(hù)→WⅥ-2層中導(dǎo)洞開挖支護(hù)→WⅥ-2層兩側(cè)邊墻開挖支護(hù)→WⅥ-1區(qū)中層開挖支護(hù)→4#施工支洞第二期降坡開挖支護(hù)→WⅦ區(qū)中層開挖支護(hù)→WⅧ層底板開挖支護(hù)。

4.4.2通風(fēng)豎井的開挖

通風(fēng)豎井的開挖采用先導(dǎo)井、后擴(kuò)挖的施工方法進(jìn)行開挖，先采用LM-300反井鉆機(jī)鉆φ250的導(dǎo)孔，鉆至井底與泄洪洞上層貫通，拆掉導(dǎo)孔鉆頭、換上擴(kuò)挖鉆頭由下向上進(jìn)行擴(kuò)孔，擴(kuò)孔后導(dǎo)井直徑為1.4 m，然后自上而下分層進(jìn)行開挖。豎井?dāng)U挖采用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，人工裝乳化炸藥進(jìn)行鉆爆開挖，擴(kuò)挖施工循環(huán)進(jìn)尺為2 m。

擴(kuò)挖施工每循環(huán)完成后立即進(jìn)行系統(tǒng)支護(hù)，然后進(jìn)入下一循環(huán)開挖。為便于物資運輸，擬定在每個豎井上口設(shè)置型鋼井架，配置一套JM10型慢速卷揚機(jī)系統(tǒng)，擴(kuò)挖施工時卷揚機(jī)用于運送物資及移動吊籃。

4.4.3摻氣坎開挖

龍落尾段共設(shè)有三處摻氣坎，摻氣坎部分結(jié)構(gòu)擴(kuò)挖漸變結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在較短的距離(4 m、6 m)范圍內(nèi)自小斷面向大斷面、然后又由大斷面向小斷面變化，且變換偏角較大，擴(kuò)挖深度不一，致使在開挖施工中無法一次成型。實際施工中，將摻氣坎擴(kuò)挖段暫時留出，待向前開挖5～6 m距離、利于鉆機(jī)擺放再回頭進(jìn)行摻氣坎周邊輪廓的開挖。對摻氣坎擴(kuò)挖槽的死角部位和無法進(jìn)行周邊光爆孔造孔的部分，采用直孔配合斜孔掏槽的方式進(jìn)行開挖。造孔作業(yè)中，控制孔深、減少超挖；對于局部欠挖處，后期采用液壓破碎錘鑿除。

5　結(jié)　語

白鶴灘水電站1#泄洪洞龍落尾開挖是整個泄洪洞的重點和難點。經(jīng)過項目部科學(xué)組織、精心籌劃，采用新增施工設(shè)計、擴(kuò)挖已有支洞、分區(qū)分層開挖的施工方法，使白鶴灘水電站1#泄洪洞龍落尾段的開挖工程達(dá)到了預(yù)期效果，不僅提高了項目部工程練兵的技術(shù)和水平，而且也進(jìn)一步豐富了施工經(jīng)驗，可為下一步開展類似工程練兵提供參考和借鑒，從而提高遂行任務(wù)的能力。

[1]黃亞梅，張軍.水利工程施工技術(shù)[M].北京：中國水利水電出版社，2014.

[2]張守金，康白贏.水利水電工程施工組織設(shè)計[M].北京：中國水利水電出版社，2008.

[3]吳登明，張元繼，劉金娟.溪洛渡水電站左岸泄洪洞龍落尾開挖支護(hù)施工技術(shù)研究[J].四川水力發(fā)電，2010，29(6)：44-45.

[4]吳世明，劉金娟.溪洛渡水電站左岸泄洪洞龍落尾開挖施工技術(shù)[J].四川水力發(fā)電，2010，29(S2):42-44.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-07-12

TV7;TV52;TV554

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1001-2184(2016)04-0050-03

萬臣(1987-)，男，湖北宜都人，工程師，碩士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

于志強(qiáng)(1980-)，男，河南新野人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

鄧昌奇(1986-)，男，四川樂山人，工程師，碩士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.