魏永華

中電建新能源南方分公司 貴州貴陽(yáng) 550081

北盤(pán)江董箐水電站左、右岸導(dǎo)流隧洞，均屬?gòu)?fù)雜地質(zhì)條件下的特大斷面隧洞。由于要參加2006 年渡汛，工期緊、工程施工風(fēng)險(xiǎn)大。在復(fù)雜的地質(zhì)條件下進(jìn)行特大斷面隧洞開(kāi)挖，直接受到工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和施工條件的制約，諸多不利因素，特別是在不良地質(zhì)段，施工方法不當(dāng)，措施欠妥，就會(huì)造成工程事故，因此，在確定施工技術(shù)仿案時(shí)，選擇合適的開(kāi)挖技術(shù)方案是極為重要的，是保證隧洞開(kāi)挖能否順利進(jìn)行的關(guān)鍵因素之一。水電九局在董箐水電站右岸2# 導(dǎo)流洞進(jìn)口段隧洞開(kāi)挖施工中，技術(shù)方案得當(dāng)，工程進(jìn)展順利，減少或避免了塌方。業(yè)主及專(zhuān)家認(rèn)為：在董箐水電站導(dǎo)流洞施工中，水電九局技術(shù)過(guò)硬，措施得力。本文力求通過(guò)對(duì)右岸導(dǎo)流隧洞進(jìn)口段所確定的技術(shù)方案進(jìn)行探討，總結(jié)和提高在復(fù)雜地質(zhì)條件下特大斷面隧洞開(kāi)挖技術(shù)[1]。

1 工程概述

董箐水電站位于鎮(zhèn)寧縣與貞豐縣交界的北盤(pán)江上，距河口102km。該電站為（茅口以下）梯級(jí)的第三個(gè)電站，其上游為馬馬崖水電站。下游為龍灘電站。壩址距鎮(zhèn)寧縣坡101km。距貞豐縣城38km、距貴陽(yáng)221km。施工期不考慮河道的通航問(wèn)題。該電站是一個(gè)以發(fā)電為主. 兼顧其他效益的電站樞紐。電站裝機(jī)4 臺(tái)，總裝機(jī)容量720MW。

右岸2# 導(dǎo)流隧洞布置于北盤(pán)江右岸邊。位于洗鴨溝右岸山體中。隧洞為城門(mén)洞型，過(guò)流斷面尺寸15mx17m（寬x 高），隧洞全長(zhǎng)937.14m，進(jìn)口高程為EL.368.0m。其布置圖如圖1 所示。

水電九局承建的是右岸2# 導(dǎo)流洞送口段（合同編號(hào)：DQ/C1-2-1），樁號(hào)：0-126.07-0+467.67m。其中0-126.07～0+000m為進(jìn)水渠段，0+000-0+467.67m 為洞身段，洞身開(kāi)挖及一期支護(hù)型式有A、B、C 及堵頭段四種. 其開(kāi)挖斷面及一期支護(hù)型式如表I所示。

2 地質(zhì)條件

洞身段穿越地層巖性均為T(mén)2b1-2 中厚至厚層砂巖夾泥巖（泥頁(yè)巖），呈新鮮狀態(tài)，埋深50～150m。層間擠壓褶皺及裂隙較發(fā)育，裂面多為方解石及泥質(zhì)充填。位于地下水位之下，洞壁多潮濕、滴水。巖體完整性較差，巖層走向與洞軸線交角較小，近平行，不利于圍巖的穩(wěn)定。導(dǎo)流洞圍巖分類(lèi)及物理力學(xué)地質(zhì)指標(biāo)如表2 所示。

圖1 董箐水電站右岸2# 導(dǎo)流洞布置圖

通過(guò)上述地質(zhì)描述、圍巖分類(lèi)及物理力學(xué)地質(zhì)指標(biāo)分析，得知本隧洞開(kāi)挖過(guò)程中將遇到復(fù)雜地質(zhì)條件，在確定隧洞開(kāi)挖施工技術(shù)方案時(shí)提出 “長(zhǎng)洞短打，弱爆破，短進(jìn)尺，多循環(huán)，強(qiáng)支護(hù)” 的施工技術(shù)原則，在施工支洞布置、施工程序和方法、支護(hù)和不良地質(zhì)段處理等方面具體落實(shí)了這一施工技術(shù)原則，確保了工程和施工安全。

