陳明

（四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川 康定 626001）

長河壩電站引水發(fā)電系統(tǒng)洞室群開挖方案

陳明

（四川大唐國際甘孜水電開發(fā)有限公司，四川 康定 626001）

科學(xué)合理的施工總體規(guī)劃及適宜的施工方法是大型地下洞室群快速施工的關(guān)鍵，本文結(jié)合長河壩水電站引水發(fā)電系統(tǒng)洞室群開挖施工經(jīng)驗,闡述大型地下洞室群施工程序、通道布置、開挖分層分塊以及施工方法等，供類似工程施工參考。

洞室群；開挖；施工方法；長河壩

1 工程概況

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，為大渡河干流水電梯級開發(fā)的第 10 級電站，電站總裝機容量 2 600 MW（4×650 MW），樞紐建筑物由礫石土心墻堆石壩、右岸泄水系統(tǒng)和左岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)組成。

引水發(fā)電系統(tǒng)地下洞室主要包括4條壓力管道、1 個廠房、4 條母線洞、1 個主變室、4 條尾水連接洞、1 個尾水調(diào)壓室、2 條尾水主洞、1 個尾水閘門室、2條出線豎井以及三層排水廊道、通排風(fēng)平洞和豎井、出線平洞和交通洞等，共由 41 條（個）洞室組成了一個規(guī)模宏大而復(fù)雜的洞室群。其中壓力管道總長 2 339.5 m，為圓形隧洞，開挖直徑11.7 m；廠房、主變室、尾調(diào)室三大洞室的開挖尺寸長×寬×高分別為：228.8 m×30.8 m ×73.35 m，150.0m× 19.3m ×25.8m，162.0m×22.5m×79.5m；尾水?dāng)U散段、連接洞、尾水支洞及尾水洞總長 3 151 m，城門洞型，主洞開挖斷面尺寸為 14 m×18 m（寬×高）。

引水發(fā)電系統(tǒng)工程區(qū)域巖性為晉寧～澄江期花崗巖（γ2（4）），巖石致密堅硬、強度較高，圍巖多呈次塊～塊狀結(jié)構(gòu)，局部鑲嵌結(jié)構(gòu)，以Ⅲ，Ⅱ類圍巖為主，局部小斷層交匯區(qū)為Ⅳ類圍巖，無區(qū)域性斷裂通過，但次級小斷層、擠壓破碎帶、節(jié)理裂隙較發(fā)育，其中規(guī)模較大的斷層主要分布于尾水洞中段及出口部位。壓力管道、三大洞室及尾水洞等深埋洞段為中高地應(yīng)力區(qū)，易發(fā)生巖爆。

2 工程特點及難點

1）地下洞室群規(guī)模大，洞室布置密集，開挖、支護施工強度高，多專業(yè)、多工種交叉作業(yè)，相互干擾大，要實現(xiàn)快速施工，統(tǒng)籌兼顧地做好全盤規(guī)劃是關(guān)鍵。

2）三大洞室跨度大、邊墻高，交叉或相鄰洞室多，相鄰洞室之間巖柱厚度較薄，加之地質(zhì)較復(fù)雜，確保洞室的圍巖穩(wěn)定和洞室群整體穩(wěn)定是開挖支護的重點。

3）大斷面洞室頂拱、廠房巖壁梁、主機間機窩、壓力管道斜井、隧洞平交口、不良地質(zhì)段等特殊部位開挖質(zhì)量要求高。

4）深埋洞段地應(yīng)力較高，巖爆的預(yù)防和治理問題比較突出。

5）地下洞室群埋藏深，主要通道均是洞中開洞，直接與外界相連的洞室少，通風(fēng)散煙困難，科學(xué)規(guī)劃各期通風(fēng)，創(chuàng)造良好的通風(fēng)條件，保證施工人員的健康和安全是難點。

