湖北白蓮河抽水蓄能電站尾水工程下庫出（進）水口擴散段開挖施工

摘 要：湖北白蓮河抽水蓄能電站輸水系統尾水工程下庫出（進）水口擴散段，洞高13m～16m，開挖高程EL68～EL84，單洞進口跨度13m，出口跨度26.6m，為長方形漸變段，屬特大斷面隧洞。該部位爆破開挖時采用“內外側上導洞開挖（先外后內）、中間上部擴挖、下部中導洞開挖和下部內外側擴挖”的施工方法。根據圍巖地質條件，確定施工程序、支護方法和爆破參數等，實現了該部位安全施工生產并確保了施工質量。

關鍵詞：白蓮河抽水蓄能電站；尾水工程；擴散段；導洞；爆破開挖

1 工程概況及工程地質

1.1 工程概況

白蓮河抽水蓄能電站位于湖北省黃岡市羅田縣白蓮河鄉境內，白蓮河水庫右壩頭上游側。電站輸水系統尾水工程下庫出（進）水口共布置2條尾水隧洞，擴散段隧洞布置于尾水閘門井后，斜長25.375m，樁號K0+16～K0+36.919，洞高13m～16m，開挖高程EL68～EL84，單洞進口跨度13m，出口跨度26.6m，為長方形漸變段，屬特大斷面隧洞，對開挖、支護的要求很高。主要工程量見下表1：

表1 主要工程量表

石方開挖 Φ25鋼筋錨桿 噴錨砼C25

（m3） L=4.5m（根） L=5m（根） L=9m（根） （m3）

12673 218 110 110 203

1.2 工程地質

尾水隧洞地面高程為開挖后的EL111平臺，隧洞埋深約30m。基巖以灰白色中細粒花崗巖為主，出口段及部分斷層帶兩側分布有肉紅色細粒花崗巖，局部段為含氣孔狀花崗巖，從已開挖尾水洞段和下庫出（進）水口基坑看，巖體總的特征是斷層及節理裂隙發育，F8斷層穿過，且汛期滲水嚴重。巖體除局部呈次塊狀結構外，大多呈鑲嵌～碎裂結構，結構面產狀以NE和NW方向為主，斷層帶一般無膠結，節理大部分充填泥膜或1～5mm的泥。沿勘探平洞洞壁統計的巖體巖石質量指標RQD（Rock Quality Designation）值大多在20%～50%之間。結構面走向以NE和NW方向為主，巖體RQD值較低。圍巖類別以Ⅲ類為主。

2 施工綜述

2.1 施工布置

施工用風、水、電利用已布置的管線直接延伸至工作面，并隨此處開挖逐段移設。因洞內開挖支護早已經完成，同時又采用從外側向內施工的方法，內外場地開闊通風條件較好，不需要輔助通風設備，因此采用自然通風散煙。

2.2 開挖施工流程

鎖口錨桿施工→上層導洞開挖、支護→上層擴挖、支護→下層中導洞開挖→下層擴挖、支護。

3 擴散段開挖施工技術措施

由于擴散段洞室斷面跨度較大，加之工期緊、任務重，為確保整個工程的安全度汛，同時保證工程開挖施工安全及質量，提高開挖的進度，根據圍巖地質條件，本次開挖采用斷面分部分層的開挖方式。

3.1 擴散段開挖圖

3.1.1 擴散段開挖程序圖（圖1）

3.1.2 擴散段平面圖（圖2）

3.2 擴散段開挖施工方案

3.2.1 內外側上導洞施工（先外后內）

上層開挖采用上導洞先行，待導洞貫通后再進行擴挖。在導洞開挖前，首先進行鎖口錨桿的施工，根據設計圖紙 要求，在距離開挖斷面0.5m、1.5m的位置施工2排Ф28，L=9.0m的鎖口錨桿。導洞開挖尺寸為9m×9m，頂部開挖到位，采用中間錐形掏槽、周邊光面爆破的施工方法。掏槽孔采用圓錐形布孔，孔深350cm，孔距30cm；其它爆破孔深300cm，孔排距為80cm～100cm，周邊孔間距為50cm。爆破孔全部采用φ32乳化炸藥進行裝藥，堵長為80～120cm；周邊光爆孔藥卷綁在竹片上，底孔裝一只φ32藥卷，其它采用半節φ25藥卷間隔35cm裝藥；采用非電雷管進行引爆。爆破擬定單耗為0.80～0.95kg/m3，最大單響控制在20kg以內。

