博瓦水電站引水隧洞三岔口開挖與支護(hù)技術(shù)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(guān)鍵施工區(qū)域，該段圍巖應(yīng)力分布復(fù)雜，空間跨度大、作業(yè)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(qiáng)支護(hù)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(shè)，預(yù)計(jì)總工期44個(gè)月，受隧洞圍巖地址條件較差，以及地處偏遠(yuǎn)高海拔山區(qū)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(jí)”水電開發(fā)方案中的第八級(jí)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(fā)電，裝機(jī)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(wù)為發(fā)電，兼顧下游生態(tài)環(huán)境用水要求，投產(chǎn)后，每年可向四川電網(wǎng)提供6.933/7.341億kW·h(單獨(dú)/聯(lián)合)的電量。

2 博瓦水電站引水隧洞三岔口規(guī)劃

博瓦水電站C2標(biāo)段引水隧洞起點(diǎn)樁號(hào)為隧1+640，終點(diǎn)樁號(hào)為隧5+585，長3945 m。3#支洞長度635 m，支洞交主洞樁號(hào)K0+635，上坡洞坡度+0.8%，交叉點(diǎn)主洞樁號(hào)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(guān)鍵區(qū)域，開挖跨度大、應(yīng)力分布復(fù)雜、作業(yè)難度大，為了保證洞身安全穩(wěn)定，隧洞三岔口采取了非常規(guī)立體支護(hù)開挖技術(shù)。

根據(jù)進(jìn)度，3#支洞剩余40 m，考慮3#洞掌子面圍巖情況，存在節(jié)理面發(fā)育、巖石破碎、夾雜粉質(zhì)巖層，難以自穩(wěn)等特點(diǎn)，屬V類偏差圍巖。為減小斜交進(jìn)洞山體產(chǎn)生的不均衡應(yīng)力，因此，從支洞與主洞相交的右邊墻后退10 m，正交進(jìn)洞。

圖1 主洞、支洞交叉口段平面圖

3 方案設(shè)計(jì)及實(shí)施

3.1 三岔口實(shí)施流程

支洞影響段開挖支護(hù)→支洞爬坡異形段施工→主洞左邊墻重疊段上層開挖、臨時(shí)支護(hù)→主洞支洞重疊段上層開挖支護(hù)→主洞上、下游上層開挖支護(hù)→各洞段下層開挖支護(hù)→主洞鉆爆臺(tái)車組裝→引水隧洞上、下游開挖支護(hù)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(dòng)該段圍巖，另三岔口段是山體圍巖應(yīng)力最為集中處，易出現(xiàn)應(yīng)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(hù)和強(qiáng)支護(hù)的施工原則。

根據(jù)洞室振動(dòng)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(jù)3#支洞圍巖現(xiàn)狀，巖石破碎、節(jié)理面發(fā)育，并伴有薄厚不均的軟弱夾層，需提前做好進(jìn)入三岔口段加強(qiáng)支護(hù)的準(zhǔn)備，具體措施如下：

（1）開挖。三岔口影響段，分段弱爆破，每循環(huán)2.0 m內(nèi)。

（2）錨噴。在原設(shè)計(jì)V類圍巖系統(tǒng)支護(hù)參數(shù)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)支護(hù)，參數(shù)：每榀鋼拱架增加鎖腳錨桿7個(gè)部位10根，鎖腳錨桿長4.5 m，Φ25螺紋鋼筋，原設(shè)計(jì)V類圍巖系統(tǒng)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(tái)車YT-28手風(fēng)鉆鉆D50 mm孔，注漿采用GS30EB錨桿注漿機(jī)，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(nèi)，然后人工將錨桿體打插入孔內(nèi)，施工工藝不再詳述。掛網(wǎng)網(wǎng)格15 cm×15 cm，采用Φ8 mm盤圓鋼筋調(diào)直后人工掛網(wǎng)，網(wǎng)片與系統(tǒng)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(cè)起拱線以下30 cm設(shè)1根、右側(cè)起拱線以下30 cm設(shè)1根、左側(cè)起拱線以上30 cm設(shè)2根、右側(cè)起拱線以上30 cm設(shè)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(dǎo)管，環(huán)距30 cm，軸向排距2.0 m。

（4）所有支護(hù)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(hù)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(yù)留，與主洞底板落底時(shí)一并開挖。

（1）開挖。異形段，分段弱爆破，每循環(huán)1.5 m內(nèi)。

（2）錨噴。在原設(shè)計(jì)V類圍巖系統(tǒng)支護(hù)參數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，參數(shù)：根據(jù)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(qiáng)支護(hù)，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(fēng)鉆鉆D50 mm孔，注漿采用GS30EB錨桿注漿機(jī)，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(nèi)，然后人工將錨桿體打插入孔內(nèi)，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(shè)計(jì)V類圍巖系統(tǒng)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(wǎng)網(wǎng)格15 cm×15 cm，采用Φ6.5盤圓鋼筋調(diào)直后人工掛網(wǎng)，網(wǎng)片與系統(tǒng)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(hù)見圖3。

圖3 爬坡異型段相交位置支護(hù)示意圖

（3）拱架及超前。從主洞右邊墻到爬坡開始樁號(hào)，為異形洞段，主洞鋼拱架右側(cè)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(nèi)拱與設(shè)計(jì)拱架線一致，外拱向外擴(kuò)，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(hù)段的錨噴支護(hù)工作；在爬坡開始樁號(hào)頂拱布設(shè)一排Φ48超前注漿導(dǎo)管，環(huán)距30 cm。

