瀘定水電站3號泄洪洞出洞開挖支護

李 越，范 萍，趙龍飛

（中國葛洲壩集團三峽分公司瀘定水電站施工項目部，四川 瀘定 626100）

1 工程概況

瀘定水電站3號泄洪洞為城門洞形，全長1 432.139 m，縱坡為2.772%。其出口31 m巖塞洞段設計斷面尺寸為16.8 m×21.3 m （寬×高），屬于特大斷面洞室開挖。

有關地質資料顯示，瀘定水電站3號泄洪洞出口洞段巖性為閃長巖，裂隙發育，巖體主要為強風化、強卸荷，并發育多組不利結構面組合及擠壓破碎帶，圍巖總體Ⅳ類偏差，局部為Ⅴ類，邊坡自穩能力差。受此不利因素影響，前期在進行洞臉邊坡開挖過程中其邊坡曾多次發生不同程度的垮塌，垮塌后泄洪洞出口段洞頂左上方的最小巖體覆蓋厚度僅約10 m。因此，在此種工況下出洞存在重大安全隱患。

2 3號泄洪洞出洞施工方案

為了確保施工安全，出洞采用了 “洞臉加固、洞身固結、導洞分層開挖”的綜合出洞方案。即，在3號泄洪洞出口31 m巖塞段開挖前，需先做好出口邊坡左側塌方區的加固，洞臉邊坡的鎖口和加固以及巖塞段上游100 m洞身的預固結灌漿等工作。

上述工作完成后，按照上、中、下3層進行3號泄洪洞洞身出口段開挖 （見圖1）。其中，上層采用導洞法開挖；中層采取中間抽槽兩側邊墻光面控制爆破跟進的開挖方法；下層開挖時底板預留1～2.5 m保護層，保護層使用氣腿式風鉆水平造孔，光面爆破開挖。

2.1 出洞前準備工作

（1）洞臉邊坡加固。由于垂直3號泄洪洞洞軸線左側的坍塌外露巖體為強風化且極其破碎，采用普通方式支護效果有限；同時，考慮到下步3號泄洪洞出洞實際情況及為加強邊坡的淺層整體性，除按設計圖紙對3號泄洪洞洞臉邊坡1 317.5～1 375.0 m高程間采取錨索與框格梁相結合的形式進行加固處理外，為加強邊坡巖體的整體性并進一步解決出洞前的偏壓問題，對3號泄洪洞出口洞臉20 m高邊坡范圍內采取預固結灌漿和塌方區貼坡混凝土處理。其中，灌漿孔入巖10.0 m，間排距3 m。為發揮最大凝固效果，灌漿施工按自下而上的順序進行。

圖1 3號泄洪洞出洞施工工藝流程

（2）洞臉鎖口支護：①3號泄洪洞出口1 311 m高程以上鎖口采用3排直徑28 mm、長9.0 m（外露10 cm）的錨桿，仰角5°，環向間距1.0m。第一排鎖口錨桿與開挖輪廓線的距離為1.0 m，二、三排鎖口錨桿間距為1.5 m。②為確保出洞開挖洞臉段穩定性，另在距離設計開挖輪廓線上方80 cm，布置1排大管棚。管棚采用直徑140 mm，壁厚5 mm、長12 m無縫鋼管，環向間距80 cm，仰角5°左右。鋼管前段加工成尖錐形便于安裝，管壁四周每隔50 cm鉆1個直徑10 mm小孔，小孔交錯布置,管棚注漿采用水灰比1∶1純水泥漿，漿液中摻入5%SW早強劑，以減少待凝時間，注漿壓力0.3 MP。

（3）預固結灌漿。為保證洞內靠近出口段已開挖成形洞段的安全穩定及出洞安全，對3號泄洪洞洞身出口31 m范圍在混凝土襯砌前進行預固結灌漿，灌漿壓力以不破壞已支護拱圈及邊坡已噴混凝土為原則。灌漿分3次進行：第一次為出洞前的預固結灌漿，其灌漿范圍為洞內K1+400～K1+423段上層；第二次為上層開挖、支護完成后的預固結灌漿，其灌漿范圍為K1+423～K1+431.139段上層；第三、四次分別為K1+423～K1+431.139段中、下層開挖支護完成后的預固結灌漿。預固結灌漿孔徑50 mm，孔深入巖10 m，間排距3.0 m。鉆孔方向應與開挖面保持垂直，鉆孔孔位偏差不大于10 cm，孔斜不大于2%。

（4）貼坡混凝土施工。3號泄洪洞出口洞臉在鎖口錨桿及預固結灌漿施工完成后對其進行洞臉的帖坡混凝土施工。本次貼坡混凝土右側與邊坡相連，左側與塌方區的貼坡混凝土相連，使其形成整體。為保證貼坡混凝土與設計的結構混凝土相結合，1 313.00～1 316.700 m高程間貼坡混凝土采用C40混凝土，1 316.7 m高程以上貼坡混凝土采用C20混凝土，其貼坡混凝土厚度為50 cm，面層布置1層鋼筋網，其鋼筋規格為φ20＠20 cm×20 cm。

