白鶴灘水電站泄洪洞龍落尾開挖支護關鍵技術

田　洪，　康 建 榮，　甄 耀 祖，　楊　波，　彭 培 龍

(中國水利水電第五工程局有限公司 第五分局，四川 成都　610225)

白鶴灘水電站泄洪洞龍落尾開挖支護關鍵技術

田洪，康 建 榮，甄 耀 祖，楊波，彭 培 龍

(中國水利水電第五工程局有限公司 第五分局，四川 成都610225)

摘要：白鶴灘水電站泄洪洞龍落尾段斷層、錯動帶分布廣泛，巖體破碎，地質條件復雜，龍落尾開挖具有施工通道布置困難、安全隱患大、通風散煙難、開挖工期長等特點。從開挖方案、質量安全保障措施等方面介紹了泄洪洞龍落尾開挖支護施工采用的關鍵技術，對類似工程具有指導意義。

關鍵詞：白鶴灘水電站；泄洪洞龍落尾；開挖；關鍵技術

1工程概述

白鶴灘水電站位于金沙江下游四川省寧南縣和云南省巧家縣境內，上游距烏東德壩址約182 km，下游距溪洛渡水電站約 195 km。電站總裝機容量為 16 000 MW，樞紐工程主要由混凝土雙曲拱壩、二道壩及水墊塘、泄洪洞、引水發電系統等建筑物組成，泄洪洞龍落尾由渥奇曲線段、斜坡段、反弧段、下平段組成，最大斷面尺寸為17.1 m×18 m。泄洪洞平面布置情況見圖1。

龍落尾段上覆巖體厚度約為26～110 m，主

圖1　白鶴灘水電站泄洪洞平面布置示意圖

要穿過P2β21、P2β14、P2β13、P2β12、P2β11層斜斑玄武巖、含灰巖角礫(集塊)玄武巖、玄武質碎屑砂巖、微晶玄武巖等微風化～新鮮巖體，斷層平均發育密度約為0.5條/10 m。圍巖以次塊狀和塊狀結構為主，部分為鑲嵌結構，圍巖類別以Ⅲ1類為主，Ⅱ類次之，少量為Ⅲ2類，斷層及其影響帶范圍內的圍巖類別為Ⅳ類，Ⅲ1、Ⅲ2類圍巖整體穩定，局部穩定性較差，Ⅳ類圍巖穩定性差。

2施工難點

(1)泄洪洞龍落尾上接上平段，由渥奇曲線、斜坡段、反弧段、下平段組成，每條泄洪洞均布置3個摻氣坎，開挖斷面突變較多，因此，對于龍落尾的開挖，其結構體型控制是難點。

(2)受施工條件限制，僅能布置上、中、下三條施工支洞，同時每條泄洪洞龍落尾斜坡段坡比為1∶4，既不能滿足自然溜渣要求，也不能滿足輪胎式設備的通行，在斜坡段局部地方的開挖需進行多次倒渣。

(3)由于泄洪洞龍落尾段采用分多層進行開挖的方式，單工作面開挖強度低，其資源組織與協調是難點。

(4)泄洪洞龍落尾段斷層、錯動帶分布廣泛，巖體破碎，開挖安全風險較大，開挖質量控制是其重點。

(5)施工支洞洞口距離開挖工作面較遠、通風距離較長，洞內通風排煙是其難點。

3施工布置

3.1施工通道

結合泄洪洞龍落尾設計結構體型及現場邊界條件，龍落尾的開挖共規劃上、中、下3條施工支洞作為開挖通道。上通道由泄洪洞上平段第I層開挖支護完成后形成，主要滿足渥奇曲線段及斜坡段部分洞段的開挖支護需求；中通道為布置在中部的2#施工支洞，主要滿足斜坡段開挖支護需求；下通道從現有的506#公路接入，主要滿足龍落尾反弧段的開挖支護需求。各施工支洞開挖斷面均為8 m×7 m,城門洞型，最大縱坡8%，采用25 cm厚C20混凝土硬化。

3.2施工用的風水電

風水電設備的配置根據施工需求計算得出，風水管線沿施工通道規范布置，應確保其安全可靠。由于各交通洞進洞口距離龍落尾開挖工作面較遠且彎道較多，通風散煙是龍落尾開挖支護的一大難點，尤其是中層通道作業面。該工程主要選用SD-Ⅱ-125、SD-Ⅱ-112以及AVH180.132進口風機，且將風機布置在各通道進洞口。

4所采用的施工關鍵技術

4.1施工分層及程序

龍落尾為整個泄洪洞工程的重點、難點、關鍵線路項目，主要表現在其結構體型復雜多變，測量放線難度大；地質條件差，安全隱患大；作業面施工強度低，施工資源協調組織要求高等幾個方面。為保證后續施工難度更大的混凝土襯砌有充足的施工工期，龍落尾的開挖及支護工作宜早不宜遲，因此，制定合理的施工程序是龍落尾施工的關鍵。