3 施工支洞布置

施工支洞是為進(jìn)入主體工程工作面，作為施工期的交通通道，施工完畢即被堵塞。因而其數(shù)量和位置應(yīng)根據(jù)隧洞長(zhǎng)度、總工期要求、地質(zhì)條件、機(jī)械化作業(yè)程度等因素確定。所以，施工支洞位置要適中，長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)，也不能太短，要根據(jù)工期、成本、地質(zhì)等條件綜合考慮，慎重的選擇。董箐水電站是搶救性工程，右岸導(dǎo)流隧洞要參與2006 年至2007 年渡汛是關(guān)系電站大壩工程設(shè)計(jì)方案能否得以實(shí)施的關(guān)鍵項(xiàng)目，工期是第一位的。鑒于上述原因，慎重地對(duì)以下3 個(gè)支洞布置方案進(jìn)行了比較、分析和論證：

表1 右岸導(dǎo)流洞進(jìn)口段開(kāi)挖斷面型式表

表2 導(dǎo)流洞圍巖分類(lèi)及建議指標(biāo)表

（1）支洞布置在主洞左側(cè)，支洞口位于2# 公路，距主洞口150m 處，設(shè)上岔洞和1 下岔洞，上岔洞長(zhǎng)150m，交主洞0+144.18，平均縱坡1.5%；下岔洞長(zhǎng)237m，交主洞0+350，平均縱坡5.5%，共計(jì)387m。本方案支洞與右壩肩開(kāi)挖相互干擾，進(jìn)口部位覆蓋層厚，巖層為順向坡，巖石風(fēng)化破碎，成洞地質(zhì)條件差，所以本方案不宜實(shí)施[2]。

（2）支洞布置在主洞右側(cè)洗鴨沖溝內(nèi)，距主洞口約70m，支洞口部位是陡巖，地質(zhì)條件較好，利于排口成洞，但需修建100m 的施工道路，設(shè)上岔洞和下岔洞，上岔洞長(zhǎng)150m，交主洞0+145，不均縱坡2.1%；下岔洞長(zhǎng)188.5m，交主洞0+300，平均縱坡5%，共計(jì)338.5m。本布置方案在位置及長(zhǎng)短設(shè)置上顯然優(yōu)于方案一，但沒(méi)有體現(xiàn)長(zhǎng)洞短打的技術(shù)方案原則，不利于搶工期，降低開(kāi)挖強(qiáng)度，所以本方案不是最佳方案。

（3）在方案二的基礎(chǔ)上增設(shè)一條上岔洞，即支洞進(jìn)口位置不變，設(shè)置1# 上岔洞-2# 下岔洞-3# 上岔洞（視工程進(jìn)展情況，完成主洞一部分開(kāi)挖支護(hù)后，將其降坡改為3# 下岔洞），1# 上岔洞長(zhǎng)150m， 交主洞0+145， 平均縱坡2.1%；2# 下岔洞長(zhǎng)129m，交主洞0+235 平均縱竣7.52%，3# 上岔洞長(zhǎng)100m，交主洞0+300，平均縱坡5.5%（上坡），共計(jì)379m。支洞斷面尺寸為8m×6m（寬x 高）。支洞寬、高的確定是基于20t 自卸汽車(chē)錯(cuò)車(chē)，排水溝，風(fēng)、水管及電路的鋪設(shè)，挖掘機(jī)等機(jī)械設(shè)備的通行暢通確定的。本布置方案為洞挖施工增加了工作面，能改善作業(yè)環(huán)境和條件，對(duì)施工具有主動(dòng)性，能長(zhǎng)洞短打。加快施工進(jìn)度，特別是對(duì)支護(hù)及地質(zhì)缺

