偏壓淺埋大斷面導流洞漸變段開挖支護施工技術

張敏 雷丹

（中國水利水電第十四工程局有限公司烏東德項目經理部 云南 昆明 651512）

1 工程說明

1.1 工程概況

烏東德水電站擋水建筑物為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程988m，最大壩高270m，電站廠房布置于左右兩岸山體中，均靠河床側布置，各安裝6臺單機容量為850MW的混流式水輪發電機組，總裝機容量10200MW，多年平均發電量401.1億kW·h，正常蓄水位975m，相應庫容58.63億m3。水電站施工導流采用河床一次攔斷全年圍堰、隧洞導流的方式，共布置5條導流隧洞，其中左岸布置2條，右岸布置3條，5條導流隧洞總長8091.5m。其中，左岸靠地下電站山里側布置2條導流隧洞，右岸靠地下電站山里側布置3條導流隧洞。

電站右岸導流洞按“兩低一高”平行布置，其中3#、4#導流洞為低洞布置，5#導流洞為高洞布置，4#導流洞全長1604.5m，進口底板高程為812m，洞內最大底坡為0.937%，洞身設計斷面為城門洞型，Ⅳ類圍巖開挖斷面為19.90m×27.20m（寬×高），導流洞進水口采用岸塔式設計，塔頂高程846m。導流洞K0+000～K0+050段為進口漸變段，其中K0+000～K0+020為漸變段最大開挖斷面（27.90m×30.30m），K0+050段為漸變段最小開挖斷面（22.90m×30.30m），K0+020～ K0+050段開挖高度為30.3m，開挖寬度從27.9m漸變為22.9m，漸變段開挖支護完成后后期底板襯砌混凝土厚度3.1m，邊頂拱襯砌混凝土厚度3.0m。

1.2 施工難點分析

4#導流洞進口漸變段地質情況復雜，巖石松散破碎，自穩能力差。其巖體為因民組第一段（Pt2y1）灰～褐灰色薄層、極薄層大理巖化白云巖，地層走向30°～60°，傾向 120°～150°，傾角 45°～60°，多呈弱風化狀，局部風化加劇，巖體質量主要為Ⅳ2級，并且從地層走向與邊坡開挖面走向分析，其洞臉邊坡結構為橫向坡，更加大了開挖施工難度。

導流洞漸變段左側隔墩邊坡巖體較薄，并且受偏壓力影響，施工過程中隨時可能出現坍塌現場。漸變段左側覆蓋巖體水平最薄處厚度僅為13.77m，頂部最薄處僅為14.8m，受其頂部高邊坡及斷層影響，其隧洞地質條件較差、隧洞偏壓明顯，受力條件復雜。

該導流洞漸變段所面臨的是Ⅳ2類圍巖、開挖斷面及跨度大（27.90m×30.30m）、埋深淺，受上邊坡偏壓力影響，并且經云南省科學技術情報研究院查新報告顯示，目前公開的國內文獻中，尚未見與該參數相類似工程的施工方法報道，因此其開挖支護施工方法選擇是一項重大的難題。

2 工程主要程序及方法

2.1 開挖支護程序

4#導流洞進口漸變段主要開挖支護程序為：中導洞開挖（洞口懸挑錨筋樁施工）——左側隔墩邊坡剛性加固處理——Ⅰ層擴挖施工（洞頂EL844高程以上邊坡錨索施工）——左側拱對穿錨筋樁施工（左側隔墩邊坡錨索造孔下索、Ⅰ層邊墻向下超前固結灌漿）——Ⅱ層中槽開挖（左側隔墩邊坡護坡混凝土開始澆筑）——左側保護層開挖支護——與左側隔墩邊坡對穿錨索張拉完成——右側保護層開挖支護——以下各層按Ⅱ層順序分薄層開挖完成。

前期為了改善洞內通風條件，Ⅰ層已經開挖貫通8m×7m中導洞，為了減少漸變段與邊坡明挖區的施工干擾，漸變段Ⅰ層采用從洞內向洞外進行開挖支護施工，開挖施工完成后及時進行左側拱增加的對穿錨筋樁及隔墩邊坡對穿錨索施工。