4.1.1施工的分區與分層

泄洪洞龍落尾段具有曲線復雜、高差大的特點。在綜合考慮施工通道布置、資源配置、工期要求等因素后確定，沿軸線方向總體分8個斜層開挖，即渥奇曲線段(Ⅰ、Ⅱ層)、斜坡段(Ⅲ、Ⅳ層)、反弧段及下平段(Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ層)，在斷面上分3層進行開挖，具體開挖支護分層情況見圖2(以3#龍落尾為例)。

圖2　泄洪洞龍落尾分層示意圖

4.1.2施工程序

泄洪洞龍落尾分3個工作面進行開挖，分別為上平段工作面、中層施工支洞工作面、下層施工支洞工作面。上平段第一層開挖結束后，利用上平段第一層做為施工通道，依次進行渥奇曲線段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ層的開挖，Ⅲ層開挖結束后利用已開挖完成的洞段作為施工通道進行后Ⅳ-1層的開挖直至與中層施工支洞開挖的工作面相貫通；當中層施工支洞貫通后首先向下游半幅進行開挖至Ⅲ層分層底板上，然后向上游進行Ⅲ層的開挖，直至與上平段工作面貫通；待下層施工支洞具備施工條件后向下游開挖中導洞爬坡至Ⅵ層開挖分層底板上，首先向出口方向將Ⅵ層開挖至出洞口，然后反向壓頂向上游方向將Ⅵ層剩余的部分開挖完成。待Ⅵ層開挖結束后一次性地進行施工支洞下游側Ⅶ、Ⅷ層的開挖。具體施工程序見圖3(以3#龍落尾為例)。

4.2施工方案

龍落尾段在斷面上分3層進行開挖支護，每層的開挖爆破參數根據不同巖性通過爆破試驗確定。

(1)上層根據不同部位的特點采用中導洞先行、兩側擴挖跟進、整體呈“品”字型推進，或分左右兩幅進行開挖， YT28手風鉆造孔，周邊輪廓光面爆破，Ⅱ、Ⅲ類圍巖開挖進尺不大于3.5 m， Ⅳ

圖3　泄洪洞龍落尾開挖支護施工程序圖

類圍巖及斷層裂隙破碎段開挖進尺不大于2 m。其中渥奇曲線及反弧線段分層線為曲線，開挖高度不斷變化，每循環的開挖過程均需進行樁號、高程的測量并計算出下一循環的具體開挖尺寸。因中層開挖需要采用100Y型潛孔鉆進行邊墻預裂，故在邊墻部位需提前預留25 cm技術超挖值，為中層預裂提供鉆孔空間。系統支護及時跟進，錨噴支護采用三臂鉆造孔、汽車吊配合人工插桿注漿、濕噴臺車噴混凝土、型鋼臺車配合人工掛鋼筋網。

(2)上層開挖支護結束、形成明挖臨空面后即可適時分工作面分段進行中層、保護層的開挖。中層開挖采用100Y型潛孔鉆機進行邊墻預裂鉆孔、D7或CM351高風壓鉆機進行梯段爆破鉆孔。中層梯段爆破循環進尺按照8～11 m控制，中層邊墻預裂鉆孔應超前梯段爆破2～3個循環形成流水作業以提高工效。摻氣坎洞段需完成上層摻氣坎槽挖后再進行中層開挖。

(3)下層為底板保護層，厚2 m,采用YT28氣腿式風鉆鉆水平孔進行底板光面爆破。

4.3質量控制措施

4.3.1測量放樣

控制網測量采用全站儀，周邊光爆開孔點測放后，每間隔一個孔在開孔點后方4 m處測放一個方向控制點，在起拱、頂拱中心部位增設一個方向控制點以確保造孔控制精度。對于渥奇曲線段和反弧段，每個孔在開孔線后方2～3 m處加密布置方向控制點。

4.3.2鉆爆施工

(1)造孔。

造孔作業實行定人、定機、定孔“三定”制度，開鉆前進行測量放線交底。首先，要求經驗豐富的鉆工根據后視點造好第一個基準孔，控制好基準孔的上下方向與角度，然后采用“插桿”作為基準造其它的周邊孔；其次，測量兩孔口間的距離，再對比開孔鉆桿與插入鉆桿的距離，并使兩距離保持相等，從而保證鉆孔的平行；最后，采用插桿法檢查鉆孔質量。對于中層邊墻預裂孔，搭設潛孔鉆樣架控制鉆孔角度，樣架結構形式見圖4。

