肖弟康，盧本瓊（重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 重慶 402160）

1 工程概況

烏東德水電站是金沙江下游河段（攀枝花市至宜賓市）四個(gè)水電梯級—烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩中的最上游梯級，壩址所處河段的右岸隸屬云南省昆明市祿勸縣，左岸隸屬四川省涼山州會(huì)東縣。

烏東德水電站右岸3號、4號和5號導(dǎo)流隧洞的進(jìn)洞點(diǎn)依次錯(cuò)開且分別相距102.44 m和56.35 m，三條隧洞洞身段平行布置，軸線間距38 m～50 m，兩洞間巖墩隔墻為28.1 m～30.1 m，洞頂最大上覆巖體厚度560 m，具有洞徑大、跨度長且洞間距離小等特點(diǎn)。其導(dǎo)流隧洞特性，如表1所示。

表1 導(dǎo)流隧洞特性表

2 工程地質(zhì)

烏東德水電站右岸3號、4號和5號導(dǎo)流隧洞上游洞段圍巖主要位于因民組（Pt2y1-2），落雪組第4段第1亞段（Pt2l4-1）薄～極薄層大理巖化白云巖，落雪組第1段（Pt2l1）灰色、深灰色中厚層夾互層和薄層灰?guī)r及落雪組第3段（Pt2l3-1～Pt2l3-5）地層中。上游段圍巖以極薄～薄層大理巖化白云巖（Pt2y1、Pt2y2-1、Pt2l2-3、Pt2l4）為主，微裂隙、揉皺發(fā)育，巖層走向與洞室軸線夾角較?。?0°～30°），巖層傾向左壁，∠50°～∠65°，且處于地下水位以下，滲水部位點(diǎn)多面廣，受上述因素影響，圍巖穩(wěn)定性差，開挖后易在左側(cè)拱造成巖體垮塌。上游段互層～中厚層灰?guī)r或白云巖洞段（Pt2l1-1、Pt2l3-1～Pt2l3-5）長大裂隙以層面為主，巖層走向與洞軸線小角度斜交，傾向左壁，并與中緩傾裂隙切割，裂隙面多平直光滑，造成左側(cè)拱順層垮塌。

烏東德水電站右岸3號、4號和5號導(dǎo)流隧洞下游洞段圍巖由褶皺基底構(gòu)成，主要位于落雪組第4段第1亞段（Pt2l4-1）薄～極薄層大理巖化白云巖、落雪組第5段（Pt2l5）千枚巖及厚層變質(zhì)砂巖、落雪組第6段中厚層—互層灰?guī)r、落雪組第7段薄層～極薄層灰?guī)r、落雪組第8段互層夾中厚層灰?guī)r、落雪組第9段薄層～極薄層灰?guī)r、落雪組第10段中厚層灰?guī)r地層中。圍巖以薄層～極薄層灰?guī)r為主。

3 開挖施工

烏東德水電站右岸巖體中微裂隙發(fā)育，巖體極為破碎，多呈散粒體狀結(jié)構(gòu)，手捏易碎，遇水軟化，地質(zhì)條件復(fù)雜、多變、特殊，巖層極薄、極碎。在巖層破碎、極薄的圍巖中進(jìn)行大斷面隧洞開挖成洞，其開挖施工難度遠(yuǎn)超出預(yù)期判斷，為避免塌方、減少超挖等情況，必須采取相應(yīng)的施工安全技術(shù)措施[1]。

3.1 開挖分層

（1）3號和4號導(dǎo)流洞對于Ⅳ2類、Ⅴ類段圍巖（如4號導(dǎo)流洞0＋020～0＋510段）分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ層5層施工，開挖高度分別為9.00 m、4.50 m、4.50 m、4.50 m和4.70 m（如圖1、圖2和圖3所示）。