當隔墩邊坡增加鋼支撐支護全部施工完成，上部至少三排錨索鉆孔施工并下索完成后可進行漸變段Ⅱ層開挖施工，同時應加快隔墩邊坡EL844高程以上邊坡錨索施工及隔墩邊坡的混凝土護坡施工，漸變段Ⅱ層開挖完成后隔墩邊坡的護坡混凝土澆筑至EL826高程。澆筑護坡混凝土時錨索位置需預留錨墩坑，并埋設鋼墊板，待后期張拉完成后采用混凝土封平。

Ⅱ層及以下各層開挖均采用從洞內向洞外進行，下挖時必須保證隔墩邊坡上對應對穿錨索已經鉆孔及下索完成，待各層開挖支護完成后及時對出露的錨索進行張拉施工。同時隔墩邊坡部位護坡混凝土及EL844高程以上邊坡錨索施工應加快施工進度，為漸變段后續下挖后邊坡穩定做鋪墊。

2.2 主要采取支護措施

2.2.1 隔墩邊坡加固措施

右岸4#導流洞進口漸變段左側隔墩邊坡巖石松散破碎，并且覆蓋巖石較薄，為了保證4#導流洞漸變段開挖過程中隔墩邊坡穩定，對開挖完成隔墩邊坡增加剛性加固處理，在EL.811m～844m高程增加I20b鋼支撐緊貼邊坡上，鋼支撐縱向采用Φ36鋼筋進行連接，鋼支撐及連接鋼筋間距50cm，鋼支撐與系統錨桿焊接加固完成后采用噴20cm厚C25鋼纖維混凝土進行封閉，增強邊坡的剛度，從而為后期錨索張拉時邊坡整體受力打下基礎。

由于隔墩邊坡較薄，巖石自穩能力差，遇水軟化快等特點，邊坡及漸變段施工時均在巖石面采用鋼支撐進行加強支護，這猶如給軟弱的隔墩穿上一層盔甲，為了保證兩層鋼性支護之間的巖體長期穩定，增加對穿錨索是首要選擇。因此在隔墩邊坡EL.815m～839m高程范圍增加與4#導流洞漸變段之間的1500kN對穿無粘結錨索支護，錨索間距3m×3m，同時為便于對隔墩邊坡及時進行錨固，對穿錨索在4#導流洞進口漸變段開挖前從邊坡側向導流洞內進行造孔，造孔深度超出4#導流洞左邊墻結構線1m，造孔完成后在孔內安裝φ140PVC管，待漸變段開挖時錨墩位置出露后及時進行錨索后續工序的施工。

4#導流洞漸變段Ⅰ層開挖完成后，其左側拱距EL844m高程馬道厚度僅為9m左右，為了防止下層開挖時左側拱受上部偏壓坍塌，在844m高程馬道與左側拱之間布置3排3Φ32對穿錨筋樁，間距2m。

2.2.2 減小上部偏壓力采取加固措施

由于隔墩邊坡與4#導流洞漸變段之間的巖壁較薄，加之漸變段下挖過程中，隔墩邊坡所受上部山體偏壓力將逐漸增大，為了減小該偏壓力對隔墩邊坡破壞，在4#導流洞頂部邊坡EL.844m～900m高程布置25m～50m不等的1000kN預應力無粘結錨索。

2.2.3 導流洞漸變段加固措施

小組討論和小組互動學習是合作學習的基本特點，在課堂教學中，是在現有的物理課程學習基礎上，融和多媒體圖文圖像工具和傳統教學方式，創新新式教學方法的體現.合作學習階段，借助意見反饋效果和實際疑難知識點掌握，實現學生溝通、鼓勵、協調等發展格局.

導流洞漸變段在原設計系統錨桿及噴混凝土支護基礎上，首先增加Ⅰ20b間距75cm型鋼進行加強支護，同時頂拱開挖過程中增加Φ28，L=6m，間距40cm，排拒3m超前錨桿進行超前支護。漸變段下挖過程中為了保證邊墻成型效果及增加自穩能力，在Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ層開挖完成后分別在兩側邊墻增加Φ56，L=6m，α=20°向下超前無蓋重固結灌漿，灌漿完成后孔內安裝Φ32，L=6m超前錨桿。

為了保證洞臉部位開挖質量，在4#導流洞洞臉上方EL.854m高程馬道上布置3排3Φ28懸吊錨筋樁，錨筋樁間距為2m，排拒為1m。并且由于EL.854m馬道距離導流洞洞口高程較小，加之巖石破碎，為了使馬道巖石受力均勻，EL.854m馬道懸吊筋樁施工時外露40cm，并在末端設50cm彎鉤，錨筋樁施工完成后，在該段落馬道上澆筑長29m×厚0.6m×寬2.7m的C25鋼筋混凝土地梁進行加固。

