特大斷面導流洞開挖施工工法

葉 明 施召云

(中國水利水電第六工程局有限公司 丹東 118002)

1 前言

特大斷面導流洞開挖施工工法在溪洛渡水電站左岸1號、2號、3號導流洞工程開挖施工中的成功應用，極大地提高了開挖質量，邊墻成型完整，并加快了施工進度。在左岸導流洞開挖施工過程中，導流洞中下層采用兩側深孔預裂、中間梯段爆破為主的施工方法，變洞挖為明挖，并對施工設備進行了改進，大大降低了施工費用、加快了施工進度，同時充分利用工作面形成平面多工序、立體多層次的流水作業，使20多m高的洞室形成上、中、下同時作業的局面。本工法的應用，在溪洛渡左岸導流洞工程中創下了三項中國企業新記錄，獲得兩項科技進步成果獎、9個施工樣板段，經濟效益和社會效益顯著。

本工法在溪洛渡水電站左岸導流洞工程中成功應用后，相續又在湖北潘口水電站導流洞工程、錦屏二級水電站導流洞工程中成功應用。

2 工法特點

a.本工法根據導流洞的斷面大小，將導流洞分上層和中下層進行開挖。上層采用先開挖中導洞，等中導洞全線貫通后，再進行兩側擴挖的方法，其中兩側擴挖施工時分別滯后進行。

b.本工法特大斷面導流洞中下層采用兩側深孔預裂、中間梯段爆破為主的施工方法，變洞挖為明挖，大大降低了費用，加快了施工進度。

c.本工法對100B輕型潛孔鉆進行了改造，使上層擴挖在10cm就能滿足中下層預裂孔下鉆要求，大大減少了擴挖工程量。

d.本工法在預裂孔鉆孔時采用了定位樣架導向技術，對造孔精度進行控制，保證了鉆孔成型質量。

e.本工法采用專門的鉆孔質量控制與檢查體系，對預裂爆破孔和梯段爆破孔進行了質量跟蹤、控制、檢查等全方位質量控制，大大提高了爆破質量。

f.本工法充分利用工作面，形成平面多工序、立體多層次的流水作業，使洞室形成上、中、下同時作業的局面，大大加快了施工進度。

3 適用范圍

本工法適用于水工建筑物中特大斷面(面積大于120m2或跨度大于12m)的城門洞形導流洞的開挖施工，也可以供水電站其他特大斷面洞室群開挖施工借鑒。

4 工藝原理

本工法選用了預裂爆破與梯段爆破相結合的施工技術，導流洞中下層采用兩側深孔預裂、中間梯段爆破為主的施工方法。本工法對輕型潛孔鉆進行了改造，使上層擴挖在10cm就能滿足下鉆要求，大大減少了擴挖工程量。同時采用專門的鉆孔質量控制與檢查體系，對預裂爆破孔和梯段爆破孔進行了質量跟蹤、控制、檢查等全方位質量控制，減少了人為因素的影響，保證了造孔精度。并通過多次現場生產性試驗，確定適宜的爆破參數及裝藥結構，從而確保了高邊墻的預裂爆破成型質量，同時還控制了中部梯段爆破對邊墻的震動影響。

5 施工工藝流程及操作要點

5.1 施工工藝流程

5.1.1 施工工藝總體安排

特大斷面導流洞開挖施工，根據各具體工程的不同結構特點及布置特性，可采用不同的總體施工安排，但總體上的施工工藝安排為:上層中導洞開挖施工、上層兩側擴挖施工、中層開挖施工(其中在中層開挖施工中，兩側預裂爆破與中間垂直梯段爆破可以在一次爆破中先后起爆進行完成，也可以在預留爆破超前完成一定距離后再進行中間垂直梯段爆破)、下層開挖施工。其中上層、中層、下層開挖施工中根據具體情況可在上一層全部施工完成后再進行下一層的開挖施工，也可以在各層滯后立體同步進行開挖施工。

5.1.2 中層兩側預裂爆破施工工藝流程

特大斷面導流洞開挖施工中層兩側預裂爆破施工工藝流程為:生產性實驗(上層擴挖試驗、鉆機架設試驗、爆破參數試驗)→爆破參數設計→基巖面清理→測量放線→布孔→樣架搭設→樣架校核→鉆機架設→造孔施工(鉆孔控制)→驗孔→裝藥爆破→爆破效果檢查。

5.2 操作要點

5.2.1 上層開挖施工

根據各導流洞或地下洞室斷面情況，其上層可分三部分進行開挖，上層采用先開挖中導洞，等中導洞全線貫通后，再進行兩側擴挖的方法，其中兩側擴挖施工時分別滯后進行。爆破后，先進行安全處理，然后根據圍巖情況適時進行系統安全支護。另外，在上層兩側邊墻開挖時，與中層接觸段的2.5m高度范圍內進行擴挖，并且對該范圍內不進行支護施工。