導洞完成后，對開挖成形部位及時按設計支護形式進行錨桿支護和掛網噴混凝土，并根據圍巖情況在開挖之前進行超前錨桿支護和采取中空系列有壓錨桿支護，使圍巖形成自承載圈，確保圍巖自身穩定。

3.2.2 上層擴挖

上層擴挖時以靠近導洞一側的爆破為臨空面，開挖結構面采用光面爆破，光爆孔孔深300cm，孔距50cm，其余爆破孔孔深300cm，孔距100～120cm；爆破時采用非電雷管進行引爆，堵長80～120cm，爆破單耗擬定為0.50～0.65kg/m3。最大單響控制在20kg以內。開挖完成后，按設計支護形式進行頂部錨桿施工。

3.2.3 下層中導洞開挖

下部中導洞開挖尺寸寬9m，底部到位；爆破孔深300cm，孔距100～120cm；底板采用光面爆破，孔距50cm；爆破時采用非電雷管進行引爆，堵長80cm，爆破單耗擬定為0.50～0.70kg/m3。

3.2.4下層擴挖

兩側邊墻擴挖時，爆破孔深300cm，孔距100～120cm，周邊采用預裂，孔距50cm，預裂孔藥卷綁在竹片上，底孔裝一只φ32藥卷，其它采用半節φ25藥卷間隔25cm裝藥，堵長80cm；采用非電雷管進行引爆。爆破擬定單耗為0.50～0.65kg/m3。最大單響控制在20kg以內。開挖后應立即按設計支護形式對邊墻進行錨桿和掛網噴混凝土施工。

對穿預應力錨索施工部位在內側完成擴挖后，根據地質條件適當增加隨機錨桿支護并完成掛網噴混凝土施工，當兩條洞室都具備工作面時再進行施工。

出渣采用PC220液壓挖掘機配合一臺ZL40C側卸裝載機裝渣，15T、20T自卸運輸車出渣，PC220挖機清理掌子面松渣及處理安全。

圖1 擴散段開挖施工程序示意圖

（高程單位：m；長度單位：mm）

圖2 尾水隧洞擴散段平面圖與剖面圖

（高程單位：m； 長度單位：mm）

3.3 擴散段爆破參數表

表2 擴散段爆破參數

3.4 爆破控制

在施工過程中除對混凝土表面進行保護外，要嚴格控制爆破震動對混凝土的震動破壞，避免出現裂縫等質量缺陷。根據《水利水電工程施工手冊土石方工程》及《爆破安全規程實施手冊》進行爆破安全距離計算，新澆混凝土爆破震動安全距離R：

R—爆破震動安全距離m，指爆源點中心到被保護對象之間的距離；K—爆破點到計算保護對象之間的地形、地質條件有關的系數，由于該段巖石較堅硬、裂隙發育等地質原因，結合該部位實際開挖情況和建筑物結構進行綜合分析，K取40；v—質點震動速度cm/s，該部位混凝土28d達到設計強度，混凝土允許震動波速度為19cm/s；α—衰減系數，由于該部位巖石節理、裂隙發育等地質因素進行綜合分析，α取2.0；Q—炸藥量kg，齊發爆破總藥量或最大一段爆破總藥量，根據巖塞開挖爆破設計圖，最大單響藥量為24kg。

由此計算得新澆混凝土爆破震動安全距離

由于新澆混凝土距爆源點的最小距離為5m大于允許爆破震動安全距離4.19m，在施工過程中嚴格按照爆破設計進行孔深、裝藥量、裝藥結構及爆破網絡控制，可以確保混凝土質量、安全，爆破震動對新澆混凝土無影響。

3.5 支護施工

支護形式主要施工砂漿錨桿、預應力錨桿、同時進行網噴混凝土等。支護與開挖面距離，對于Ⅱ、Ⅲ類圍巖其間距可滯后于掌子面15～20m跟進交叉作業；因該部位地質條件較好，同時為了提高施工進度，避免頻繁的交叉作業帶來的不利影響，除對局部危巖進行隨機支護及時封閉外，支護一般放在一個開挖階段完成后統一進行。錨桿、噴砼等工序施工嚴格按照相關個規范進行性。不良地質段施工時，加強圍巖變形監測，采取預注漿、超前錨桿和錨噴支護等聯合處理措施，確保圍巖穩定和施工安全。

4 結語

本次擴散段開挖技術方案，經實踐證明是可行的。本方案不僅保證了尾水工程擴散段的順利施工，也為其他大斷面隧洞擴挖工程的施工提供參考。針對大斷面隧洞擴挖施工，特提出以下建議：

