陳 肅

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大沙壩水庫工程不良地質(zhì)條件大斷面導(dǎo)流洞開挖支護施工

陳 肅

(大沙壩水利工程管理局，貴州 仁懷 564500)

從導(dǎo)流洞進出口、漸變層和洞室3個部分對大沙壩水庫導(dǎo)流洞開挖支護施工技術(shù)進行了闡述。導(dǎo)流洞開發(fā)支護方案的選擇和地質(zhì)條件情況密切相關(guān)，為了保證支護質(zhì)量，需要在開挖過程中對圍巖的變形情況進行實時監(jiān)測和分析，并根據(jù)分析結(jié)果及時調(diào)整支護方案，這樣才能夠保證洞室內(nèi)安全。表2個。

水庫；導(dǎo)流洞開挖；大斷面導(dǎo)流洞；支護；施工技術(shù)

水電工程在建設(shè)過程中往往面臨著河流落差過大、河流狹窄的情況，需要使用隧洞導(dǎo)流的方式進行導(dǎo)流；但是很多河流往往有著很大的流量，導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)很高，需要很大的導(dǎo)流斷面，而且在一些不良地質(zhì)條件下進行大斷面導(dǎo)流洞的開挖支護存在著一定的難度，在施工中需要特別注意。

1 工程概況

大沙壩水庫坐落在五岔河，是長江流域赤水河右岸一級支流，全流域面積116.82 km2，多年平均徑流量4 110萬m3，河道長32.18 km，流域內(nèi)河道平均寬度4.55 km，河道平均比降32.37‰，流域形狀不規(guī)則，流域內(nèi)為山間丘陵和緩丘地形，總地勢南高北低，海撥在365～1 542 m之間。大沙壩水庫壩址以上流域面積78.43 km2，占流域總面積的67.14%，多年徑流量平均值2 760萬m3，主河道長19.59 km，主河道平均比降35.14‰，流域形狀系數(shù)0.161。流域多年平均氣溫17.7 ℃，實測最高氣溫39.9 ℃，實測最低氣溫-5.5 ℃，多年平均日照1 224 h，多年平均相對濕度78%，多年平均無霜期330 d；多年平均風(fēng)速1.2 m/s，多年平均瞬時最大風(fēng)速9.7 m/s，實測最大瞬時風(fēng)速12 m/s；多年平均降水量995 mm，最大一日暴雨量173.3 mm(1975年5月27日)。

水庫區(qū)域內(nèi)無水文資料，但是參考臨近仁懷氣象站和茅臺水文站以及三合雨量站基本情況計算可得如下結(jié)果(見表1、表2)。

庫區(qū)兩岸山體寬厚，無低埡口及單薄分水嶺分布，地表分水嶺高程均在750 m以上。五岔河在庫區(qū)范圍內(nèi)無大的跌水，壩址以上河段河流流向總體為NE向，河流平均比降32.37‰。庫區(qū)均為碎屑巖及粘土巖分布，在庫區(qū)中前段以泥巖為主，兩岸地形坡度10°～30°，多為緩坡臺地，河谷寬緩、多呈寬口的“V”型谷，中后段兩岸多為砂巖出露，岸坡地形相對較陡，地形坡度25°～40°，局部為陡坡，河谷多呈“V”型谷。庫區(qū)總體為淺切向斜低山谷地地貌，水庫屬峽谷型水庫。