（4）所有支護(hù)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(jìn)入主洞和支洞交叉重疊段施工。從主洞右邊墻繼續(xù)爬坡開挖，直至到達(dá)主洞拱頂，然后水平向主洞左邊墻繼續(xù)開挖，到達(dá)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(hù)見圖4。

圖4 主洞與支洞重疊段開挖支護(hù)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(huán)1.5 m內(nèi)；從主洞軸線至主洞左邊墻，每循環(huán)1.0 m內(nèi)，避免對(duì)主洞左邊墻造成較大超挖破壞。

（2）錨噴。該段為臨時(shí)支護(hù)，滿足主洞上層向上下游擴(kuò)挖、修整斷面要求，進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，參數(shù)：掛網(wǎng)、錨噴支護(hù)，掛網(wǎng)Φ6.5鋼筋，網(wǎng)格15 cm×15 cm；臨時(shí)錨桿長4.5 m，Φ25螺紋鋼筋，YT-28手風(fēng)鉆鉆D50 mm孔，注漿采用GS30EB錨桿注漿機(jī)，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(hù)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(diǎn)主洞樁號(hào)隧4+646.263分別向上游和下游各15 m，該洞段圍巖應(yīng)力集中，需要在系統(tǒng)支護(hù)基礎(chǔ)上進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，滿足三岔口圍巖穩(wěn)定需求。作為主洞的交通要道，采用弱爆破，超前支護(hù)和強(qiáng)支護(hù)的施工原則。根據(jù)加強(qiáng)支護(hù)方式和開挖先后順序，分為三個(gè)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(hù)至主洞左側(cè)邊墻，臨時(shí)支護(hù)后，順主洞洞軸線方向，向下游對(duì)主洞上半層進(jìn)行修邊擴(kuò)挖，下游重疊洞段5 m完成后，向上游對(duì)主洞上半層進(jìn)行修邊擴(kuò)挖，開挖進(jìn)尺1.5 m內(nèi)。

擴(kuò)挖洞段達(dá)到開挖線以后，立設(shè)鋼拱架，鋼拱架采用18#工字鋼雙拱疊加，內(nèi)拱與設(shè)計(jì)拱架線一致，外拱向外擴(kuò)，間距75 cm；支洞與主洞斷面相交的部位的鋼拱架，右側(cè)拱通過一節(jié)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(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝拱架時(shí)確定；每榀鋼拱架增加鎖腳錨桿加固支護(hù)，鎖腳錨桿環(huán)向間距1.5 m，Φ25螺紋鋼筋，長4.5 m；頂拱Φ48超前注漿導(dǎo)管，環(huán)距30 cm，軸向排距1.5 m，C20噴射砼厚20 cm。系統(tǒng)支護(hù)和加強(qiáng)支護(hù)措施同期進(jìn)行，完成上半層全面支護(hù)。各個(gè)循環(huán)支護(hù)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(duì)主洞上半洞進(jìn)行開挖支護(hù)，開挖循環(huán)2.0 m內(nèi)。

擴(kuò)挖洞段達(dá)到開挖線以后，立設(shè)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(hù)，鎖腳錨桿環(huán)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(dǎo)管，提前固結(jié)加強(qiáng)掌子面前方預(yù)開挖洞段頂拱，注漿壓力0.2～0.3 MPa，漿液濃度1∶1，環(huán)間距30 cm，軸向排距2.0 m，C20噴射砼厚20 cm。

系統(tǒng)支護(hù)和加強(qiáng)支護(hù)措施同期進(jìn)行，完成上半層全面支護(hù)，主洞上、下游段加強(qiáng)支護(hù)見圖5。各個(gè)循環(huán)支護(hù)工作緊跟掌子面。

圖5 主洞上、下游段加強(qiáng)支護(hù)圖

3.3.3 隧洞下層施工（落底）

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

3.4 支洞相交部位修角

三岔口正交，轉(zhuǎn)彎半徑大于15 m，考慮后期砼襯砌鋼筋運(yùn)輸以及砼罐車轉(zhuǎn)彎半徑，以及通風(fēng)帶、風(fēng)水管等因素，斷面相交部位邊墻、頂拱適當(dāng)擴(kuò)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(yùn)輸車輛平順轉(zhuǎn)彎，不剮蹭兩側(cè)洞壁及設(shè)施。

4 施工進(jìn)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(jì)劃65天全部完成，實(shí)際40天圓滿完成，具備主洞全斷面開挖掘進(jìn)的條件。

5 結(jié)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(hù)方式，在隧洞圍巖地質(zhì)條件極差情況下，采用了提前調(diào)整支洞相交夾角、分層開挖錨固、超前支護(hù)、加強(qiáng)支護(hù)、疊加支護(hù)、補(bǔ)強(qiáng)加固等多種開挖支護(hù)方式，涉及了超前注漿小導(dǎo)管、3D疊加鋼拱架、掛網(wǎng)噴砼、加強(qiáng)鎖腳錨桿等技術(shù)，在3#施工支洞與主洞交叉段得到了綜合應(yīng)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(yàn)證推廣。根據(jù)實(shí)際運(yùn)用情況，從施工進(jìn)度等方面綜合評(píng)價(jià)效果良好，也為同類工程起到很好的借鑒經(jīng)驗(yàn)。