高地應力條件下地下交叉洞室開挖施工技術應用

李國棟 朱海亞 李小利

摘要：隨著能源和水資源的不斷開發，水電工程的發電引水系統大多采用埋藏式地下洞群結構且處于高山峽谷的環境中。施工過程中時常受到高地應力的影響，安全風險較大。文章通過高低應力條件下地下交叉洞室開挖施工技術的應用，減小安全隱患，為類似在高地應力條件下地下交叉洞室開挖的設計、施工提供借鑒經驗。

關鍵詞：高地應力;地下交叉洞室;開挖施工技術;水電工程;發電引水系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU452 文章編號：1009-2374（2016）04-0041-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.04.021

1 工程概況

雅礱江兩河口水電站為雅礱江中、下游的“龍頭”水庫，位于四川省甘孜州雅江縣境內的雅礱江干流上。進廠交通洞為雅礱江兩河口水電站重要組成部分，與4#隧道公路平交（樁號：K6+400.00），喇叭口形式布置形式。本標段工程進廠交通洞全長130.0m，斷面結構尺寸為29.37×8.60～12.94×8.60（漸變段），馬蹄形結構。布置具體詳見圖1所示：

2 地質條件

進廠交通洞上覆巖體厚度大，最大厚度約578m。出露地層巖性為T3lh2（3）、T3lh2（4）、T3lh2（5）層粉砂質板巖與絹云母板巖。巖體微風化～新鮮，無卸荷，薄層狀～互層狀結構，隧洞圍巖以Ⅲ2類為主，洞室圍巖局部穩定性差。交通洞主要Ⅲ級結構面為f13、f14、f27、f28、f29、f17等順層展布的斷層，斷層走向與洞向大角度相交，有利于圍巖整體穩定;圍巖局部穩定主要受Ⅳ、Ⅴ級結構面不利組合影響。另外，交通洞埋深大，巖體地應力高，基巖裂隙水局部具承壓性，施工中應重視對高地應力、地下水及有害氣體的預防和處理。

3 總體施工方案確定

對于面臨高地應力條下地下洞室開挖存在安全風險，針對本工程特點，采取“先預防后開挖，及時加強支護”的技術措施：先施工應力釋放孔，避免應力集中而出現巖爆現象，然后結合進廠交通洞的特點分別采用“先中導洞，然后分區開挖成型”。

4 施工技術應用及處理流程

高地應力條件下洞室開挖施工技術應用及處理流程詳見表1：

5 施工方法

5.1 預防措施

提前安排專業地質工程師地質預報。在極易發生巖爆洞及拱腰部位，爆破開挖鉆孔前采用YT-28手風鉆施工10～20個應力釋放孔，深度6m、直徑42mm。應力釋放孔為空孔，施工完成后對孔內注水，避免應力集中而出現巖爆現象。

5.2 爆破施工

結合進廠交通特點，該隧洞屬于漸變洞段，采取“先中導洞，然后分區爆破開挖成型”的方式施工，以減小爆破對高地應力巖體的影響。其分區及施工順序詳見圖2所示：

5.2.1 爆破孔布置。

周邊孔：孔距以10～15d（d為孔徑，為42mm）控制，最小抵抗線與孔距之比控制在1.0～1.3之間。

掏槽孔：布置于中導洞（Ⅰ區）的斷面中部。

崩落孔：按等間距布置，最小抵抗線與孔距之比控制在1.0～1.2之間。

5.2.2 爆破參數。利用戈斯帕揚公式計算得出Ⅲ類圍巖爆破單位巖體消耗0.965kg的2#乳化炸藥。（JC）0+000.00～（JC）0+030.00洞段分區開挖斷面面積均大于20m2，故采用譯波爾建議公式計算炮孔數量：

式中：、為由巖體可爆程度確定的系數，本工程隧洞圍巖屬中等可爆，取=30.9，=1.00，根據公路隧洞斷面面積計算得炮孔總數。

對于掏槽孔采用Φ32mm藥卷，裝藥系數取0.7～0.85;崩落孔采用Φ32mm藥卷，裝藥系數取0.5～0.8;為保證光爆效果，周邊孔采用Φ25mm藥卷，并采用間隔裝藥結構。

5.2.3 爆破網絡連接。爆破網絡：采用塑料導爆管串聯和并聯形成爆破網絡，以毫秒延發雷管實現微差爆破。

炮孔堵塞長度一般在0.7～1.0抵抗線之間，堵塞材料選用黃泥和砂子的均勻混合料或巖屑混合物。

5.3 危險源處理

爆破施工完成后，立即將施工機械設備撤離至安全區域內，采用高壓冷水噴灑以降低巖石的脆性從而減弱巖爆強度，同時對發生巖爆的區域加強機械設備及人工配合鋼釬排險，待安全隱患清除后，進入下一道支護作業。

5.4 支護施工

高地應力條件下地下交叉洞室開挖成型盡可少巖層暴露的時間，減少巖爆的發生。開挖爆破完成后及時對出現巖爆的區域加強支護，支護結構形式見圖3所示：

開挖完成待巖爆處于穩定期后開展系統錨桿和掛網支護作業，并根據具體實際情況進行錨噴作業。支護結構形式：系統錨桿+掛網+噴射混凝土，局部圍巖裂隙發育部位錨桿方向根據現場圍巖裂隙的產狀調整，使之與不利裂隙面大角度相交，一般系統錨桿方向與開挖作業面垂直，必要時增設型鋼拱架。系統支護參數及結構布置見圖4所示：

6 安全監測

系統支護完成后加強巖爆洞段監測工作，通過對圍巖和支護結構的現場觀察和洞拱頂下沉、收斂變化，定量預測滯后發生的深部沖擊型巖爆，用于指導后續洞段開挖和支護的施工，以確保安全。安全監測數據分析見表2所示：

7 結語

通過高地應力條件下地下交叉洞室開挖施工技術在雅礱江兩河口水電站工程中的成功應用，施工過程中降低了安全風險，有效減少了安全隱患，保證工程順利開展，值得在類似高地應力條件下地下交叉洞室開挖設計和施工中推廣應用。

（責任編輯：陳 潔）