博瓦水電站引水隧洞三岔口開挖與支護技術淺析

翟好科

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

0 引言

水電站引水隧洞工程主體施工過程中，支洞與主洞交叉口段為關鍵施工區域，該段圍巖應力分布復雜，空間跨度大、作業難度大，施工安全尤為重要[1]。本文以博瓦水電站引水隧洞工程3#支洞為例，論述了隧洞三岔口綜合加強支護的開挖方法。

1 工程簡介

博瓦水電站位于四川省涼山州木里縣，2015年7月19日開工建設，預計總工期44個月，受隧洞圍巖地址條件較差，以及地處偏遠高海拔山區交通不暢影響，工期拖延2020年底。電站是水洛河干流河段“一庫十一級”水電開發方案中的第八級水電站，分別與上游新藏水電站和下游寧朗水電站相銜接。

電站采用引水式發電，裝機容量168 MW。電站左岸引水隧洞全長14.188 km；閘廠址相距約16.2 km。工程主要任務為發電，兼顧下游生態環境用水要求，投產后，每年可向四川電網提供6.933/7.341億kW·h(單獨/聯合)的電量。

2 博瓦水電站引水隧洞三岔口規劃

博瓦水電站C2標段引水隧洞起點樁號為隧1+640，終點樁號為隧5+585，長3945 m。3#支洞長度635 m，支洞交主洞樁號K0+635，上坡洞坡度+0.8%，交叉點主洞樁號隧4+648.908，主洞開挖斷面10.02×9.28 m，主洞、支洞交叉口段平面圖見圖1。支、主洞交叉口為隧洞關鍵區域，開挖跨度大、應力分布復雜、作業難度大，為了保證洞身安全穩定，隧洞三岔口采取了非常規立體支護開挖技術。

根據進度，3#支洞剩余40 m，考慮3#洞掌子面圍巖情況，存在節理面發育、巖石破碎、夾雜粉質巖層，難以自穩等特點，屬V類偏差圍巖。為減小斜交進洞山體產生的不均衡應力，因此，從支洞與主洞相交的右邊墻后退10 m，正交進洞。

圖1 主洞、支洞交叉口段平面圖

3 方案設計及實施

3.1 三岔口實施流程

支洞影響段開挖支護→支洞爬坡異形段施工→主洞左邊墻重疊段上層開挖、臨時支護→主洞支洞重疊段上層開挖支護→主洞上、下游上層開挖支護→各洞段下層開挖支護→主洞鉆爆臺車組裝→引水隧洞上、下游開挖支護施工。

3.2 三岔口支洞段施工

該洞段位于三岔口附近，上下游掌子面爆破頻繁擾動該段圍巖，另三岔口段是山體圍巖應力最為集中處，易出現應力釋放、坍塌等事故，引水隧洞施工的唯一通道，在交叉口段采用弱爆破，超前支護和強支護的施工原則。

根據洞室振動影響和安全距離，3#支洞三岔口段分為：三岔口影響段10 m、三岔口爬坡異形段5 m、支洞主洞重疊段10.02 m。主洞、支洞交叉口段開挖見圖2。

圖2 主洞、支洞交叉口段開挖示意圖

3.2.1 三岔口影響段施工

根據3#支洞圍巖現狀，巖石破碎、節理面發育，并伴有薄厚不均的軟弱夾層，需提前做好進入三岔口段加強支護的準備，具體措施如下：

（1）開挖。三岔口影響段，分段弱爆破，每循環2.0 m內。

（2）錨噴。在原設計V類圍巖系統支護參數的基礎上加強支護，參數：每榀鋼拱架增加鎖腳錨桿7個部位10根，鎖腳錨桿長4.5 m，Φ25螺紋鋼筋，原設計V類圍巖系統錨桿長4.5 m，錨桿直徑Φ25螺紋鋼筋，間排距1.5 m，梅花形布置，錨桿頭外露20 cm；利用鉆爆臺車YT-28手風鉆鉆D50 mm孔，注漿采用GS30EB錨桿注漿機，所有錨桿均為砂漿錨桿，漿液采用水灰比0.4:1的濃漿，人工持注漿管從孔底慢慢拔出，保證漿液充滿孔內，然后人工將錨桿體打插入孔內，施工工藝不再詳述。掛網網格15 cm×15 cm，采用Φ8 mm盤圓鋼筋調直后人工掛網，網片與系統錨桿頭綁扎固定，局部采用膨脹鉤加固；C20噴砼厚度20 cm，采用潮噴法。位置：左邊墻中部1根、右邊墻中部1根、左側起拱線以下30 cm設1根、右側起拱線以下30 cm設1根、左側起拱線以上30 cm設2根、右側起拱線以上30 cm設2根、拱中2根。