陷處理極為有利。 同時(shí)可提前實(shí)施洞身下臥施工. 但0+300～0+467.67 段獨(dú)頭開(kāi)挖達(dá)167.67m。是本隧洞開(kāi)挖的關(guān)鍵部位，要予以高度重視[3]。

最終選擇的是方案三，其支洞布置如圖2 所示。

圖2 董箐水電站右岸2# 導(dǎo)流洞施工支洞布置圖

4 施工程序和方法

隧洞開(kāi)挖的施工程序和方法要根據(jù)開(kāi)挖斷面尺寸及圍巖分類(lèi)，結(jié)合施工機(jī)械和技術(shù)水平而采取不同的開(kāi)挖方式。對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件下的特大斷面隧洞開(kāi)挖，采取分部分塊開(kāi)挖，減少一次性開(kāi)挖跨度，使自穩(wěn)的時(shí)間滿(mǎn)足一次支護(hù)要求是特別重要的。開(kāi)挖方法采取鉆孔爆破法是適宜的，但對(duì)控制爆破技術(shù)要求高，要根據(jù)地質(zhì)狀況隨時(shí)修正鉆孔爆破參數(shù)。

4.1 施工程序

（1）開(kāi)挖總程序。本隧洞開(kāi)挖分為上、中、下三層掘進(jìn)。上層掘進(jìn)有5 個(gè)工作面可供鉆爆作業(yè)；進(jìn)口單向、1# 上岔洞雙向、3# 上岔洞雙向；中下層掘進(jìn)有5 個(gè)工作面可供鉆爆作業(yè)：進(jìn)口單向、2# 下岔洞雙向、3# 下岔洞雙向。工作面流向如圖3 所示，開(kāi)挖總程序如圖4 所示。

圖3 洞挖工作面流向圖

圖4 開(kāi)挖總程序圖

（2）分部分塊開(kāi)挖。在確定分部分塊時(shí)，吸取了左岸導(dǎo)流洞施工的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，（開(kāi)挖后、隧洞成形差，巖層容易產(chǎn)生潰屈破壞，發(fā)生塌方）。本隧洞圍巖為III-IV 類(lèi)巖石，針對(duì)本隧洞的復(fù)雜地質(zhì)條件，并且是特大斷面隧洞，施工技術(shù)方案確定：宜采取較小跨度的分部分塊。因?yàn)?，上?dǎo)洞率先掘進(jìn)，這對(duì)揭露地質(zhì)情況極為有利，能起地質(zhì)預(yù)報(bào)的作用，兩邊錯(cuò)開(kāi)刷邊，能減少對(duì)圍巖的施工擾動(dòng)；分層下臥，每層先中間，后保護(hù)層，有利于邊墻巖體穩(wěn)定和巖基的完整。施工中采用的分部分塊如圖5 所示。

4.2 鉆孔爆破

圖5 右岸2# 導(dǎo)流洞開(kāi)挖順序圖（單位：m）

（1）上層洞鉆孔爆破。鉆孔爆破主要選擇自制臺(tái)架，YT28手風(fēng)鉆造孔，設(shè)計(jì)輪廓線實(shí)施光爆，毫秒雷管分段爆破，966F 裝載機(jī)裝車(chē)，斯太爾自卸汽車(chē)出渣。施工中，在掛口和地質(zhì)條件特差的洞段，對(duì)導(dǎo)洞開(kāi)挖采取先小洞，后擴(kuò)洞步步為營(yíng)的掘進(jìn)開(kāi)挖方法，施工工況表明：這種開(kāi)挖方法是穩(wěn)妥的措施，對(duì)掛口成型及塌方控制是有效的。

（2）中層洞鉆孔爆破。中間采用古河HCR12 液壓鉆造孔，梯段爆破，兩側(cè)保護(hù)層采用YT28 手風(fēng)鉆造孔，設(shè)計(jì)輪廓線天施光爆，毫秒雷管分段爆破，CAT33OB 反鏟挖掘機(jī)裝車(chē)，斯太爾自卸汽車(chē)出渣。施工工況表明：液壓鉆造孔提高了機(jī)械化施工水平，加快了施工進(jìn)度，YT28 手風(fēng)鉆造孔保證了邊墻的開(kāi)挖質(zhì)量。