2 導(dǎo)流洞開挖支護

2.1 超前支護

通常情況下設(shè)計導(dǎo)流洞都選擇提前進洞的方案來減少明挖工程量，但是這種方法破壞了進口洞段的地質(zhì)條件。導(dǎo)流洞斷面通常為城門洞形狀，也有一些是馬蹄形狀，而進水閘門后往往需要設(shè)置漸變段。漸變段的設(shè)置導(dǎo)致拱頂跨度變大并且地質(zhì)條件差，矢跨比很大，形狀不利于穩(wěn)定；因此，在導(dǎo)流洞開挖支護工作中，漸變段的施工是關(guān)鍵。為了減少邊坡開挖而采取的晚出洞口的方法也會造成導(dǎo)流洞出口洞地質(zhì)情況破壞，而導(dǎo)流洞出口洞段也是導(dǎo)流洞支護的關(guān)鍵位置。大沙壩導(dǎo)流洞擬布置在左岸，在取水隧道右側(cè)，洞線和取水隧洞之間平行[1]。壩址區(qū)巖土工程結(jié)構(gòu)特殊，使得導(dǎo)流洞和取水隧洞之間工程地質(zhì)基本相同。大型導(dǎo)流洞使用高邊坡的坡腳作為進出口洞臉邊坡，自身整體邊坡穩(wěn)定性不高，需要進行支護，而大跨徑洞室開挖考慮的穩(wěn)定性問題更加復(fù)雜，在洞臉位置需要使用綜合的支護措施來保持穩(wěn)定。

表1 水庫壩址頻率徑流計算成果

表2 大沙壩水庫下游歷史洪水

2.2 進洞前洞臉支護

洞臉位置巖石破碎，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，圍巖自身的穩(wěn)定性差；為了提高巖石的整體性，需要進行固結(jié)灌漿處理。洞臉上需要設(shè)置深錨索，通過深層次錨固提高邊坡穩(wěn)定性，洞口開挖結(jié)構(gòu)線附近可以通過長錨桿和長錨筋樁鎖口，特殊情況下也可以在洞臉拱頂結(jié)構(gòu)線周圍使用大管棚施工。漸變段如果有嚴(yán)重的不良地質(zhì)情況，可以在洞臉和洞內(nèi)設(shè)置2～3排大管棚。圍巖跨度超過20 cm需要采取以上全部支護措施，圍巖在三類以上，而且無斷層以及節(jié)理發(fā)育，跨度小于20 m時需要使用洞口鎖口。通常情況下的導(dǎo)流洞是介于兩種情況之間的，需要按照工程實際情況制定支護方案。

2.3 進出口漸變段開挖支護

進口位置漸變段跨度很大而拱度很小，需要考慮洞臉邊坡上和馬道上的錨筋樁或預(yù)應(yīng)力錨桿，懸吊下部巖體。導(dǎo)流洞進出口漸變段是整個導(dǎo)流洞開挖支護的難點。從結(jié)構(gòu)特點上分析，進口漸變段比出口段更不利于穩(wěn)定[2]。進洞之前，為了保證洞臉穩(wěn)定性，需要進行超前支護，而為了保證安全，則需要采取一定方法調(diào)整開挖程序和支護措施。為了保證拱頂穩(wěn)定，需要采取措施進行上層的支護和開挖。

2.3.1 中部預(yù)留巖柱

開挖洞室時首先開挖兩側(cè)，臨時支護之后開挖中部預(yù)留巖柱，最后進行整個拱頂?shù)闹ёo加強。先超前支護洞臉位置，之后開挖上層左側(cè)導(dǎo)洞，并立即進行噴錨支護及上層左側(cè)超前注漿小導(dǎo)管施工和右側(cè)開挖以及系統(tǒng)支護，最后開挖中部預(yù)留巖柱，進行中部拱頂支護和中部拉槽、底板保護層開挖支護。這種方法能夠有效減小圍巖的松弛，但是需要較多的施工工序和比較長的開挖以及支護時間，而且臨時支護不能對圍巖應(yīng)力變形進行有效限制，混合土砌筑之前可能發(fā)生塌方。

2.3.2 左右半洞開挖法

這種方法首先進行洞臉超前支護和上層左側(cè)半洞開挖和噴錨支護，再進行右側(cè)開挖和支護，然后進行中部拉槽開挖和邊墻保護層開挖和支護，最后進行底板開挖和支護。這種方法不留巖柱，減少了施工工序，縮小了一次開挖的拱頂跨度，施工進度更快，在地質(zhì)條件情況允許的情況下應(yīng)該優(yōu)先考慮這種方法。