(2)裝藥及聯網。

裝藥前，用風水沖洗炮孔，分片、分區由專人負責裝藥。周邊孔按爆破設計要求用小藥卷捆綁于竹片上間隔裝藥，插藥入孔時還應注意藥卷的方向，竹片應靠洞室輪廓線一側；爆破網絡非電雷管段數應符合爆破設計要求，聯網時雷管標簽要外露以便檢查；裝藥、聯網檢查實行“四證”(《準鉆證》、《鉆孔合格證》、《準爆證》、《爆后檢查證》)和“五表”(《測量放樣成果表》、《鉆工責任分區圖表》、《鉆孔質量檢查表》、《裝藥聯網檢查表》、《開挖爆破界面質量檢查統計表》)制度。

4.3.3系統支護

泄洪洞龍落尾支護程序為：超前支護→隨機支護→初噴混凝土→系統短錨桿→系統長錨桿→掛網鋼筋→復噴混凝土。Ⅱ、Ⅲ類圍巖系統支護滯后開挖掌子面≤30 m、Ⅳ類圍巖系統支護緊跟開挖掌子面。

(1)錨桿支護。

① 造錨桿孔：測量人員使用全站儀按照設計支護圖紙逐孔放樣，根據錨桿類型用紅油漆用以不同的圖案標識。采用三臂鉆造孔，插標桿檢查、校正孔位偏差和孔向偏差，鉆孔完畢及時噴水清孔。

② 砂漿拌制：砂漿拌制現場實行“五個一”制

圖4　泄洪洞龍落尾中層邊墻預裂鉆孔樣架結構示意圖

度(一套稠度儀，一臺電子稱，大、小量杯各一個，一個配合比牌)；砂漿拌制過程中，必須嚴格按照先放砂，再放水泥、最后放水的順序進行投放，特別需要注意減水劑應按用量先加入盛水桶中，在與水攪拌均勻后隨加水時一起加入，砂漿稠度須滿足設計要求。

③ 錨桿安裝：錨桿安裝前，用鉛絲可靠綁扎注漿管及回漿管且保證管路順直、通暢；錨桿長度≥4 m時，沿長度方向每隔3 m焊接對中支架(至少3個)；錨桿安裝采用汽車吊配合人工進行，安裝時桿體對中插入，防止造成錨桿彎折，錨桿安裝完成后及時采用錨固劑對錨桿孔進行嚴密封堵。

④ 錨桿注漿：注漿過程全過程旁站，對每一盤砂漿的稠度進行檢測。注漿前，先將注漿機的注漿管與錨桿的進漿管用塑料管接頭對接嚴密、確保不漏漿并先打水試驗；注漿時，在外露回漿管外懸掛裝滿水的礦泉水瓶，以判斷注漿是否飽滿(注漿時有氣泡冒出則說明注漿尚未飽滿，若無氣泡冒出或有漿液冒出則說明注漿飽滿)；注漿結束后，將進漿管、回漿管彎曲后進行綁扎以防止漿液在未凝固前流出。

(2)預應力錨桿支護。

預應力錨桿采用“二次注漿”工藝進行施工。錨桿張拉采用扭力扳手進行，具體步驟為：先在手柄上設定好設計扭矩值所對應的刻度，然后扭動扳手開始張拉，當施加的扭矩達到設定值時，扳手會發出“咔嗒”的聲響，然后根據張拉分級要求調整扭力扳手對應值進行下級張拉直至張拉結束。

(3)噴射混凝土施工。

噴射混凝土順序嚴格遵守“先下后上，先墻后頂，先凹后凸”的原則施工；噴嘴與受噴面應基本垂直，并始終保持0.6～1 m的距離；噴射作業的操作手必須技術熟練，噴射面應平整、無夾層，不能出現鼓皮、剝落、局部空洞及流淌等現象；噴層終凝2 h后，及時進行噴水養護且養護時間不得小于14 d。

4.4安全控制措施

結合龍落尾工程特點及施工方案進行分析后得知：危險項目主要有圍巖坍塌、爆破飛石、爆破振動、爆破粉塵、有害氣體、高處墜落、機械傷害及觸電傷害等。

4.4.1超前地質預報

泄洪洞龍落尾段地質條件復雜，因此，超前地質預報工作就顯得尤為重要。采用超前水平鉆孔、紅外線探水儀、地質雷達或直流電法等超前探測手段摸清掌子面前的圍巖狀況，以便制訂相應的應對安全技術措施。當開挖后圍巖自穩時間不能滿足支護要求時，應先采取打設超前錨桿、超前注漿小導管等措施預加固圍巖，然后再實施開挖。

