水利樞紐工程導流洞開挖技術與質量控制措施分析

王秋陽

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410000）

我國是一個水資源豐富但分布極不均勻的國家，為滿足不同地區用水需求、增加水電這一清潔能源的供應量，大規模建設水利水電工程成為我國近些年發展的重要任務之一。在水利樞紐工程實施中，導流隧洞的修建十分關鍵，其可為水利樞紐建筑物施工提供必要條件，施工期屬臨時建筑物，部分情況下導流結束后還可改為永久性建筑，加強其施工技術分析具有關鍵性意義。

1 水利樞紐工程導流洞概述

不同于其他類型的工作，水利水電建設中始終存在河道水流蓄泄與施工間的矛盾，在整個項目作業過程中，必須將水流控制落實到位，由此施工導流成為水利樞紐工程的重要組成部分。施工導流系統的運用主要涉及以下問題：（1）導流建筑物類型的選擇與布置。（2）截流與圍堰工程。（3）施工期通航、度汛、蓄水應用前臨時導流孔洞封堵。（4）施工期完建后的泄洪、第一臺機組發電的日期等。

文章主要圍繞導流洞的施工展開分析，長期以來水利樞紐工程導流洞的開挖面臨地質條件、運行工況相對復雜的情況，且不同斷面、尺寸的導流洞對施工技術的要求也存在較大的差異，對此只有合理地選擇開挖與支護工法，落實相關質量控制措施，才能保證導流洞發揮其應有的作用，保證后續施工作業順利完成，水利樞紐工程導流洞類型如表1所示。

表1 水利樞紐工程導流洞類型

2 水利樞紐工程導流洞開挖技術方法

2.1 開挖施工技術的選擇

在進行導流隧洞施工時，需根據工程地質特征合理制定開挖施工方法，不同圍巖類別施工處理方法、技術側重點均存在較大的差異，近年來新奧法已經成為主流工法，嚴格遵循“少擾動、早噴錨、勤量測、緊封閉”的原則，摸清地質情況后，再科學開展開挖、支護工作，保證隧洞作業的安全性。目前，我國導流隧洞常用的開挖技術方法主要有以下幾種：（1）臺階法。將斷面分為兩個乃至多個工作面開挖。（2）全斷面開挖法。斷面一次開挖成型。（3）中隔墻法。開挖時斷面分為左右兩個部分進行開挖。（4）分部開挖法。斷面分步開挖、逐步成型，若是先開挖斷面一部分作為導洞，則稱為導坑超前開挖法。（5）交叉中隔法。此方法綜合了臺階法與中隔墻法。實際工程中，施工單位需根據地質情況，制訂針對性的施工方案，確保導流隧洞開挖工作的順利實施。

2.2 復雜特殊地質支護方法

支護是導流隧洞施工的重要環節，通過圍巖加固保證后期施工安全，尤其是復雜特殊地質條件下，必須根據隧道圍巖類別、隧洞工況、斷面以及開挖形式，合理選擇支護形式。

（1）超前支護。包括超前小導管錨桿、小管棚及大管棚等，超前支護參數具體如表2所示。

表2 Ⅳ、Ⅴ類圍巖的超前支護參數

（2）聯合支護。導流隧洞開挖若是遭遇Ⅴ類圍巖、斷層帶、節理密集帶等，必須采取聯合支護措施，有效抑制有害變形，各種支護方法適用情況如表3所示。此外，針對一些圍巖極其破碎的情況，可采用水泥卷式預應力錨桿、中空自進式錨桿支護，保證隧洞開挖安全。

2.3 不良地質段其他處理方法

導流隧洞開挖施工中保證圍巖穩定性是第一原則，對此必須做到超前探測、超前排水、超前支護，針對不良地質段合理采用排水、灌漿加固等措施，具體處理方法如下：（1）斷層帶、軟弱巖層帶：可采用固結灌漿加固方法，部分嚴重地段增設懸吊錨桿。（2）巖溶發育地段：小溶洞掛網錨噴、注漿，巖溶管道落實洞內外處理，加強排水，開挖揭露后以混凝土封堵。