（3）拱架及超前。采用18#工字鋼鋼拱架，間距60 cm；頂拱Φ48超前注漿導管，環距30 cm，軸向排距2.0 m。

（4）所有支護工序緊跟掌子面。

3.2.2 爬坡異形段施工

三岔口10 m影響段開挖支護后，開始向主洞右邊墻方向向上18°角爬坡開挖，保證支洞頂拱平順連接主洞拱頂，底板暫預留，與主洞底板落底時一并開挖。

（1）開挖。異形段，分段弱爆破，每循環1.5 m內。

（2）錨噴。在原設計V類圍巖系統支護參數的基礎上進行加強支護，參數：根據支洞爬升坡度的高度，與主洞相交于主洞右邊墻位置，落底后支洞最高斷面高7.6 m，邊墻需要增加鎖腳錨桿加強支護，每榀鋼拱架增加鎖腳錨桿7組14根，鎖腳錨桿長4.5 m，錨桿直徑Φ25螺紋鋼筋，YT-28手風鉆鉆D50 mm孔，注漿采用GS30EB錨桿注漿機，所有錨桿均為砂漿錨桿，漿液采用水灰比0.4∶1的濃漿，人工持注漿管從孔底慢慢拔出，保證漿液充滿孔內，然后人工將錨桿體打插入孔內，施工工藝在此不再詳述。位置：左邊墻均布2組各2根、右邊墻均布2組各2根、起拱線以下30 cm各2根、起拱線以上30 cm各2根、拱中2根。原設計V類圍巖系統錨桿長3.0 m，錨桿直徑Φ25螺紋鋼筋，間排距1.0 m，梅花形布置，錨桿頭外露20 cm；掛網網格15 cm×15 cm，采用Φ6.5盤圓鋼筋調直后人工掛網，網片與系統錨桿頭綁扎固定，局部采用膨脹鉤加固；C20噴砼厚度20 cm，采用潮噴法。爬坡異型段相交位置支護見圖3。

圖3 爬坡異型段相交位置支護示意圖

（3）拱架及超前。從主洞右邊墻到爬坡開始樁號，為異形洞段，主洞鋼拱架右側支腿，落底在支洞拱架拱部位置，受力較為集中，該洞段鋼拱架采用18#工字鋼雙拱疊加，內拱與設計拱架線一致，外拱向外擴，間距75 cm，爬坡鋼拱架每榀尺寸各不相同，落底后接長拱腿至地面，并完成落底后未支護段的錨噴支護工作；在爬坡開始樁號頂拱布設一排Φ48超前注漿導管，環距30 cm。

（4）所有支護工序緊跟掌子面。

3.2.3 主洞和支洞交叉重疊段施工

施工支洞變形爬坡段完成后，K0+629.673～K0+634.683～主洞左邊墻段10.02 m長，進入主洞和支洞交叉重疊段施工。從主洞右邊墻繼續爬坡開挖，直至到達主洞拱頂，然后水平向主洞左邊墻繼續開挖，到達主洞左邊墻后停止該階段開挖。主洞與支洞重疊段開挖支護見圖4。

圖4 主洞與支洞重疊段開挖支護圖

（1）開挖。支洞和主洞重疊段，分段弱爆破。從主洞右邊墻至主洞軸線，每循環1.5 m內；從主洞軸線至主洞左邊墻，每循環1.0 m內，避免對主洞左邊墻造成較大超挖破壞。

（2）錨噴。該段為臨時支護，滿足主洞上層向上下游擴挖、修整斷面要求，進行臨時支護，參數：掛網、錨噴支護，掛網Φ6.5鋼筋，網格15 cm×15 cm；臨時錨桿長4.5 m，Φ25螺紋鋼筋，YT-28手風鉆鉆D50 mm孔，注漿采用GS30EB錨桿注漿機，所有錨桿均為砂漿錨桿，錨桿間排距1 m布置；C20噴砼厚度15 cm。

