龍洞水電站排風洞深厚崩坡堆積體洞挖施工技術

王 黎， 任 軍 偉

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 工程概述

龍洞水電站位于四川省康定縣境內的大渡河右岸一級支流——瓦斯河上，為低閘引水式電站。電站樞紐建筑物由首部樞紐、引水系統、地下廠房等組成。龍洞水電站水庫正常 蓄 水 位 高 程 為

2 440 m，總庫容11.1萬m3，為徑流式電站。工程的開發任務為發電，同時兼顧下游生態及景觀用水，無灌溉、防洪、通航等其它綜合利用要求。地下廠房位于金龍水電站廠房與小天都庫尾之間的瓦斯溝左岸，總裝機容量為165 MW。

地下廠房工程中排風洞位于廠房右側，洞口為崩坡積塊碎石土和塊碎石，厚度較大，強卸荷圍巖洞段圍巖以Ⅳ、Ⅴ類為主，成洞條件差,覆蓋層水平深度約為26.5 m。

排風洞為發電廠房的進風通道，隧洞總長218.85 m，進洞高程為2 160.7 m，終 點 高 程 為2 164.59 m，覆蓋層段開挖斷面為4.8 m×5.1 m。

針對以上工程特點，且因覆蓋層比較厚并隨洞徑延伸較長，在施工過程中先進行一定范圍開挖形成穩定邊坡后，再進行鎖口及明洞施工，從而形成了施工安全保護屏障，最后進行覆蓋層洞挖施工，成功地解決了崩坡堆積體不良地質段隧洞洞挖施工的難題。

筆者主要闡述了龍洞水電站排風洞深厚崩坡堆積體不良地質段隧洞的洞挖施工方法。在覆蓋層進洞中的主要難點是堆積體松散、錨桿施工造孔難度大、開挖成型難度大、開挖后穩定性差。施工中嚴格按照平洞臺階分區的思路施工并根據以往的施工經驗及現場情況對方案進行了優化，依次解決了以上各種難題。

2 洞口邊坡的施工

2.1 洞臉邊坡的開挖

排風洞出口段頂部位于上山公路下方，埋深較淺，加之其均為覆蓋層，故先對邊坡進行了一定程度的開挖。洞臉邊坡坡頂開挖在高程2 172 m后按坡度1∶0.75向下削坡，在洞頂上0.5 m的高度開始變坡，垂直向下開挖。

2.2 洞臉邊坡的支護

當洞口邊坡開挖成型后，考慮到坡面為崩坡積堆積塊碎石土堆積體并經現場調查得知，堆積體中、下部表面多被孤塊石覆蓋，普遍架空，故待洞臉邊坡開挖完成后立即素噴5 cm封閉巖面，待素噴混凝土結束后再進行錨桿、掛網噴混凝土系統支護。又因邊坡普通砂漿錨桿造孔施工難以成孔，遂采用自鉆式注漿錨桿，規格為φ27、L=4 m，間排距為1 m，梅花形布置。掛網采用φ8@15 cm，噴C25混凝土厚15 cm。排風洞洞臉邊坡形式見圖1。

3 洞口鎖口及明洞施工

3.1 鎖口施工

在堆石體洞口處，由于圍巖無膠結、結構松散、成洞條件極差，為保證洞口邊坡穩定，洞室開挖前對洞口以上及周邊的松散圍巖進行了預固結灌漿處理。在此類地質條件下，鉆機難以自鉆成孔，遂采用手風鉆鉆孔將鋼花管打入圍巖，然后通過鋼花管對圍巖進行預固結灌漿，以固結松散的堆石體，從而有效地提高了成洞能力。

在洞口明挖施工過程中，及時進行了鎖口施工。鎖口施工采用超前小導管注漿的方法進行，在距邊頂拱開挖結構線 20 cm處打第一層超前管棚，距邊頂拱開挖結構線40 cm打第二層超前管棚。管棚采用φ42鋼管制作，長3 m，環向間距20 cm，外仰角10°～15°。洞口段開挖完成后采用鋼支撐對洞口進行進一步的鎖口處理，鋼支撐采用I16，間距為50 cm，拱間采用φ25，L=1 m@25 cm鋼筋作連接筋，以確保各拱架形成整體，共同受力。拱架鎖腳錨桿采用自進式錨桿，φ27，L=4 m，交錯布置在拱架兩側。鎖口施工支護形式見圖1。

圖1 排風洞洞臉剖面圖

3.2 明洞施工

為保證施工安全并為進洞提供一個安全屏障，為防護洞頂邊坡坡面上松動的危石滾落，于洞外連續設置了3榀鋼支撐，拱架施工同鎖口段，以形成明洞段。之后進行洞口及明洞段混凝土襯砌施工，明洞段襯砌按照設計要求的門洞結構形式，厚度為80 cm，設雙層鋼筋，混凝土標號為C20，底板混凝土厚度為50 cm，洞段長6 m。明洞洞頂端頭設混凝土擋墻，擋墻高度為200 cm，厚度為50 cm。