表3 各種支護方法適用情況

3 實例探析水利樞紐工程導流洞開挖與質量控制措施

文章主要以陜西省東莊水利樞紐工程中的導流洞項目為例展開分析，具體如下。

3.1 工程概況

陜西省東莊水利樞紐是國家重點水利工程，一等、大（1）型工程，導流洞按有壓流設計，城門洞型（17m×19m），頂拱角度為120°，導流洞開挖輪廓線如圖1所示。

圖1 導流洞開挖輪廓線（單位：m）

3.2 導流洞沿線地質情況

導流洞進口邊坡位于壩軸線上游，河床附近及部分地區基巖裸露，巖體表層風化、卸荷跡象明顯，局部存在溶蝕現象，巖體部分區域可見松動或變形錯位痕跡；弱卸荷帶厚度一般為10～15m，裂隙寬度一般為1～5mm，局部為5～8mm，裂隙壁面彎曲粗糙，充填泥膜、鈣膜及鈣質土，局部存在溶蝕。

導流洞洞身長度為912.50m，埋深20～202m，巖體整體較完整，巖石強度較高，地應力水平不高，洞室圍巖以Ⅱ～Ⅲ類為主。

導流洞出口邊坡位于壩址區化石溝下游約150～300m處，主要出露基巖為奧陶系中統馬家溝組（O2m4-2）巨厚層灰巖，邊坡強卸荷帶厚5～10m，寬度一般為1～3cm，局部為3～5cm，壁面彎曲粗糙，部分平直粗糙，充填濾泥、鈣質土、巖屑及植物根系等，局部存在溶蝕現象；弱卸荷帶水平深度為10～15m，裂隙寬度一般為1～3mm，局部為3～5mm。

3.3 導流洞開挖施工方法

（1）開挖方案。該標段地下洞挖工程主要為導流洞出口段導0+460.0m～導0+912.5m。在施工安排上首先利用上游施工便道和已沿導流洞軸線貫穿的勘探試驗洞進入導流洞出口位置，展開導流洞出口邊坡599.00m高程以上邊坡開挖和支護，初步具備導流洞擴挖條件，其次在一期圍堰的保護下，完成上層（上擴段）以及中層的開挖和支護，最后在二期圍堰保護下，完成導流洞下層的開挖，最終和上游Ⅰ標貫通。

導流洞洞身為城門洞型，開挖斷面尺寸為18.8m×20.7m，主要為II、III類圍巖；根據圍巖特點和開挖斷面尺寸及現場施工條件，導流洞洞挖分三層進行，第一層高度為8.5m，第二層高度為7.7m，第3層高度為4.5m。

第一層開挖采用手風鉆或多臂鉆水平造孔，周邊光面爆破；第二層開挖采用液壓鉆機鉆垂直孔，兩側邊墻采用YQ100B潛孔鉆造光爆孔，半斷面開挖；第三層全斷面開挖，采用液壓鉆鉆孔，復合消能爆破技術開挖。第一層開挖采用自制作業臺車進行鉆爆施工，第二層及第三層采用垂直鉆孔爆破施工。

（2）開挖工程量。該合同石方洞挖為154124m3，各類支護錨桿7147根，噴射混凝土260.7m3，掛網鋼筋78.5t，錨筋樁21.5t，地下洞挖開挖及支護工程量具體如表4所示。