5.2.2 中層開挖施工

特大斷面導流洞中層開挖采用兩側預裂爆破、中間垂直梯段爆破的施工方法。其中預裂爆破孔采用YQ100B鉆機垂直鉆設，梯段爆破孔為達到良好的堆渣效果，采用斜孔布置，與水平夾角為85°，采用D7液壓鉆機進行鉆設。為了保證鉆機能夠沿設計邊線下鉆，對鉆機進行改進設計，使預裂鉆孔開鉆需要的超挖從25cm降低到10cm以內。在上層開挖時沿兩側邊墻2.5m高度范圍內超挖10cm。

在進行中層開挖前需進行一定的生產性試驗，確定爆破參數、鉆孔參數、炮孔布置方式及鉆孔精度控制方法。通過生產性試驗探索出優良的施工工藝與合理的爆破設計。

5.2.2.1 基巖面清理

為保證開孔準確和鉆孔質量，首先沿邊墻設計輪廓線位置采用人工配合反鏟清出1.5m寬的條帶，排除積水。

5.2.2.2 測量放線

先由測量人員準確地放出預裂孔的孔位和高程，用紅油漆在側墻上做好標記，詳細地將每個孔的測量記錄填寫到導流洞下層開挖預裂孔施工放樣記錄表中，現場與施工隊的技術人員交底，并由雙方簽字確認。

5.2.2.3 樣架搭設與校核

施工人員按照設計輪廓線安設鋼管樣架，固定鉆機，進行鉆機就位、調正。鉆機樣架采用1.5英寸腳手架鋼管搭設，設置縱橫向聯系桿和三角形斜支撐，并與邊墻錨桿或插筋(沒有錨桿部位打插筋)聯接牢固，確保鉆機固定牢固、穩定，在鉆進過程中不得出現輕微晃動、偏移等影響鉆孔位置、垂直度的現象。

5.2.2.4 造孔施工

邊墻預裂爆破孔采用改進型輕型潛孔鉆機造孔，孔徑為90mm，孔距為80cm。

嚴格按照測量放樣記錄表中的數據準確計算出各孔的孔深，并將計算結果填入預裂孔施工放樣記錄表中。

鉆孔精度主要采取以下措施進行控制:

a.采用定位樣架導向技術，保證鉆機就位后，其開孔位置，鉆孔方位角、傾角均與設計指標完全一致。

b.嚴格執行開孔段和鉆進過程中的三次校鉆制度，即:開鉆20cm檢查、鉆進1m檢查、鉆進3m和鉆進5.0m檢查。

c.鉆進過程中每2～3根鉆桿加一個扶正器，有效防止鉆進過程中“飄鉆”現象的發生。

d.嚴格控制鉆進速度。開鉆時用小風壓緩慢推進，孔深0～1m內鉆速控制在40min/m，孔深1～8m內鉆進速度控制在15～20min/m。

5.2.2.5 預裂孔裝藥爆破

按設計裝藥結構，用膠布將藥卷和導爆索綁扎在竹片上，人工送入孔內。底部1.0m范圍內加強裝藥、上部孔口段減弱裝藥。堵塞時，先在藥卷頂部堵塞紙團或紡織袋，然后再填塞鉆孔巖屑，嚴禁混入塊石，堵塞長度要求不小于設計堵塞長度。

5.2.2.6 預裂爆破效果檢查

每次爆破完成，清除石渣，露出開挖面后，由專職質檢員及技術人員對爆破成型質量進行檢查，收集相關數據，作為下次預裂爆破參數調整的依據。

5.2.2.7 梯段爆破

采用液壓鉆鉆孔，鉆孔偏差不大于20cm。在爆破技術人員的指導下，由炮工按設計裝藥結構和起爆網絡裝藥、連網。每次爆破過后，對爆堆形狀和爆破塊度進行檢查，作為調整爆破參數調整的依據。

5.2.3 下層開挖施工

導流洞下層開挖高度在2.0～4.1m之間，采用YT－28手風鉆水平鉆孔，滯后中層開挖100～150m，周邊孔光面爆破。

6 材料與設備

6.1 工程材料

特大斷面導流洞開挖施工主要涉及的材料就是鉆孔施工時的輔助材料及爆破材料，其中輔助材料主要為邊墻預裂爆破鉆孔樣架搭設及加固材料，樣架搭設主要采用1.5英寸腳手架鋼管及其專業扣件，加固材料主要為隨機錨桿。