3 開挖總體思路

根據(jù)工程布置特點、地質(zhì)條件、工期和圍巖穩(wěn)定等要求，引水發(fā)電系統(tǒng)洞室群開挖總體按照以廠房為中心、三大洞室為主線，先主體洞室后附屬洞室、先洞后墻，自上而下逐層開挖、逐層支護的施工程序組織施工。

1）洞室群總體分為引水系統(tǒng)、廠房系統(tǒng)、尾水系統(tǒng)和附屬洞室等四大塊，相對獨立施工。

2）多條洞室平行布置時，按照跳洞、錯距的原則進行開挖，平行相鄰的洞室同時開挖時錯距應(yīng)在 30 m 以上。

3）主副廠房與主變室錯距同高程下臥，尾調(diào)室開挖可適當(dāng)滯后。

4）廠房系統(tǒng)排水廊道開挖適度超前，以減少三大洞室施工期滲水，有利圍巖穩(wěn)定，同時為及時進行相應(yīng)高程對穿錨索施工和監(jiān)測儀器安裝提供條件。

5）廠房巖壁梁混凝土澆筑前，應(yīng)先完成下一開挖層的預(yù)裂及母線洞頂拱層的開挖支護，混凝土澆筑完成并達到設(shè)計強度、做好防護措施后再進行下層開挖。

6）母線洞、壓力管道下平段作為廠房中下部開挖主要通道，廠房開挖至相應(yīng)高程前應(yīng)提前貫入廠房2 m左右，并按設(shè)計要求做好支護和鎖口；尾水?dāng)U散段作為廠房機窩的施工通道，應(yīng)提前開挖至機窩下方。

7）條件具備時，盡早完成通風(fēng)豎井、排風(fēng)平洞和壓力管道等與外界連通的洞室開挖支護，以利于改善廠房系統(tǒng)的通風(fēng)散煙效果。

4 開挖分層分塊

綜合考慮各洞室的結(jié)構(gòu)布置、施工機械特點、施工通道條件以及開挖順序等因素，壓力管道上、下平段分 2 層開挖，廠房分 10 層開挖，主變室和母線洞分 3 層開挖，尾調(diào)室分 9 層開挖，尾水洞分3層開挖，尾水閘門室分 4層開挖。

5 施工通道規(guī)劃與布置

工程開工前，1 號公路、5 號公路、進廠交通洞后段、廠房進風(fēng)洞、廠房通風(fēng)洞、主變室排風(fēng)洞、尾調(diào)交通洞和廠房中導(dǎo)洞連接洞等已提前完成，在充分利用上述施工通道和大斷面洞室預(yù)留臨時斜坡通道的基礎(chǔ)上，各主要洞室的開挖支護施工通道規(guī)劃如下：

1）壓力管道：上平段以進水口平臺作通道，下平段新增一條橫貫4條下平段的施工支洞解決通道問題，支洞斷面尺寸需考慮后期壓力鋼管運輸要求。

2）廠房：第Ⅰ層利用右端通風(fēng)洞和左端中導(dǎo)洞連接洞作為施工通道，第Ⅱ?qū)蛹阿髮幼蠓猛L(fēng)洞作施工通道，第Ⅲ層右幅、第Ⅳ層利用進廠交通洞作施工通道，第Ⅴ，Ⅵ層利用母線洞作施工通道，第Ⅶ、Ⅷ層利用壓力管道下平段作施工通道，第Ⅸ，Ⅹ層利用尾水?dāng)U散段作為施工通道。

3）主變室：第Ⅰ層、Ⅱ?qū)幼蠓糜叶伺棚L(fēng)洞作施工通道，第Ⅱ?qū)佑曳⒌冖髮永弥髯兪医煌?lián)系洞作施工通道。

4）尾調(diào)室：第Ⅰ，Ⅱ-1 層利用尾調(diào)交通洞作通道；進廠交通洞至1號調(diào)壓室左端墻增設(shè)一條施工支洞作為第Ⅱ-2，Ⅲ，Ⅳ-1 層施工通道；2 號調(diào)壓室下游側(cè)設(shè)置 1 條施工支洞作為第Ⅳ-2，Ⅳ-3，Ⅴ層施工通道；第Ⅵ層以下利用尾水支洞作為施工通道，兩室之間中隔墻設(shè)置聯(lián)系洞。