表4 地下洞挖開挖及支護工程量表

（3）開挖技術要點。分層洞挖：該項目導流洞分3層開挖，上層（上擴段）高度為7.5m，中層（下臥段）高度為10m，下層（保護層）高度為3.2m。施工順序為先上層，再中層，后下層，由樁號0+912.5m向上游進口方向掘進；先貫通上層（上擴），再進行中層（下臥）和保護層開挖。上中層全斷面開挖、下層分幅開挖。①第一層開挖。第一層開挖面積約87.06m2，根據設計斷面最開挖高度取8.5m，開挖循環進尺根據圍巖類型及鉆孔方式不同，Ⅱ、Ⅲ類圍巖控制在3.0（手風鉆）～6.0m（單臂鉆），Ⅳ類圍巖控制在1.5～2.5m。起爆網絡采用非電雷管孔內延時起爆，周邊光面爆破。第一層開挖采用手風鉆、多臂鉆進行鉆孔爆破，開挖輪廓采用光面爆破。第一層開挖擬爆破參數如表5、表6、表7所示。具體以爆破試驗為準。②第二層開挖。第二層開挖采用半斷面，開挖面積約188m2，梯段掘進，進尺控制在20m，臺階高度取7.7m，半斷面掘進，采用D7液壓鉆垂直造孔，邊墻光爆孔采用YQ100B鉆孔，起爆網絡采用非電雷管孔內延時起爆。③第三層開挖。第三層開挖采用全斷面，開挖面積為112.8m2，梯段掘進，進尺控制在10.8m，底板預留保護層為4.5m，采用D7液壓鉆垂直造孔，復合消能爆破技術開挖，起爆網絡采用非電雷管孔內延時爆破，周邊由中層一次光爆到位。

表5 導流洞第一層Ⅱ、Ⅲ類圍巖爆破參數表（手風鉆）

表6 導流洞第一層Ⅱ、Ⅲ類圍巖爆破參數表（多臂鉆）

表7 導流洞第一層Ⅳ類圍巖爆破參數表（手風鉆）

3.4 質量控制措施

該工程導流洞洞室所在區域大部分為Ⅱ、Ⅲ類圍巖，小部分為Ⅳ類圍巖，為保證作業安全、高效、高質完成，根據不同圍巖地質情況制訂了針對性的開挖、支護方案，并落實以下質量控制措施：（1）鉆孔質量管理。由合格鉆工嚴格按照測量定出的中線、腰線、開挖輪廓線和測量布孔進行鉆孔作業。各鉆工分區、分部位定人定位施鉆，實行嚴格的鉆工作業質量經濟責任制。技術人員現場旁站，便于及時發現和解決現場技術問題。每排炮由值班質量工程師按“平、直、齊”的要求進行檢查，做到炮孔的孔底落在爆破規定的同一個鉛直斷面上（梯段爆破為水平面）；為了減少超挖，周邊孔的外偏角控制在設備所能達到的最小角度。光爆孔、預裂孔及掏槽孔的偏差不得大于5cm，其他炮孔孔位偏差不得大于10cm。（2）爆破質量管理。落實爆破試驗工作，科學確定不同開挖作業面的爆破參數，保證隧洞開挖質量滿足要求；合理控制裝藥質量、周邊孔爆破時間等，裝藥前將鉆孔清理干凈，藥卷必須落在孔中心線上，確保爆破效果達到設計要求，同時嚴格控制單響藥量，防止爆破振動影響已支護部分；全面落實爆裂面爆破情況檢查工作，檢查預裂孔是否連成一條線；孔壁是否存在裂紋；孔間巖石層面是否平順、光滑。（3）爆破成果分析、總結及驗收。導流洞在爆破過程中及時總結，每次爆破完成后進行驗收。

光面爆破和預裂爆破必須達到以下要求：（1）殘留炮孔痕跡在開挖輪廓面上均勻分布。（2）炮孔痕跡保存率：對完整巖體達到80%以上；對較完整和完整性差的巖石不少于50%，對較破碎和破碎巖石不少于20%。（3）相鄰兩孔間的巖面平整，孔壁沒有明顯的爆震裂隙。（4）相鄰兩茬炮之間的臺階應不大于2cm。（5）預裂爆破后，必須形成貫穿連續性的裂縫，預裂縫寬度應不小于0.5cm。

4 結束語

綜上所述，在水利樞紐工程建設中，導流隧洞在水流控制方面發揮著重要的作用。在導流洞實際作業中，必須嚴格根據項目地質條件、施工要求等合理選擇開挖、支護方法，落實各道工序，并加強施工參數控制、工序質量檢查等工作，切實保證隧洞順利貫通，為后續施工奠定堅實的基礎。