4.1 施工過程中，應根據設計提供的地質資料和開挖揭示出的巖類性質，在試驗的基礎上，進行孔位布置、周密設計和合理的鉆爆參數控制，盡量減小對圍巖的破壞，確保洞挖質量。事實證明，輸水系統洞挖遵循“新奧法”的光爆、噴錨、量測三大原則，施工就能順利進行。

4.2 對于特大斷面洞室開挖，采用“先導洞后擴挖”的施工工藝較合適。 可以顯著提高炮孔利用率，增大循環進尺。由于導洞作為較好的臨空面，炮孔利用率可以達到95%以上，單循環進尺可以達到3m。同時節約火工材料單位消耗量，提高經濟效益。

4.3 光面爆破是采用了對圍巖擾動最小的1種掘進方法，不僅可避免過多的超欠挖，且有利于巖壁的平整度，減少襯砌工程量，保護了圍巖，這也是新奧法的基本原則之一。但光面爆破應根據不同地質條件及時調整有關參數，才能獲得較好的效果。

4.4 對于特大洞室開挖采用，多層多導洞施工，增加了洞室施工的工作面，比傳統施工方法提高了工作效率，加快了施工進度，保證工程施工任務安全順利完成，保證了工程工期，同時由于技術方案的科學合理，取得了較好的經濟效益。

作者簡介：張偉（1981- ），男，本科，專業農業水利工程，工程師，從事水利工程管理。

圖2 尾水隧洞擴散段平面圖與剖面圖

（高程單位：m； 長度單位：mm）

3.3 擴散段爆破參數表

表2 擴散段爆破參數

3.4 爆破控制

在施工過程中除對混凝土表面進行保護外，要嚴格控制爆破震動對混凝土的震動破壞，避免出現裂縫等質量缺陷。根據《水利水電工程施工手冊土石方工程》及《爆破安全規程實施手冊》進行爆破安全距離計算，新澆混凝土爆破震動安全距離R：

R—爆破震動安全距離m，指爆源點中心到被保護對象之間的距離；K—爆破點到計算保護對象之間的地形、地質條件有關的系數，由于該段巖石較堅硬、裂隙發育等地質原因，結合該部位實際開挖情況和建筑物結構進行綜合分析，K取40；v—質點震動速度cm/s，該部位混凝土28d達到設計強度，混凝土允許震動波速度為19cm/s；α—衰減系數，由于該部位巖石節理、裂隙發育等地質因素進行綜合分析，α取2.0；Q—炸藥量kg，齊發爆破總藥量或最大一段爆破總藥量，根據巖塞開挖爆破設計圖，最大單響藥量為24kg。

由此計算得新澆混凝土爆破震動安全距離

由于新澆混凝土距爆源點的最小距離為5m大于允許爆破震動安全距離4.19m，在施工過程中嚴格按照爆破設計進行孔深、裝藥量、裝藥結構及爆破網絡控制，可以確保混凝土質量、安全，爆破震動對新澆混凝土無影響。

3.5 支護施工

支護形式主要施工砂漿錨桿、預應力錨桿、同時進行網噴混凝土等。支護與開挖面距離，對于Ⅱ、Ⅲ類圍巖其間距可滯后于掌子面15～20m跟進交叉作業；因該部位地質條件較好，同時為了提高施工進度，避免頻繁的交叉作業帶來的不利影響，除對局部危巖進行隨機支護及時封閉外，支護一般放在一個開挖階段完成后統一進行。錨桿、噴砼等工序施工嚴格按照相關個規范進行性。不良地質段施工時，加強圍巖變形監測，采取預注漿、超前錨桿和錨噴支護等聯合處理措施，確保圍巖穩定和施工安全。

4 結語

本次擴散段開挖技術方案，經實踐證明是可行的。本方案不僅保證了尾水工程擴散段的順利施工，也為其他大斷面隧洞擴挖工程的施工提供參考。針對大斷面隧洞擴挖施工，特提出以下建議：

4.1 施工過程中，應根據設計提供的地質資料和開挖揭示出的巖類性質，在試驗的基礎上，進行孔位布置、周密設計和合理的鉆爆參數控制，盡量減小對圍巖的破壞，確保洞挖質量。事實證明，輸水系統洞挖遵循“新奧法”的光爆、噴錨、量測三大原則，施工就能順利進行。

4.2 對于特大斷面洞室開挖，采用“先導洞后擴挖”的施工工藝較合適。 可以顯著提高炮孔利用率，增大循環進尺。由于導洞作為較好的臨空面，炮孔利用率可以達到95%以上，單循環進尺可以達到3m。同時節約火工材料單位消耗量，提高經濟效益。