5）尾水洞：因洞軸線較長，開挖高達 18 m，通過設(shè)置 2條上層施工支洞和 2條下層施工支洞分別將尾水洞劃分為上游段、中段和下游段同時施工。另為解決廠房肘管、尾水?dāng)U散段、尾水連接洞施工時與尾調(diào)室下部貫通作業(yè)的相互干擾，需要在尾調(diào)室上游增設(shè) 1條施工支洞橫向連接4條尾水連接洞。

6）尾水閘門室：上部閘室利用尾閘交通洞作施工通道，下部閘門井利用底部已開挖完成的尾水洞作通道。

根據(jù)上述規(guī)劃和現(xiàn)場實際條件變化，工程共布置了 14條施工支洞或聯(lián)系洞，均采用城門洞型，其中壓力管道下平段 1 條、第三層排水廊道 1條、尾調(diào)室 4 條、尾水洞 5 條、尾水出口 1 條、出線上平洞 1 條、排風(fēng)平洞 1 條，使得引水系統(tǒng)、廠房系統(tǒng)、尾水系統(tǒng)、排風(fēng)系統(tǒng)、出線系統(tǒng)等共同組成了一個既相對獨立又相互聯(lián)系的施工體系。

6 施工方法

所有水平洞室均按照自上而下逐層開挖、逐層支護的原則進行施工，斜豎井采用先導(dǎo)井后擴挖的施工方法。三大洞室頂拱層采用先中導(dǎo)洞、后兩側(cè)擴挖的開挖方式，頂拱以下各層采用“邊墻一次預(yù)裂、中部薄層開挖、基礎(chǔ)保護層水平光爆”的開挖方式。其他大斷面洞室頂拱層Ⅱ、Ⅲ圍巖采用全斷面開挖，Ⅳ、Ⅴ類圍巖采用先超前支護、后導(dǎo)洞擴挖的方式開挖，中部開挖層邊墻預(yù)留 2m 厚保護層光面爆破，基礎(chǔ)保護層采用水平光爆開挖。下面簡要介紹幾個重點部位的施工方法。

6.1 廠房頂拱層開挖

廠房頂拱層開挖是廠房開挖支護的重點，共分為3塊施工。首先利用廠房右端通風(fēng)洞和左端中導(dǎo)洞連接洞作為施工通道從兩端進行中部擴挖，中部頂拱系統(tǒng)支護完成后再進行兩側(cè)擴挖支護，上、下游兩側(cè)擴挖按不小于 30 m 錯距進行，左、右端墻預(yù)留 3 m 保護層。Ⅱ，Ⅲ類圍巖每排炮進尺3 m，支護滯后開挖 20~30 m；不良地質(zhì)段按照“短進尺、弱爆破、強支護”的原則施工，每排炮進尺1.0~1.5 m，必要時進行超前支護，開挖后及時進行系統(tǒng)支護。廠房頂拱層開挖采用自制架鉆臺車配手風(fēng)鉆鉆爆，周邊光面爆破，光爆孔間距 50 cm，錨桿鉆孔采用三臂鑿巖臺車，噴混凝土采用麥斯特濕噴臺車。

6.2 巖壁梁巖臺開挖

巖壁梁是地下廠房的重要構(gòu)筑物，開挖質(zhì)量要求高、工藝要求嚴格，是地下廠房系統(tǒng)施工的重點和難點，正式開挖前需在相似部位進行爆破試驗，以獲得合理的施工工藝和鉆爆參數(shù)。

