□于俊卿 □滕海青（中國水利水電第一工程局有限公司）

一、工程簡介

呼和浩特抽水蓄能電站位于內蒙古自治區(qū)呼和浩特市東北部大青山山脈中麓哈拉沁溝下游，距離呼和浩特市公路里程約20km，電站總裝機容量1200MW，裝機4臺，單機容量300MW；電站建成后接入蒙西電網，在系統(tǒng)中承擔調峰、填谷和緊急事故備用的任務，同時兼有調頻、調相的作用。

呼和浩特抽水蓄能電站引水系統(tǒng)中支洞分為主洞和岔洞兩部分，主洞長1010m，岔洞長210m，引水系統(tǒng)中支洞斷面為城門洞型，凈斷面（寬×高）9.8m×10.0m；引水系統(tǒng)中支洞主洞是2號高壓管道上斜井段開挖出渣、下斜井段、中平段開挖、支護、鋼板襯砌及混凝土回填施工通道；引水系統(tǒng)中支洞岔洞是1號高壓管道上斜井段開挖出渣、下斜井段、中平段開挖、支護、鋼板襯砌及混凝土回填施工通道。

二、地質概況

（一）地形地貌

引水系統(tǒng)中支洞進口位于哈拉沁水庫下游約0.7km哈拉沁溝左岸支溝（左2溝）內，洞口位于左2溝左側岸坡上，前面為寬緩的溝谷，背后有一條凸出的低矮山梁，該條山梁走向NE46°。洞口處自然地表坡度20～30°，地面高程1490～1500m，地表多為覆蓋層，局部出露強風化片麻狀黑云母花崗巖，覆蓋層厚度一般＜5m，沖溝發(fā)育。

（二）地層巖性

（1）上太古界烏拉山群（Ar2wl）：巖性為灰色、深灰色黑云母斜長片麻巖、花崗片麻巖、斜長角閃巖等；

（2）第四系松散堆積物（Q4）：根據(jù)成因和組成成分可分為：一是洪積、崩積物（Q4pl＋col）：主要成分為次棱角及次圓狀碎石、塊石及壤土，分布隧洞進口附近，厚度一般5～15m；二是殘積、坡積物（Q4el＋dl）：主要為碎塊石夾土，厚度0.5～2m，分布于隧洞沿線山麓背陰坡；

（3）侵入巖

①呂梁期（γβ22）：巖性為片麻狀黑云母花崗巖，褐黃色、淺灰、肉紅色。中細粒粒狀變晶結構，片麻狀或眼球狀構造，侵入于上太古界烏拉山群巖體中，呈巖基和小型巖株產出，與圍巖接觸界線一般呈過渡狀，有同化混雜現(xiàn)象，巖性分界不明顯，個別段為斷層接觸。工程區(qū)大面積出露。②斜長角閃巖巖脈（N）：黑色，灰黑色，中粗粒粒狀結構，塊狀構造，以脈狀及透鏡狀產出，其間多有石英細脈和團塊穿插，巖體變質程度較深，易風化，在地表多為全強風化，形成緩坡或負地形；巖脈形成后受區(qū)域變質作用，巖體發(fā)生程度不同的變質，尤以斜長角閃巖變質程度最深，從巖脈的展布規(guī)律來看，明顯地受先期構造的控制，沿構造結構面侵入。

（三）圍巖地質條件

呼和浩特抽水蓄能電站引水系統(tǒng)中支洞進口明挖段巖體中裂隙主要發(fā)育兩組，一組走向NE50～70°傾向NW，傾角60～88°，為張性，張開寬度1～3cm，并充填泥夾巖屑；另一組走向NW310～330°傾向SW，傾角40～60°，為壓扭性，多閉合無充填，個別張開0.1～1cm，充填泥夾巖屑；受兩組裂隙、風化和巖體卸荷影響，巖體破碎，洞臉邊坡整體穩(wěn)定性較差。

