水電站尾水管檢修閘門室快速揭頂施工研究

摘要：本文針對白鶴灘水電站左岸引水發電系統尾水管檢修閘門室受施工周邊條件所限，導致揭頂施工質量差的問題，通過施工布置、快速揭頂施工流程設計、錨桿施工、三角體開挖，提出一種全新的施工技術。將該項技術應用于實際不僅可以實現快速揭頂，還可以解決支護空間不足的問題，保障了施工安全。在實際施工過程中，還需要結合具體情況，對錨桿的長度進行合理設計，保證錨桿能夠順利完成插桿。

關鍵詞：水電站；左岸；尾水管；閘門室；快速揭頂

中圖分類號：TV73""""""""" 文獻標志碼：A

尾水管檢修閘門室是水利工程中的關鍵部分，其作用是當水利工程設備進行檢修時，能夠迅速切斷水流，為檢修工作提供干燥的環境。然而，在傳統的尾水管檢修閘門室施工方法中，通常采用的是全斷面開挖的方式，這種方式不僅施工周期長，還對環境影響較大[1]。目前，隨著科技的不斷進步，快速揭頂施工方法逐漸進入人們的視線。這種方法主要是在尾水管檢修閘門室的頂部進行局部開挖，然后利用特殊的設備和技術進行快速揭頂，應用這種方式，來提高項目的施工效率。

1工程概述

1.1工程地質條件

左岸尾水管檢修閘門室圍巖以完整～較完整的堅硬玄武巖為主，邊墻圍巖以Ⅱ類、Ⅲ1類為主，其中Ⅱ類占35%，Ⅲ1類占58%，頂拱圍巖基本為Ⅱ類。在地應力作用下，巖體不會產生整體的塑性變形和破壞，洞室的整體穩定性較好。

安排技術人員進行現場勘探，明確頂拱陡傾角裂隙相對發育，可能組合形成塊體，但方量有限，影響局部穩定。同時，洞室區地應力量值中等偏高，方向與其軸線大角度相交，洞室在開挖過程中將產生一定程度的片幫乃至中等巖爆現象[2]。

在洞室邊墻中下部，分布少量第二類柱狀節理玄武巖，厚度約30m，在此區域進行開挖施工，易產生局部變形與松弛。其中，在斜切邊墻中存在錯動帶，取樣后發現該區域的整體巖性較為軟弱，如果未能按照規范施工，那么該區域容易發生剪切變形[3]。經過綜合勘察后發現，在洞室邊墻中上部和頂部位置露出的角礫熔巖區域，由于其地應力較高，因此發生塑性變形的概率也較高，且錯動帶在外水壓力作用下，可能存在滲透變形風險。

1.2主要工程量

為規范工程項目的施工，對項目快速揭頂施工中涉及的開挖支護工程量進行綜合分析，相關內容見表1。

2施工布置

為保證工程項目的順利施工，按照規范對施工通道進行布置。

其中開挖渣施工道路主要有以下4條。①有用料出渣道路：工作面→尾水管檢修閘門室南側交通洞→進廠交通洞延伸洞→3#公路→上游臨時橋→4#公路→大田壩存料場。②有用料出渣道路：工作面→尾水管檢修閘門室北側交通洞→通風兼安全洞→5#公路→3#公路→上游臨時橋→4#公路→大田壩存料場。③無用料出渣道路：工作面→尾水管檢修閘門室南側交通洞→進廠交通洞延伸洞→3#公路→矮子溝棄渣場。④無用料出渣道路：工作面→尾水管檢修閘門室北側交通洞→通風兼安全洞→5#公路→3#公路→矮子溝棄渣場。

混凝土水平運輸道路有兩條。①水電七局白鶴灘施工局60拌合站→3#公路→5#公路→通風兼安全洞→尾水管檢修閘門室北側交通洞→工作面。②水電七局白鶴灘施工局60拌合站→3#公路→進廠交通洞延伸洞→尾水管檢修閘門室南側交通洞→工作面。

在此基礎上，應明確尾水管檢修閘門室開挖支護所需的風水電，均從左岸廠區風水電接入系統。前期系統風水電未形成時，尾水管檢修閘門室北側開挖支護所需風水電從原0244標的系統風水電接入[4]。其中尾水管檢修閘門室南側施工臨時供水主要從布置在進廠交通洞延伸洞內的臨時DN150主水管，用DN50水管延伸布置到工作面，尾水管檢修閘門室北側施工臨時供水主要從原0244標的主供水管，用DN50的水管延伸布置到工作面。

洞內排水主要為地下水和基巖裂隙水和施工廢水[5]。尾水管檢修閘門室高程為645.5m，施工排水均采用污水自流的方式。南側污水經閘門室南側，進廠交通洞排入布置在進廠交通洞內的臨時集水坑，北側污水經尾水管檢修閘門室北側交通洞，廠頂北側交通洞排入原0244標排污系統。

尾水管檢修閘門室兩側施工均采用機械通風。尾水管檢修閘門室南側施工，采用布置在進廠交通洞延伸洞口的1臺2×AVH140.132.4.8風機，通過。2.0m的風向工作面壓風，尾水管檢修閘門室北側施工，采用布置在尾水洞檢修閘門室南側施工支洞內的1臺1×AVH140.132.4.8風機，通過。2.0m的風向工作面壓風。