圖1 4號導(dǎo)流洞0＋020～0＋170段開挖分層圖

圖2 4號導(dǎo)流洞0＋170～0＋390段開挖分層圖

圖3 4號導(dǎo)流洞0＋390～0＋510段開挖分層圖

Ⅳ1類段圍巖（如4號導(dǎo)流洞0＋510～0＋884段）分Ⅰ、Ⅱ1、Ⅱ2和Ⅲ層4層施工，開挖高度分別為9.00 m、6.00 m、6.00 m和5.55 m～6.20 m（如圖4所示）。

圖4 4號導(dǎo)流洞0＋510～0＋884段開挖分層圖

（2）5號導(dǎo)流洞對于Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ類圍巖（如5號導(dǎo)流洞0＋000～0＋620、1＋502～1＋706段）分Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ層3層施工，開挖高度分別為9.00 m、4.50 m和5.10 m（如圖5所示）。

圖5 5號導(dǎo)流洞1＋502～1＋706段開挖分層圖

3.2 開挖方法及措施

3.2.1 洞身頂層開挖

洞身頂層（Ⅰ層）各工作面開挖以鉆架臺車配手風(fēng)鉆鉆爆開挖方式為主，三臂鑿巖臺車鉆爆開挖方式為輔，周邊按設(shè)計(jì)輪廓線進(jìn)行光面爆破。主要采用的施工方法有三種，一是“中導(dǎo)洞超前勘探、全斷面加鋼拱架支撐擴(kuò)挖跟進(jìn)”；二是“超前小導(dǎo)管加鋼拱架支撐”全斷面開挖；三是“半洞錯(cuò)距＋鋼拱架支撐”開挖[2]?，F(xiàn)分別介紹如下。

（1）中導(dǎo)洞超前勘探、全斷面加鋼拱架支撐擴(kuò)挖跟進(jìn)，適用于進(jìn)、出口漸變段Ⅳ2類及Ⅴ類圍巖段。先挖7 m×6 m中導(dǎo)洞超前勘探，然后再進(jìn)行全斷面開挖，支護(hù)緊跟掌子面。采用超前錨桿（錨筋束）或超前注漿小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)，按“分三區(qū)、先中后邊、先軟后硬”原則進(jìn)行開挖支護(hù)，即：先進(jìn)行中導(dǎo)洞（中洞超前1～2排炮，排炮進(jìn)尺0.8 m～1.0 m）開挖，緊跟掌子面進(jìn)行錨桿、鋼拱架及噴混凝土支護(hù)。按同樣施工程序、方法對中導(dǎo)洞兩邊側(cè)土石方進(jìn)行開挖、支護(hù)[3]（如圖1所示）。

（2）“超前小導(dǎo)管加鋼拱架支撐”全斷面開挖，適用于Ⅳ1類圍巖洞段。采用超前錨桿（錨筋束）或超前注漿小導(dǎo)管預(yù)支護(hù)，采用超前小導(dǎo)洞1～2排炮爆破開挖方式（循環(huán)進(jìn)尺1.5 m～2.0 m）。首先對巖石強(qiáng)度低、節(jié)理裂隙較發(fā)育的一側(cè)進(jìn)行開挖；再進(jìn)行另一側(cè)的開挖，然后緊跟掌子面進(jìn)行錨桿、鋼拱架及噴混凝土支護(hù)（如圖2所示）。

（3）“半洞錯(cuò)距＋鋼拱架支撐”開挖，適用于Ⅱ和Ⅲ類圍巖段。采取“半洞錯(cuò)距＋鋼拱架支撐”的方式，按先右側(cè)半洞后左側(cè)半洞的順序開挖（前后錯(cuò)距10 m～20 m），并在左半洞臨時(shí)增加法向鎖口錨桿，周邊光面爆破（循環(huán)進(jìn)尺采用3.0 m～3.5 m），然后緊跟掌子面進(jìn)行錨桿、鋼拱架及噴混凝土支護(hù)（如圖3、圖4和圖5所示）。