2.3.3 中導(dǎo)洞方法

這種方法在洞室中先開挖中部導(dǎo)洞，頂部進行支護后開挖兩側(cè)，洞臉超前支護之后進行中導(dǎo)洞的開挖和錨固支護，之后進行左右側(cè)開挖和錨固支護，最后進行二三層的錨固和支護。這種方法和左右半洞開挖相似，但是這種方法先開挖中導(dǎo)洞，開挖兩側(cè)增加了臨空面，能夠有效減小爆破對兩側(cè)邊墻的影響，邊墻地質(zhì)情況不利的情況下可以選擇這種方法。

2.3.4 全斷面開挖法

這種方法在洞室開挖時上層一次性開挖到位，巖石條件好，無斷層和節(jié)理并且跨度不大的洞室在洞臉做好超前支護之后可以采取全斷面一次開挖到位。出口段的開挖支護和支護可以結(jié)合地質(zhì)條件情況參考進口漸變段的方案進行。

無論采用哪種開挖方法，開挖過程中支護需要緊跟工作面，采取鋼支撐、掛網(wǎng)噴混凝土或者噴鋼纖維混凝土、系統(tǒng)錨固等方法進行支護。進洞較深且上部不能施工時可以在洞內(nèi)開挖結(jié)束之后進行施工，從洞內(nèi)施工徑向錨筋或錨筋樁或者預(yù)應(yīng)力錨桿懸吊。大型導(dǎo)流洞進出口跨度很大，直立邊墻高，地質(zhì)條件不良，開挖過程中需要對圍巖變形情況進行嚴(yán)密的實時監(jiān)測，并根據(jù)檢測結(jié)果及時調(diào)整支護方案，保證支護穩(wěn)定。

2.4 不良地質(zhì)處理

洞內(nèi)施工難點在于不良地質(zhì)條件的處理，主要包括斷層破碎帶、溶洞和圍巖較差情況下的施工。斷層破碎帶走向和洞軸線夾角較小時，破碎帶會在洞身不同位置出露，開挖中需要制定合理的開挖程序，對斷層需要進行超前支護，開挖后要加強支護。導(dǎo)洞開挖方案是在上半洞開挖時根據(jù)斷層位置在非斷層出露側(cè)開挖導(dǎo)洞，之后做好上半洞超前支護，然后再進行其他位置的開挖和支護。這種方案有著很高的安全系數(shù)，能夠保障開挖施工人員的人身安全。半洞開挖方案在上半洞開挖過程中首先根據(jù)斷層出露位置開挖斷層未出露側(cè)，后利用已經(jīng)開挖的半洞進行側(cè)面斷層支護，超前支護完成之后再開挖斷層側(cè)半洞。巖溶地區(qū)導(dǎo)流洞經(jīng)常遭遇溶洞，開挖施工之前應(yīng)準(zhǔn)備足夠的抽水設(shè)備和排水設(shè)施，死溶洞一般抽干水回填混凝土即可；為了減輕外水壓力，需要在回填混凝土的位置增設(shè)排水裝置。

3 結(jié) 語

不良地質(zhì)條件下大斷面導(dǎo)流洞施工重點在洞身和過渡層的開挖支護，通常情況下需要調(diào)整開挖程序并采取一定的超前支護措施，然后采取分區(qū)開挖的方式，邊挖邊支護，這樣才能夠保證洞室內(nèi)的安全。

[1] 馬志峰.大斷面導(dǎo)流洞進出口開外支護設(shè)計與施工[J].水力發(fā)電，2011(12).

[2] 聶文俊，葉 明.導(dǎo)流洞進出口段加強支護設(shè)計與施工[J].四川水力發(fā)電，2007(1).

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責(zé)任編輯 吳 昊

2014-10-11

陳 肅(1977-)，男，工程師，主要從事水利工程管理工作。