3快速揭頂施工流程設計

根據尾水管檢修閘門室的結構特點、通道條件、施工機械性能，尾水管檢修閘門室高程頂部揭頂（645.50m以上部分）自上而下分3層進行開挖，各層再分區進行開挖。第Ⅰ層分層高度為7m，第Ⅱ層分層高度為9m，第Ⅲ層分層高度為6m[6]。在施工過程中，首先，從布置在第Ⅲ層的中導洞兩端分別升坡開挖（6m×7m）形成第Ⅰ層施工通道，其次，從北側向中部對中部導洞進行開挖支護（6m×7m），南側向中部進行全斷面開挖支護（12. 1m×7m），在中部連通后，從南向北開挖北側剩余三角體（先進行導洞開挖支護，再對兩側邊墻及安裝場頂拱進行擴挖支護），在北側開挖支護完成后，從北向南開挖南側剩余三角體（全斷面進行開挖支護，斷面為12. 1m×7.0m，安裝場斷面為12. 1m×8.5m），再次，對中部Ⅱ1層進行開挖（6m×9m），對巖錨梁保護層、巖錨梁進行開挖支護，最后，完成第Ⅲ層的兩側邊墻擴挖支護和錨索施工。具體施工程序如圖1所示。

4錨桿施工

從中導洞升坡至Ⅰ層開挖為臨時洞室開挖，在施工過程中存在巖石掉塊等風險，因此為保障人員及設備安全，在每次爆破后，施工、監理、設計、業主4方在現場查勘后，增加隨機錨桿以保障施工期安全。

由現場實際爆破效果來確定尾水管高程645.5m以上開挖鉆爆設計參數。由于工程未開工，因此初始根據設計提供引水發電系統工程的地質條件，結合導流洞施工爆破經驗，編制爆破圖和爆破設計參數[7]。表2為6m×7m斷面爆破設計參數。

炸藥單耗為1.04kg，光爆孔線裝藥密度為156g/m，預期進尺2.5m，爆破效率為92.6%。

分序支護的原則為利用設計錨桿長短交錯布置的設計型式，在開挖后，采用短錨桿（I序錨桿）跟進開挖10～20m、長錨桿（II序錨桿）滯后短錨桿80～90m的分次施工方式。由于短錨桿鉆孔速度快，因此可利用開挖時的鉆孔時間，同時采用多臂鉆進行I序錨桿跟進作業，在開挖掌子面放炮出渣階段，為避免影響出渣，多臂鉆退后在距離掌子面100m左右進行II序錨桿鉆孔作業。

Ⅰ層底板和中導洞頂拱高程要大于中導洞1倍洞徑，因此第Ⅰ層底板高程為660.5m，離尾水管檢修閘門室頂拱高度僅為7m，無法滿足頂拱中部系統錨桿（L=9m）的一次施工。同時，為保證施工進度，將支護系統錨桿按先后順序分為Ⅰ序、Ⅱ序，并對其進行施工。Ⅰ序：系統錨桿全孔位6m鉆孔施工，并完成6m錨桿施工。Ⅱ序：9m施工。在施工過程中，采用增加鉆桿的方式，即在6m桿部分送入錨桿孔內后，外部架桿延長鉆桿，達到9m鉆孔。孔徑大于錨桿直徑且錨桿為鋼筋材質，因此存在一定韌性，且開挖過程中存在超挖現象。

5三角體開挖

在完成尾水管檢修閘門室Ⅰ層南北側貫通后，對南北側剩余三角體進行施工。在施工過程中，發現局部三角體過高無法進行一次施工，經研究，中部導洞部分采用兩層、兩次進行擴挖，即先施工下部、墊渣形成初步平臺，上部按照水平隧洞施工方式，采用平推的方式進行施工。圖2為開挖施工工藝流程圖。

同時為保證邊墻結構面的施工質量，端墻部位采用多臂鉆朝上造豎向孔進行預裂爆破，且因操作空間的局限性，僅能采用二臂鉆進行施工，同時向上爆破裝藥難度大，因此確定向上爆破預裂4m。具體以南側剩余三角體為例，如圖3所示。

左岸尾水管檢修閘門室巖錨梁施工為尾水管檢修閘門室施工的重點、難點工程，通過與左岸廠房巖錨梁施工相互印證，同步進行試驗，擇優選擇爆破數據，過程中根據爆破情況進行動態調整，保證左岸尾水管檢修閘門室巖錨梁施工能夠高質量、高效率完成。

中間頂部剩余三角開挖因地質條件差，時有巖爆發生，且單通道單工作面進行施工，在施工過程中，支護空間不夠，因此須加桿進行錨桿施工，同時在巖錨梁施工前，配合廠房進行巖錨梁試驗。尾水管檢修閘門室處于深埋深段，洞室區地應力量值中等偏高，在開挖過程中，洞室將產生一定程度的片幫甚至中等巖爆現象。因此，預防巖爆引發安全事故是保障尾水管檢修閘門室開挖安全的重點。

根據左岸導流隧洞施工經驗，若遇巖爆易發以及柱狀節理段，則緊急噴鋼纖維混凝土，再進行短系統錨桿支護保障施工安全。圖4為巖爆易發段開挖方法示意圖。

6結語

隨著我國水利水電事業的飛速發展，尾水管檢修閘門室的施工技術和效率問題愈發凸顯。傳統的尾水管檢修閘門室施工方法耗時費力，無法滿足現代工程快速、高效的需求。因此，優化尾水管檢修閘門室的施工工藝，提高施工效率，成為當前水利水電工程領域亟待解決的問題。為落實此項工作，本文進行研究，并得到以下幾個結論。1）與傳統的全斷面開挖方法相比，快速揭頂施工通過局部精準開挖，能夠大幅縮短施工周期。應用這項技術能夠有效地提高尾水管檢修閘門室的施工效率，縮短工程周期，從而加快水利水電工程的整體進度。2）傳統的開挖方法往往會對周邊環境造成較大的影響，而快速揭頂施工則通過局部精確開挖，大大減少了對周邊環境的影響。應用這項技術有助于保護工程周邊的生態環境，實現工程建設與環境保護的和諧共生的目標。

參考文獻

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