此工程巖壁梁布置在廠房第Ⅲ開挖層，為盡量減小爆破對巖壁梁圍巖擾動，確保巖臺開挖成型，巖壁梁上部、外側(cè)預(yù)留保護層厚 2 m 和 4 m，該層分為中槽Ⅲ-1，外側(cè)保護層Ⅲ-2 和巖臺Ⅲ-3，3塊按錯距不小于 30 m 依次開挖，巖臺開挖采用垂直孔加斜孔雙向爆破方式。開挖施工程序為：中槽兩側(cè)預(yù)裂→中槽開挖→上直墻光爆孔造孔、保護→外側(cè)保護層開挖→下拐點鎖口錨桿→下直墻錨噴支護→巖臺斜面光爆孔造孔→巖臺開挖。

中槽預(yù)裂孔間距 100 cm，采用液壓鉆造孔，巖臺下直墻光爆孔間距 70 cm，采用 YQ 100E 輕型潛孔鉆造孔，上直墻和斜面光爆孔間距 30 cm，采用手風(fēng)鉆造孔。為保證鉆孔精度，所有輪廓線光爆孔均采用鋼管搭設(shè)導(dǎo)向樣架，斜面光爆孔另逐孔搭設(shè)導(dǎo)向管。

6.3 深豎井開挖

此工程出線豎井深 203 m，開挖直徑 9.5 m，采用先導(dǎo)井后擴挖的施工方法，導(dǎo)井采用 LM 200型反井鉆機施工。首先反井鉆自上而下鉆設(shè) φ216 mm 導(dǎo)孔，導(dǎo)孔施工過程中應(yīng)通過控制鉆速、穩(wěn)定鉆桿和及時測量孔向等手段防止跑偏，貫通后在孔底更換擴孔鉆頭，由下至上形成 φ1 400 mm 導(dǎo)井，然后分兩次擴挖：反井鉆拆除后搭設(shè)第一次擴挖井架，兩臺同步卷揚機配吊籠載人施工，采用略加改造的氣腿式手風(fēng)鉆一次性完成全部徑向鉆孔，再由下至上分段裝藥爆破，形成 φ3 400 mm 溜渣井。第二次擴挖至設(shè)計斷面，自上而下分層鉆爆、支護，人工扒渣至溜渣井，為保證井口穩(wěn)定和下部施工安全，二次擴挖下降 12 m 后先澆筑井口段 10 m 襯砌混凝土鎖口，待二次擴挖井架、人行爬梯、提升設(shè)備等搭設(shè)調(diào)試完成后再繼續(xù)向下擴挖。

7 結(jié)語

長河壩電站引水發(fā)電系統(tǒng)洞室群開挖支護過程中通過科學(xué)合理規(guī)劃、采用先進施工機械以及應(yīng)用地下工程成熟施工方法等，形成了“平面多工序、立體多層次”施工布局，實現(xiàn)了快速施工目標(biāo)，廠房自 2010 年 12 月 1 日開工至 2013 年 6 月26 日開挖支護完成，用時 31 個月?？偨Y(jié)本工程洞室群施工經(jīng)驗，提出以下幾點建議供參考。

1）在進水口邊坡施工難度大、工期不易保證的情況下，應(yīng)考慮設(shè)置上平段施工支洞，以便能及時開始上平段和斜井施工。

2）母線洞與廠房、壓力管道下平段與廠房、尾水連接洞與尾調(diào)室等大洞室交叉段貫通時易出現(xiàn)垮方，引起高邊墻變形，加固處理難度大、耗時長，貫通前可考慮在相應(yīng)洞段設(shè)置鋼支撐。

3）中高應(yīng)力地區(qū)大斷面洞室頂拱噴護宜采用掛網(wǎng)噴混凝土，若無鋼筋網(wǎng)，即便是噴鋼纖維混凝土，后期也易產(chǎn)生剝落、掉塊現(xiàn)象，威脅下方施工安全。

4）為防止廠房永久防滲帷幕出現(xiàn)薄弱“窗口”，施工支洞布置應(yīng)盡可能不穿帷幕線。

TV74

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2013-11-27