（3）下層洞鉆孔爆破。YT28 手風(fēng)鉆造孔，實(shí)施光爆，毫秒雷管分儀爆破，CAT320C 反鏟挖掘機(jī)裝車(chē)，斯太爾自卸汽車(chē)出碴。本施工技術(shù)方案工況表明：爆后巖基完整，有效控制了超挖。

5 洞身一期支護(hù)

洞身一期支護(hù)是在隧洞開(kāi)挖施工過(guò)程中，對(duì)開(kāi)挖出來(lái)的圍巖進(jìn)行支護(hù)，以保證圍巖穩(wěn)定，防止風(fēng)化，防止塌方，滿(mǎn)足工程和施工安全的要求，及時(shí)有效的支護(hù)措施對(duì)不良地質(zhì)段是特別重要的。常見(jiàn)的支護(hù)主要有噴錨支護(hù)，噴射砼支護(hù)、錨桿支護(hù)，噴射砼與錨桿、鋼筋網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)等。

在上層洞導(dǎo)洞0+000～0+270m 段施工中， 錨桿支護(hù)滯后鉆爆循環(huán)2-3 輪， 噴混凝土滯后開(kāi)挖面20-30m 進(jìn)行， 在0+270～0+467m 段，采取打超前錨桿，頂拱圍巖自撐穩(wěn)定，未出現(xiàn)塌方掉塊現(xiàn)象。開(kāi)挖過(guò)程揭示，隧洞左側(cè)巖層成薄板，裂面光滑呈 “鏡面” 狀，在上層洞兩邊刷邊施工中，雖然采取淺鉆孔、弱爆破、多循環(huán)、減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)的措施及一期支護(hù)跟進(jìn)及時(shí)，但仍出現(xiàn)大面積巖層塌方。針對(duì)這種情況，施工中采取了增加隨機(jī)錨桿，并用φ25 鋼筋焊接成網(wǎng)狀，噴射砼（厚5cm）的支護(hù)措施，有效的控制了塌方。這說(shuō)明在復(fù)雜地質(zhì)條件下，水平巖層或緩傾角的層狀巖層，不利于項(xiàng)拱的穩(wěn)定，采取有針對(duì)性的支護(hù)措施顯得尤為重要，它既可作為臨時(shí)支撐也可作永久支護(hù)。

6 結(jié)語(yǔ)

在復(fù)雜地質(zhì)條件下，特大斷面隧洞施工不論是開(kāi)挖還是支護(hù)，必須先要確定合適的施工技術(shù)方案，采取較為穩(wěn)定積極的掘進(jìn)施工萬(wàn)法，既不能急于求成，也不能束手無(wú)策。施工技術(shù)方案不在于有多先進(jìn)，而在于符合實(shí)際施工情況。合適的方案對(duì)施工有前瞻性的指導(dǎo)作用，能使施工有條不紊的進(jìn)行，同時(shí)方案又受到施工實(shí)踐的檢驗(yàn)，對(duì)突發(fā)事件要有應(yīng)對(duì)的措施。方案是人為確定的，是否臺(tái)適，取決于工程技術(shù)人員的以下幾點(diǎn)能力：

（1）具有因地制宜，統(tǒng)籌兼顧，合理進(jìn)行施工布置的能力。

（2）具有針對(duì)不同的地質(zhì)條件選擇不同的施工程序和方法能力。

（3）具有與工程施工特點(diǎn)相匹配的施工機(jī)械設(shè)備選擇能力。

（4）具有一定的控制爆破、高效通風(fēng)、快速柔性支護(hù)、錒纖維砼技術(shù)水平。

（5）具有對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件隨機(jī)應(yīng)變的能力。施工實(shí)踐表明，隧洞開(kāi)挖施工中，針對(duì)不同的工況，作出合適的技術(shù)方案選擇，才能確保工程順利進(jìn)行，達(dá)到安全、優(yōu)質(zhì)、高效。