4.4.2施工安全監測

做好現場巡視檢查和洞室收斂監測工作。收斂點的布置及觀測頻次按照規范或設計要求進行。該工程采用非接觸式收斂監測技術進行安全監測，該方法能夠減少大跨度洞室施工中位移量測的困難，并可解決傳統的接觸量測中量測數據無法正確反映洞室的偏壓變形、整體下沉的狀態等問題，同時具有設站靈活、施工干擾小、量測精度高等優點，能夠及時快速掌握圍巖是否變形，從而為調整開挖支護方法提供數據支撐。

4.4.3爆破安全措施

(1)通過現場爆破試驗選擇合理的爆破參數、爆破微差起爆時間間隔，確保炸藥均勻地分布在被爆巖體中，防止能量過于集中，減小爆破對圍巖的擾動。

(2)每次放炮后，應進行全方位的安全檢查并清除危石、浮石，若發現非撬挖所能排除的險情時，應果斷采取其他措施進行處理。進行洞內安全處理時，應設專人監護，隨時觀察險石動態。

4.4.4特殊部位施工采取的安全措施

(1) 斷層破碎帶開挖。

開挖過程中，應根據圍巖特性控制開挖進尺，并對局部不穩定部位增設隨機錨桿，對控制穩定的軟弱結構面采取錨筋束(錨筋樁)或預應力錨索加固并將其伸入到完整的巖體中維護圍巖穩定。在松散、軟弱破碎的巖體中開挖洞室時，盡量減少對圍巖的擾動，先護后挖、邊挖邊護或先對巖體進行加固后再實施開挖。

(2)對塌方及較大裂隙采取的處理措施。

洞內發生塌方或遇到較大裂隙時，應及時查明塌方原因及其規模、規律，提出相應的措施迅速處理，防止塌方范圍的延伸和擴大。塌方及較大裂隙段施工應采用以下措施：

① 先用鋼支撐加固好端部未破壞的支護或巖體，再采用永久與臨時相結合的支護方式進行事故段的加固處理。

② 塌落物未將洞室堵塞時，應先支護頂部，再清除石渣。

③ 塌落物將洞室堵塞時，宜采用小導管加注漿或頂注漿等方法進行加固，然后按邊開挖、邊支護的方法施工。

④ 有地下水存在時，宜先治水后再進行塌方的處理。

(3)不穩定塊體的處理。

針對開挖過程中的不穩定塊體，首先應考慮進行加固，不得強行進行清除，以免造成更大范圍的塌方。但須保證加固支護作業時塊體不崩落，塊體加固支護可采用長錨桿、鋼支撐等方式。

5結語

白鶴灘水電站泄洪洞龍落尾從2015年5月開始開挖，目前已完成了30%左右的開挖工程量，按照文中制定的開挖程序、開挖方法及質量、安全措施進行施工，工程進度、質量、安全受控。筆者通過施工實踐，總結出了一定的經驗與不足供類似工程參考：

(1)龍落尾施工分上、中、下三個作業面進行開挖總體布局合理，但中層施工支洞靠近龍落尾開挖底板(下支洞)，存在一定缺陷。進行支洞上部洞身開挖時，對相鄰龍落尾交通通行影響較大， 建議類似工程在設置支洞時考慮設置成上支洞更為合理。

(2)龍落尾開挖分層需充分考慮鉆爆設備與支護設備(多臂鉆、濕噴臺車)的最小作業空間，只有這樣，才能保證支護的及時性。

(3)龍落尾開挖的特點為“慢工出細活”。不可冒進追求開挖進度，要以支護促開挖，具備條件時應盡量多創造工作面，各作業面的開挖、支護循序漸進，減少資源閑置情況。

(4)該工程龍落尾段的開挖通風散煙問題為其另一個難點，尤其是上坡洞段，左右導洞轉序反向開挖時，通風散煙耗時長，施工環境相對較差。盡早完成上部通風豎井開挖或增設短小通風平洞可有效改善施工環境，進而提高施工效率。

參考文獻：

[1]水工建筑物地下工程開挖施工技術規范，DL-T 5099-2011[S].

[2]爆破安全規程，GB6722-2014[S].

[3]水電水利工程爆破施工技術規范,DL/T5135-2001[S].

[4]水電水利工程錨噴支護施工規范,DL/T5181-2003[S].

[5]水電水利工程錨桿無損檢測規程,DL/T5424-2009[S].

收稿日期:2016-04-06

中圖分類號:TV7;TV554;TV52

文獻標識碼:B

文章編號:1001-2184(2016)03-0006-05

作者簡介:

田洪(1981-)，男，四川簡陽人，項目總工程師，工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

康建榮(1979-)，男，甘肅天水人，五分局副分局長兼白鶴灘泄洪洞項目部項目經理，高級工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

甄耀祖(1981-)，男，甘肅天水人，項目副總工程師，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

楊波(1981-)，男，四川自貢人，項目副經理，工程師，從事水利水電工程施工技術與質量管理工作；

彭培龍(1988-)，男，河南許昌人，助理工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)