2.2 3號泄洪洞出洞開挖施工

（1）上層開挖施工。上層開挖高度7.4 m，采取先導洞后擴挖開挖方式施工。根據現場實際并結合地質情況，同時也考慮到裝載機出渣及挖機的排險方便性，導洞開挖斷面尺寸定為4.0 m×4.0 m（高×寬），導洞由內向外進行施工，擴挖由洞外向洞內施工。鉆爆設計工藝參數如下：①主爆破孔、掏槽孔、周邊孔孔徑均為42 mm，均采用氣腿鉆造孔，掏槽形式為楔形復式掏槽。開挖進尺每循環不超過1.5 m。②導洞和擴挖周邊孔孔距均為40 cm。③主爆破孔孔距為0.7～0.9 m。④周邊孔采用不耦合間隔裝藥結構，炸藥選用2號巖石乳化炸藥 （規格φ32 mm、200 g±3 g），單孔裝藥0.2 kg。裝藥時首先用小刀將整節藥卷分成3段，導爆索插入周邊孔最底部藥卷反向折起后，將其和藥卷用膠帶一起綁在竹片上，竹片靠近巖體光爆一側，周邊孔炮孔底部藥量約100 g，第2、3段藥量約為1/4節藥卷的藥量，每節藥卷間隔30 cm。掏槽孔和主爆破孔采用不耦合連續裝藥結構。掏槽孔裝藥0.723 kg；主爆破孔裝藥0.567 kg。導洞鉆爆設計見圖2，上層擴挖鉆爆設計見圖3。

圖2 3號泄洪洞上層導洞鉆爆設計（尺寸單位：cm）

圖3 3號泄洪洞出洞上層擴挖鉆爆設計（尺寸單位：cm）

（2）中層開挖施工。中層開挖高度9 m，先中部抽槽，兩側預留至少3.0 m的水平光爆保護層。鉆爆設計工藝參數如下：①主爆孔采用快速鉆造孔，孔徑80 mm，間排距2.4 m×2.0 m，鉆孔深度9.2 m，炸藥為乳化炸藥，藥卷直徑70 mm，不偶合連續裝藥。②邊墻主爆破孔氣腿鉆造孔，孔徑42 mm，孔距0.9～1.2 m，孔深3 m，藥卷直徑32 mm，連續裝藥。③邊墻光爆孔用氣腿鉆造孔，孔徑42 mm，孔距40 cm，孔深3 m，藥卷直徑32 mm，不耦合間隔裝藥。中層開挖抽槽鉆爆設計見圖4，中層邊墻保護層開挖鉆爆設計見圖5。

圖4 3號泄洪洞中層抽槽鉆爆設計（尺寸單位：cm）

圖5 3號泄洪洞中層邊墻保護側開挖鉆爆設計（尺寸單位：cm）

（3）下層開挖。下層開挖高度為5.2m，開挖方法和鉆孔參數同中層開挖。

2.3 3號泄洪洞出洞支護施工

（1）鋼格柵支護。鋼隔柵斷面為30 cm×30 cm正方形，立柱主筋采用φ28螺紋鋼，箍筋和蛇形筋采用φ25螺紋鋼。3號泄洪洞出洞開挖采用鋼隔柵臨時支護，間距50 cm。上層開挖拱圓弧段鋼格柵按照均勻受力的原理，將頂拱圓弧段均勻分為3節加固制作，鋼隔柵斷面邊長為30 cm正方形，主筋為φ28的螺紋鋼，箍筋和蛇形筋為φ25的螺紋鋼，節與節之間采用螺栓對接后焊牢固。為增強鋼格柵的整體穩定性，將鋼格柵與鎖腳錨桿外露部分 （30 cm）焊接成U形。其中：頂拱圓弧段鎖腳錨桿為直徑28 mm、長6 m的螺紋鋼；邊墻直線段鎖腳錨桿為直徑32 mm、長9 m的螺紋鋼。每榀鋼格柵之間布設直徑為28 mm的縱向連接鋼筋，環向間距1 m。

（2）掛網噴錨。鋼格柵裝完后，掛φ6.5@20 cm×20 cm鋼筋網，后用C25混凝土將鋼格柵噴平。

（3）系統錨桿施工。上述工作完成后，按設計圖紙要求，采用系統錨桿進行加強支護，錨桿規格為直徑28 mm、長6 m和直徑32 mm、長9 m兩種，間排距1.5 m，交錯布置。

3 結語

瀘定水電站3號泄洪洞出洞施工中，除按設計圖紙要求進行系統錨桿等支護外，采取上述綜合措施，克服了地質缺陷及塌方形成的偏壓等不利因素影響，安全實現貫通，確保了工期目標的實現。