6.2 工程設備

工程設備主要是手風鉆、多臂鉆、自卸汽車、液壓反鏟、裝載機、改進型輕型潛孔鉆機等，根據工程需要配置。

7 質量控制

7.1 質量管理措施

a.在定位架搭設前進行測量放線，完成后，必須向現場技術人員進行交底。

b.樣架搭設位置要準確，并牢固可靠，正式投入使用前必須進行驗收。

c.對預裂孔的孔徑、孔距、孔向和孔深偏差等進行控制。嚴格三檢制，驗收合格后需對孔口進行保護。

d.加強裝藥結構、聯網質量控制。

7.2 技術措施

a.成立專門的技術小組，按工序編制施工作業指導書，并進行詳細的技術交底。

b.加強過程中的技術指導，及時解決存在的問題。

c.及時進行數據收集和質量評價。

8 安全措施

施工中始終堅持“安全第一、預防為主”的方針，積極做好安全工作。

a.建立健全安全保證體系、安全監督體系，制定完善的安全管理規章制度。

b.加強安全教育培訓，提高全員安全素質。

c.認真開展安全活動。

d.進行深入細致的安全大檢查，建立獎罰機制。

e.在各施工區、道路、生活區等設置足夠的照明系統。

f.按規定配帶安全防護用品，遵章守紀，聽從指揮。

g.爆破人員持證上崗，嚴格防護距離和爆破警戒，爆破后及時通風。

h.爆破后及時進行危石及碎塊處理。

i.開展施工期變形監測工作，掌握圍巖變化狀態。

9 環保措施

a.嚴格遵守國家和地方政府有關環境保護的法令、法規和合同規定，對施工活動范圍內的環境予以認真保護。

b.保證生產、生活場地整潔衛生，工完場清，保證場潔。

c.保護施工區和生活區的環境衛生。

d.減少施工現場的噪音、粉塵，加強施工道路的養護。

e.各作業面的生產廢水通過臨時排水溝匯集到集水池，用水泵抽排，通過污水管排放至洞外污水沉淀池，處理達標后排放。

10 效益分析

a.在溪洛渡左岸導流洞開挖施工過程中，導流洞中下層采用兩側深孔預裂、中間梯段爆破為主的施工方法，并對施工設備進行了改進、大大降低了施工費用，加快了施工進度，節約工期至少3個月，創造了較大的經濟效益。

b.該工法的應用，在溪洛渡左岸導流洞工程中創下了3項中國企業新紀錄，2項科技進步成果獎，9個施工樣板段，其社會效益明顯。

c.本工法通過減化施工程序安排，采用樣架進行鉆孔精度控制等方法，設計輪廓線位置的開挖成型質量優良，為后續的地下工程開挖施工提供了新的技術方法和質量控制指標，促進了預裂爆破技術在地下工程施工中的進一步運用。

11 應用實例

11.1 金沙江溪洛渡水電站左岸導流隧洞工程

溪洛渡水電站左右岸各布置了3條導流洞，左岸為1～3號導流洞，導流洞平面上呈單彎道布置，洞身為城門洞形特大斷面，普通洞段開挖斷面為(20～21.6)m×(22～23.6)m(寬×高)，閘室段最大開挖斷面為34m×32m(寬×高)，堵頭段最大開挖斷面為26m×28m(寬×高)，左岸導流洞洞身段總長 5003.168m，總計石方洞挖260萬m3，平均月開挖強度15.2萬m3，高峰期月最大開挖強度達27.1萬m3。該工法在工程中成功應用，優化了傳統的施工工藝、節約了施工成本，獲得中國水利水電建設集團公司科學技術進步一等獎和中國電力科學技術獎三等獎，9個施工段被三峽集團溪洛渡工程建設部評為樣板段工程，具有明顯的經濟效益和社會效益。

11.2 錦屏二級水電站導流隧洞工程

錦屏二級水電站位導流洞工程位于攔河閘壩右岸，呈雙彎道布置，上游平面轉角為39.33°，下游平面轉角為30.02°，平面轉彎半徑均為100.00m，隧洞全長592.93m。

特大斷面導流洞開挖施工工法在錦屏二級水電站導流洞工程的應用，提前完成了施工，多次受到二灘業主、監理、設計和專家的贊譽。

11.3 湖北潘口水電站導流洞工程

潘口水電站導流洞洞身斷面為15m×18m(寬×高)的城門洞形特大型斷面，總長534m。

特大斷面導流洞開挖施工工法在湖北潘口水電站導流洞工程的成功應用，取得了良好經濟效益和社會效益，此工法的實施和施工現場合理的組織，使施工工期提前近2個月，受到潘口水電站業主、設計、監理各方好評。