4.3 光面爆破是采用了對圍巖擾動最小的1種掘進方法，不僅可避免過多的超欠挖，且有利于巖壁的平整度，減少襯砌工程量，保護了圍巖，這也是新奧法的基本原則之一。但光面爆破應根據不同地質條件及時調整有關參數，才能獲得較好的效果。

4.4 對于特大洞室開挖采用，多層多導洞施工，增加了洞室施工的工作面，比傳統施工方法提高了工作效率，加快了施工進度，保證工程施工任務安全順利完成，保證了工程工期，同時由于技術方案的科學合理，取得了較好的經濟效益。

作者簡介：張偉（1981- ），男，本科，專業農業水利工程，工程師，從事水利工程管理。

圖2 尾水隧洞擴散段平面圖與剖面圖

（高程單位：m； 長度單位：mm）

3.3 擴散段爆破參數表

表2 擴散段爆破參數

3.4 爆破控制

在施工過程中除對混凝土表面進行保護外，要嚴格控制爆破震動對混凝土的震動破壞，避免出現裂縫等質量缺陷。根據《水利水電工程施工手冊土石方工程》及《爆破安全規程實施手冊》進行爆破安全距離計算，新澆混凝土爆破震動安全距離R：

R—爆破震動安全距離m，指爆源點中心到被保護對象之間的距離；K—爆破點到計算保護對象之間的地形、地質條件有關的系數，由于該段巖石較堅硬、裂隙發育等地質原因，結合該部位實際開挖情況和建筑物結構進行綜合分析，K取40；v—質點震動速度cm/s，該部位混凝土28d達到設計強度，混凝土允許震動波速度為19cm/s；α—衰減系數，由于該部位巖石節理、裂隙發育等地質因素進行綜合分析，α取2.0；Q—炸藥量kg，齊發爆破總藥量或最大一段爆破總藥量，根據巖塞開挖爆破設計圖，最大單響藥量為24kg。

由此計算得新澆混凝土爆破震動安全距離

由于新澆混凝土距爆源點的最小距離為5m大于允許爆破震動安全距離4.19m，在施工過程中嚴格按照爆破設計進行孔深、裝藥量、裝藥結構及爆破網絡控制，可以確保混凝土質量、安全，爆破震動對新澆混凝土無影響。

3.5 支護施工

支護形式主要施工砂漿錨桿、預應力錨桿、同時進行網噴混凝土等。支護與開挖面距離，對于Ⅱ、Ⅲ類圍巖其間距可滯后于掌子面15～20m跟進交叉作業；因該部位地質條件較好，同時為了提高施工進度，避免頻繁的交叉作業帶來的不利影響，除對局部危巖進行隨機支護及時封閉外，支護一般放在一個開挖階段完成后統一進行。錨桿、噴砼等工序施工嚴格按照相關個規范進行性。不良地質段施工時，加強圍巖變形監測，采取預注漿、超前錨桿和錨噴支護等聯合處理措施，確保圍巖穩定和施工安全。

4 結語

本次擴散段開挖技術方案，經實踐證明是可行的。本方案不僅保證了尾水工程擴散段的順利施工，也為其他大斷面隧洞擴挖工程的施工提供參考。針對大斷面隧洞擴挖施工，特提出以下建議：

4.1 施工過程中，應根據設計提供的地質資料和開挖揭示出的巖類性質，在試驗的基礎上，進行孔位布置、周密設計和合理的鉆爆參數控制，盡量減小對圍巖的破壞，確保洞挖質量。事實證明，輸水系統洞挖遵循“新奧法”的光爆、噴錨、量測三大原則，施工就能順利進行。

4.2 對于特大斷面洞室開挖，采用“先導洞后擴挖”的施工工藝較合適。 可以顯著提高炮孔利用率，增大循環進尺。由于導洞作為較好的臨空面，炮孔利用率可以達到95%以上，單循環進尺可以達到3m。同時節約火工材料單位消耗量，提高經濟效益。

4.3 光面爆破是采用了對圍巖擾動最小的1種掘進方法，不僅可避免過多的超欠挖，且有利于巖壁的平整度，減少襯砌工程量，保護了圍巖，這也是新奧法的基本原則之一。但光面爆破應根據不同地質條件及時調整有關參數，才能獲得較好的效果。

4.4 對于特大洞室開挖采用，多層多導洞施工，增加了洞室施工的工作面，比傳統施工方法提高了工作效率，加快了施工進度，保證工程施工任務安全順利完成，保證了工程工期，同時由于技術方案的科學合理，取得了較好的經濟效益。

作者簡介：張偉（1981- ），男，本科，專業農業水利工程，工程師，從事水利工程管理。