安徽省淮南市大通區(qū)生活垃圾填埋場啟用于1984年，于2009年6月停止使用，總占地面積110 000 m2，堆體頂部最大標(biāo)高為50.5 m，填埋最大深度18.1 m，垃圾堆體約8.0×105m3，其天然密度為1.3 g/cm3。由于原有垃圾填埋場未做防滲，滲瀝液導(dǎo)排設(shè)施導(dǎo)排不暢，而且填埋場一直未進(jìn)行雨污分流，垃圾含水量很高，滲瀝液向場地四周擴(kuò)散，污染周邊農(nóng)田及地下水。

3.2.2 洞身中、下層開挖

（1）Ⅳ2和Ⅴ類洞段。3號和4號導(dǎo)流洞Ⅳ2和Ⅴ類段中下層開挖分為4層（Ⅱ～Ⅴ層），每層分3部分水平開挖（先兩側(cè)后中間），在開挖施工過程中，優(yōu)先采用右半幅開挖方式。采用手風(fēng)鉆造水平爆破孔方式開挖，按設(shè)計(jì)輪廓線進(jìn)行周邊光面爆破（局部洞段反鏟機(jī)械無爆破開挖），支護(hù)緊跟，一炮一支護(hù)，循環(huán)進(jìn)尺按2.0 m控制[4]（如圖1、圖2和圖3所示）。

（2）Ⅳ1類圍巖洞段。在洞身中層和下層開挖前，采用改進(jìn)型輕型潛孔鉆在邊墻鉆孔，一次垂直預(yù)裂爆破至設(shè)計(jì)底板高程；然后，采用手風(fēng)鉆或三臂鑿巖臺車水平鉆爆半幅錯(cuò)距開挖，并及時(shí)支護(hù)，排炮循環(huán)進(jìn)尺按3.0 m控制（如圖4所示）。

（3）Ⅱ和Ⅲ類圍巖洞段。在頂層（Ⅰ層）開挖支護(hù)階段穿插進(jìn)行Ⅱ?qū)宇A(yù)裂爆破施工：左右邊墻采用改進(jìn)型輕型潛孔鉆在邊墻鉆孔，一次垂直預(yù)裂爆破至Ⅱ?qū)拥撞?；然后采用手風(fēng)鉆或三臂鑿巖臺車水平鉆爆半幅錯(cuò)距開挖，并及時(shí)支護(hù)，排炮循環(huán)進(jìn)尺按3.0 m～3.5 m控制。按同樣的施工程序、方法完成Ⅲ層的開挖與支護(hù)工作[5]（如圖5所示）。

4 無蓋重固結(jié)灌漿

為提高圍巖自穩(wěn)能力，在烏東德水電站右岸不良地質(zhì)洞段導(dǎo)流隧洞中下層開挖之前，經(jīng)過各參建方多次討論，采用無蓋重固結(jié)灌漿技術(shù)對導(dǎo)流隧洞不良地質(zhì)洞段進(jìn)行處理。具體處理范圍如下：

（1）3號和4號導(dǎo)流洞鋼拱架支撐施工段左側(cè)半拱及拱腳下3 m范圍，樁號為3號導(dǎo)流洞0＋000～0＋504，4號導(dǎo)流洞0＋000～0＋675；

（2）3號和4號導(dǎo)流洞鋼拱架支撐施工段右側(cè)半拱及拱腳下3 m范圍，具體樁號為3號導(dǎo)流洞0＋000～0＋504，4號導(dǎo)流洞0＋000～0＋630；

（3）3號導(dǎo)流洞0＋190～0＋330因圍巖條件差，頂拱全斷面無蓋重固結(jié)灌漿。

無蓋重固結(jié)灌漿參數(shù)：孔徑φ56 mm、孔深L＝4.5 m，孔間距2.0 m，排距2.5 m，最大灌漿壓力0.3 MPa，分兩序施工。

5 錨索、錨筋樁加強(qiáng)支護(hù)