4 覆蓋層洞挖及支護施工

根據排風洞覆蓋層斷面特性及覆蓋層洞段地質特性進行了分析研究，對排風洞覆蓋層洞挖分上下兩個臺階開挖，先開挖上臺階，再進行下臺階的開挖，上臺階采用“環形開挖預留核心土”的開挖方法，在施工中特別注意做好開挖前的超前支護，開挖后及時進行臨時支護和永久襯砌，確保已成型的隧洞的安全。

4.1 超前支護

由于覆蓋層洞段巖層松散，無膠結且孔隙率極大，施工難度極大，在開挖過程中極易產生洞室坍塌甚至冒頂等情況，因此，需對覆蓋層段洞挖進行超前支護。支護措施為采用打φ42花管并進行灌漿處理，其灌漿工藝要求同鎖口灌漿。超前小導管設計參數為：φ42，L=3 m，環向間距為20 cm，外仰角為10°～15°，搭接長度不小于1 m。小導管施工過程中，嚴格造孔質量，確保所有小導管在同一拱圈線上并與鋼拱架點焊連接。

4.2 人工開挖上臺階

采用人工鑿挖法開挖，ZLC50C裝載機出渣。上、下臺階高差為3 m，上臺階預留土心以便施工，上臺階工作面距下臺階不超過5 m，將循環進尺控制在0.5～ 0.8 m。為保證開挖掌子面的穩定，在人工開挖達到進尺要求后，及時對開挖的裸露圍巖噴一層6 cm厚的C20混凝土進行封閉，然后再進行鋼拱架的架設施工。

為保證第一次支護施工時不侵占混凝土襯砌斷面，覆蓋層洞段在開挖施工過程中在設計斷面的基礎上擴挖了20 cm。

4.3 架設上臺階拱支撐

拱支撐采用I16工字鋼制作，洞口處連續安裝3榀拱支撐，其它拱支撐的間距為0.3～0.5 m(根據開挖地質條件合理進行調整)，在架設過程中，關鍵是將兩榀拱支撐焊縫焊好。在進行拱支撐安裝時，上臺階處設置了一個由φ48鋼管制作的3 m×3 m×2 m規格的安裝操作臺。拱支撐安裝到位及時焊接連接筋，連接筋采用φ25鋼筋制作，連接筋長度為1 m，連接筋環向間距為50 cm。

4.4 下臺階開挖

仍然采取人工鑿挖法開挖，ZLC50裝載機出渣，將每循環進尺控制在0.8～1.2 m。

4.5 架設豎支撐

豎支撐采用I16工字鋼制作，將拱支撐落腳在豎支撐上，拱支撐與豎支撐之間采用鋼板進行焊接。在進行豎支撐安裝時要保證豎支撐與拱支撐之間鋼筋的焊接質量。豎支撐安裝到位及時焊接連接筋，連接筋采用φ25鋼筋制作，連接筋長度為1 m，連接筋環向間距為50 cm。

4.6 小導管施工

由于覆蓋層巖層松散，無膠結，開挖洞段形成后的側壓力較大，容易產生邊墻失穩現象。為保證側墻第一次支護的安全，需對側墻進行固結灌漿處理，采用通過自鉆式φ42小導管進行灌漿的方法，小導管長度L=3 m，間排距為1 m×1 m，梅花形布置，灌漿施工工藝同洞口灌漿。

4.7 鎖腳錨桿

普通鎖腳錨桿在一定程度上起著固定拱腳的作用。由于覆蓋層無法成孔,采用普通錨桿無法施工,因此，鎖腳錨桿選用φ27自進式錨桿，長度為3 m，將露出部位的長度控制在20～30 cm，將露出部位與鋼拱架的拱腳焊接牢固。

4.8 掛網噴混凝土

每循環及時進行掛網噴護支護，以確保施工人員的安全。

4.8.1 鋼筋網的安裝

鋼筋網采用φ8鋼筋制作，間排距為15 cm×15 cm，鋼筋網和拱架及連接筋之間通過焊接連接，將鋼筋網鋪設在縱向連接筋與開挖線之間，并隨受噴面的起伏順開挖面進行鋪設，與實際開挖面的間隙不大于3 cm，同時將鋼筋網通過焊接與鋼拱架連接為整體。

4.8.2 噴C25混凝土

混凝土噴護厚度為20 cm，噴射混凝土面必須保證其平整，將整個第一次支護的受力骨架覆蓋，使第一次支護形成一個受力的整體。必要時，應在混凝土中加入適量的鋼纖維，以增強混凝土的柔性強度。

5 結 語

龍洞水電站廠房系統排風洞洞挖施工通過邊坡開挖支護、復雜地質條件平洞臺階分區施工、超前小導管注漿、超前管棚等技術的綜合運用，解決了崩坡堆積體不良地質段隧洞的掘進施工，該工程的施工工藝和工程措施，為同類不良地質條件下的隧洞施工提供了寶貴經驗。