三、施工方法

（一）洞臉鎖口錨桿支護方案

洞臉鎖口錨桿設在拱角以上，第一排距離開挖輪廓線30cm左右為宜，第二排距離第一排50cm，第三排距離第二排70cm，錨桿間距均為40cm，規(guī)格為Φ25鋼筋，入巖4.9m，外露10cm，錨桿角度上傾約15°。

（二）洞口段開挖方案

鎖口錨桿完成后，先進行導洞開挖，此種開挖方式有如下三方面優(yōu)點：一是可超前勘探洞內圍巖情況；二是擴挖時增加臨空面，減小了對圍巖的爆破振動；三是可增加開挖輪廓面爆破質量；為方便施工，導洞采用下導洞方式，斷面尺寸為3m×3m（寬×高），每炮進尺控制在1.5m以內，導洞開挖長度達4～6m后，進行全斷面擴挖。

導洞開挖完成后，鉆設全斷面擴挖的預裂孔及崩落孔，預裂孔鉆孔深度2.0m，間距為20cm，采用隔孔裝藥的方式，線裝藥密度控制在80～100g/m左右，崩落孔按常規(guī)洞挖布孔及裝藥進行，先完成周邊預裂孔的爆破工作，再完成崩落孔的裝藥爆破工作；需注意的是：在周邊預裂孔的鉆設中，要嚴格控制孔向，不能產生欠挖現(xiàn)象，以免因欠挖處理而影響支護的及時性。

對于圍巖比較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育的洞口段開挖，如采用光面爆破一般很難取得較好的效果，這是因為：崩落孔爆破后已破壞了開挖輪廓線以外的圍巖，而預裂爆破則由于崩落孔未爆破前首先形成了開挖輪廓面，只要裂縫寬度合適，就能較好地阻止藥量較大的崩落孔爆破時產生的爆破振動波對圍巖的破壞，故而對洞內圍巖的破壞可降低至最小程度；具體炮孔布置圖略。

（三）洞口段支護方案

爆破完成后，及時噴一層5cm厚的混凝土對擴挖面進行封閉，若掌子面巖石條件較差時，掌子面也應及時噴護，之后按設計要求進行洞內系統(tǒng)錨桿、掛網、格柵拱架支立，并噴砼至設計要求厚度。

洞內支護的同時，視圍巖具體情況可對掌子面加設超前錨桿，超前錨桿一般也安設在洞內起拱線以上，錨桿間距一般為40cm左右，上傾角度15～20°，錨桿直徑為Φ25左右，入巖深度4m以上，每排超前錨桿搭接長度確保不＜2m。超前錨桿支護工作要在下一次爆破前完成，超前錨桿示意圖如下：

說明：1、圖中單位尺寸cm計；

2、洞內超前錨桿設置方法同鎖口錨桿基本相同，一般也設置在洞內拱角以上，每榀搭接長度一般為2m左右。

以上施工方法均為常規(guī)的施工方法，對施工機具無特殊要求，施工工藝也較簡單，但要求施工過程連續(xù)、快速及時，在爆破前，對各個環(huán)節(jié)的施工均有詳細的計劃，以保證支護的及時性，防止圍巖在爆破完成后裸露過長產生較大的收斂變形而失穩(wěn)。

四、結語

洞口段圍巖較差條件下的洞口開挖一直是洞挖施工的一大難題，設計往往采用管棚支護、超前注漿小導管支護配以鋼格柵拱架的方式進行支護，但由于管棚支護等施工手段往往存在著施工難度較大、需專用設備、施工工期較長等不利因素；呼和浩特抽水蓄能電站引水系統(tǒng)中支洞洞口開挖施工過程中，除了遵守短進尺、弱爆破、及時支護的原則外，綜合運用了鎖口錨桿、超前錨桿、預裂爆破等先進的施工手段進行施工，保證了洞口段開挖一次成功，不但縮短了施工工期，同時大大降低了工程造價，取得了良好的技術經濟效果。