2.3 主要開挖支護施工方法

2.3.1 漸變段主要開挖方法

4#導流洞進口漸變段分7層采用從洞內向洞外方式進行開挖支護施工，其中第Ⅰ層9m，Ⅱ層4.5m，Ⅲ～Ⅵ層開挖高度3m，Ⅶ層開挖高度4.8m。Ⅰ層采用全斷面擴挖的施工方法，Ⅱ～Ⅶ層采用中間拉12.5m槽兩邊預留7.7m保護層開挖方法，兩側保護層采用先左后右的順序進行開挖支護施工。開挖采用鉆架臺車配合人工YT28手風鉆造孔，裝2#巖石乳化炸藥，非電毫秒雷管引爆，電雷管起爆，周邊孔采用光爆形式，開挖循環進尺按1.5m～2.0m控制。由于漸變段巖石破碎，為了減少爆破對隔墩的擾動，局部特別破碎段保護層采用無爆破開挖方法，施工時主要采用挖機直接開挖及破碎錘開挖的方法。出渣采用1.6m3反鏟裝20t自卸汽車運至渣場。

2.3.2 漸變段洞身主要支護施工方法

導流洞漸變段系統支護主要有系統錨桿及噴混凝土，以及增加超前錨桿、鋼支撐、懸吊錨筋樁等，超前錨桿采用人工YT28手風鉆造孔人工安插后注漿，鋼支撐采用廠內加工完成后運至施工現場，人工拼接安裝，安裝時每個節點采用4根Φ22，L=3m錨桿固定，與系統錨桿相鄰的部位可采用直角拐子筋與系統錨桿焊接牢固；懸吊錨筋樁采用100B潛孔鉆機造孔，現場人工焊接制作完成并安裝后注漿；系統錨桿采用三臂鑿巖臺車造孔，平臺車配合人工注裝；噴混凝土采用8m3混凝土攪拌車運至施工現場，Meyco噴車現場施噴。

2.3.3 隔墩邊坡支護施工方法

隔墩邊坡EL844m高程以上端頭錨索采用搭設滿堂腳手架進行施工，施工時采用YG-80型錨索鉆機造孔后人工下索張拉。隔墩邊坡EL844m～812m高程與導流洞對穿錨索利用邊坡支護排架采用YG-80型錨索鉆機進行造孔，造孔完成后及時下索，下索完成后拆除排架，后期采用25t吊車配合人工對鋼錨墩進行安裝及錨索張拉。

4#導流洞漸變段左側拱與EL844馬道間增加3排3Φ32對穿錨筋樁，間距2m。由于該部位與原洞臉邊坡施工錨索存在交叉，因此在保證鉆孔時不破壞洞臉部位錨索前提下加快施工進度是關鍵。該部位錨筋樁鉆孔前首先對原錨索設計角度進行詳細分析，其次對錨索原造孔人員在實際造孔時存在偏差進行了解，綜合考慮后確定錨索最終走向，最后確定錨筋樁的造孔角度。為了保證孔位精度，造孔前采用搭設樣架的方法，并對每個孔的孔位及孔斜進行嚴格控制，錨筋樁造孔采用100B潛孔鉆機，人工現場焊接加工錨筋樁，造孔結束后采用人工及時進行安裝后注漿封閉，導流洞內錨筋樁與鋼拱架之間需焊接牢固，馬道上外露50cm埋入后期澆筑的馬道底板混凝土內，保證了該部位的長久穩定。

3 結語

4#導流洞進口漸變段具有開挖斷面大，巖石松散破碎、自穩能差、遇水軟化快等特點，并且巖墩較薄，受上部偏壓力較大等因素影響，施工難度較大，業主及監理十分重視該部位的施工并對整個過程進行全程監控。在項目部的精心組織、合理安排下，順利完成該漸變段的開挖支護施工，施工過程中根據洞內洞外的臨時及永久監測情況分析，邊坡及導流洞未出現較大變形，而且開挖結構面成型良好，開挖結束后，開挖質量及方法取得業主、設計和監理一致好評，為以后在復雜地質條件下偏壓淺埋大斷面導流洞漸變段開挖支護施工積累了新的施工經驗。陜西水利

[1]水工建筑物地下開挖工程施工技術規范(SL 378-2007)[S].