2013年4月，烏東德水電站右岸導(dǎo)流隧洞頂層已完成支護(hù)，但在下挖的邊墻上出現(xiàn)多處向內(nèi)變形、噴混凝土開裂和鋼拱架支撐扭曲等情況，據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析反映，部分洞段邊墻存在持續(xù)變形的可能性。為了確保導(dǎo)流隧洞下層開挖時(shí)的穩(wěn)定性，在3號、4號和5號導(dǎo)流隧洞及相關(guān)施工支洞部分洞段及邊墻、中隔墻分別增設(shè)對穿錨索735束、端頭錨索567束及錨筋樁297根等加固支護(hù)。通過這些加強(qiáng)支護(hù)措施的實(shí)施完成，有效地控制了邊墻的變形情況，確保了下層開挖的安全。

6 施工監(jiān)測

烏東德水電站右岸導(dǎo)流隧洞不良地質(zhì)洞段在開挖過程中及時(shí)采取科學(xué)合理的開挖、支護(hù)（包含加強(qiáng)支護(hù)）方法，確保了導(dǎo)流隧洞不良地質(zhì)洞段的安全穩(wěn)定，取得了預(yù)期的效果。由爆破振動(dòng)監(jiān)測（如表2所示）、圍巖與結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可知，爆破振動(dòng)滿足要求且圍巖變形趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 3號和4號導(dǎo)流洞不良地質(zhì)洞段爆破震動(dòng)監(jiān)測情況統(tǒng)計(jì)表

右岸3號導(dǎo)流洞和4號導(dǎo)流洞兩個(gè)爆區(qū)爆破震動(dòng)監(jiān)測結(jié)論如下。

（1）3號導(dǎo)流洞樁號0＋567～0＋562爆區(qū)有效測點(diǎn)3個(gè)，距爆區(qū)最近距離13 m。爆破質(zhì)點(diǎn)最大振動(dòng)速度為3號導(dǎo)流洞測點(diǎn)的垂直向（Z方向），該點(diǎn)三方向的測值為：水平徑向（X方向）3.17 cm/s，水平切向（Y方向）2.32 cm/s，垂直向（Z方向）4.94 cm/s。測點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度滿足安全允許振速要求。

（2）4號導(dǎo)流洞樁號0＋416～0＋420爆區(qū)有效測點(diǎn)5個(gè)，距爆區(qū)最近距離20 m。爆破質(zhì)點(diǎn)最大振動(dòng)速度為1號導(dǎo)流洞測點(diǎn)的水平徑向（X方向），該點(diǎn)三方向的測值為：水平徑向（X方向）3.01 cm/s，水平切向（Y方向）2.38 cm/s，垂直向（Z方向）1.94 cm/s。測點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度滿足安全允許振速要求。

監(jiān)測結(jié)果表明，不良地質(zhì)條件下大斷面洞室開挖高邊墻多點(diǎn)位移計(jì)的數(shù)據(jù)反映出圍巖內(nèi)部存在松弛變形情況，但隨著開挖后有效合理的支護(hù)措施的實(shí)施，松弛變形情況呈現(xiàn)收斂趨勢，圍巖趨于穩(wěn)定。

綜上所述，選擇“多種開挖方法、多種支護(hù)方式”對烏東德水電站右岸3號、4號和5號導(dǎo)流洞進(jìn)行開挖、支護(hù)，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)、合理、安全快速開挖支護(hù)的目標(biāo)，很好地完成了3號導(dǎo)流隧洞（Ⅳ和Ⅴ類圍巖總長1 012 m）、4導(dǎo)流隧洞（Ⅳ和Ⅴ類圍巖總長1 264 m）及5導(dǎo)流隧洞（Ⅳ和Ⅴ類圍巖總長1 297 m）的開挖及支護(hù)等工作。

經(jīng)檢測：右岸導(dǎo)流洞洞身開挖檢測斷面共2 342個(gè)（3號導(dǎo)流洞767個(gè)，4號導(dǎo)流洞827個(gè)，5號導(dǎo)流洞808個(gè)），測得平均最大超挖60.4 cm，平均超挖25.4 cm，平均不平整度12.0 cm，半孔率75.8%，無欠挖，滿足洞挖控制標(biāo)準(zhǔn)要求。