（3）所有支護工序緊跟掌子面。

3.3 引水隧洞隧主洞段施工

三岔口主洞影響段30 m長，從相交點主洞樁號隧4+646.263分別向上游和下游各15 m，該洞段圍巖應力集中，需要在系統支護基礎上進行加強支護，滿足三岔口圍巖穩定需求。作為主洞的交通要道，采用弱爆破，超前支護和強支護的施工原則。根據加強支護方式和開挖先后順序，分為三個部分：上游段、重疊段、下游段，每段10 m。

3.3.1 主洞、支洞重疊段施工

接上步工序，支洞開挖支護至主洞左側邊墻，臨時支護后，順主洞洞軸線方向，向下游對主洞上半層進行修邊擴挖，下游重疊洞段5 m完成后，向上游對主洞上半層進行修邊擴挖，開挖進尺1.5 m內。

擴挖洞段達到開挖線以后，立設鋼拱架，鋼拱架采用18#工字鋼雙拱疊加，內拱與設計拱架線一致，外拱向外擴，間距75 cm；支洞與主洞斷面相交的部位的鋼拱架，右側拱通過一節直線拱架落腳在支洞最后一榀拱架拱部，直線拱架最大長度2.1 m，最小長度0.3 m，具體長度根據現場安裝拱架時確定；每榀鋼拱架增加鎖腳錨桿加固支護，鎖腳錨桿環向間距1.5 m，Φ25螺紋鋼筋，長4.5 m；頂拱Φ48超前注漿導管，環距30 cm，軸向排距1.5 m，C20噴射砼厚20 cm。系統支護和加強支護措施同期進行，完成上半層全面支護。各個循環支護工作緊跟掌子面[2]。

3.3.2 主洞下游段、上游段施工

重疊段上半洞完成后，仍按照上、下游工作面交替施工的原則對主洞上半洞進行開挖支護，開挖循環2.0 m內。

擴挖洞段達到開挖線以后，立設鋼拱架，鋼拱架采用18#工字鋼，間距60 cm，每榀鋼拱架增加鎖腳錨桿加固支護，鎖腳錨桿環向間距1.5 m，Φ25螺紋鋼筋，長4.5 m；頂拱打插Φ48超前注漿小導管，提前固結加強掌子面前方預開挖洞段頂拱，注漿壓力0.2～0.3 MPa，漿液濃度1∶1，環間距30 cm，軸向排距2.0 m，C20噴射砼厚20 cm。

系統支護和加強支護措施同期進行，完成上半層全面支護，主洞上、下游段加強支護見圖5。各個循環支護工作緊跟掌子面。

圖5 主洞上、下游段加強支護圖

3.3.3 隧洞下層施工（落底）

待上下游掌子面距離達30 m，進行主洞下層以及支洞異形段落底開挖支護。從支洞異形爬坡段向主洞內落底開挖，根據圍巖情況確定隧洞下層開挖的循環長度，邊開挖，根據各段的支護原則邊支護[3]。

3.4 支洞相交部位修角

三岔口正交，轉彎半徑大于15 m，考慮后期砼襯砌鋼筋運輸以及砼罐車轉彎半徑，以及通風帶、風水管等因素，斷面相交部位邊墻、頂拱適當擴挖，上、下游夾角巖體斜切45°，寬度2 m，保證支、主洞平順連接，滿足出渣車輛、砼罐車以及鋼筋運輸車輛平順轉彎，不剮蹭兩側洞壁及設施。

4 施工進度

3#支洞三岔口段施工，主要施工資源配置和正常支洞施工的基本相同；施工原計劃65天全部完成，實際40天圓滿完成，具備主洞全斷面開挖掘進的條件。

5 結語

本文論述了博瓦水電站3#支洞與主洞交叉口段開挖支護方式，在隧洞圍巖地質條件極差情況下，采用了提前調整支洞相交夾角、分層開挖錨固、超前支護、加強支護、疊加支護、補強加固等多種開挖支護方式，涉及了超前注漿小導管、3D疊加鋼拱架、掛網噴砼、加強鎖腳錨桿等技術，在3#施工支洞與主洞交叉段得到了綜合應用，具有安全、快速、高效的效果，并在相鄰的2#施工支洞得到驗證推廣。根據實際運用情況，從施工進度等方面綜合評價效果良好，也為同類工程起到很好的借鑒經驗。