南溝門水庫引水發電洞施工技術要點

師 航，李增強，薛 健

（延安南溝門水利樞紐工程有限責任公司，陜西 延安 716000）

1 工程概況

南溝門水庫引水發電洞工程具備兩個功能，一是作為電站廠房發電的引水建筑物，二是作為南線供水管線的輸水建筑物。工程布置在大壩右岸，導流泄洪洞進口上游側。出口洞軸線距黃延3053線路024桿水平距離72 m，垂直距離57.3 m，距黃富線1154線路桿水平距離123 m，垂直距離81.7 m。隧洞洞身長1317.6 m，由進口放水塔、右岸配電室、出口閘室段、消力池、匯流池和退水渠等組成。隧洞設計流量為9.0 m3/s，洞內設計流速2.48 m/s。開挖最大洞徑為R=1.55 m，襯砌成型洞徑R=1.1 m，圓形斷面，縱坡為i=3.2∶100和i=1∶1000。根據不同的圍巖類別采用不同的開挖支護型式和襯砌型式。全斷面采用C25鋼筋混凝土襯砌，隧洞圍巖為Ⅲ類、Ⅳ類,襯砌厚度均為0.35 m。

2 施工工藝

2.1 爆破參數

引水發電洞爆破設計，采用全斷面鉆爆開挖方式，手風鉆鉆孔，人工裝藥，非電毫秒位差導爆管起爆。爆破設計原則為：①盡量減少或避免爆破對周圍建筑物安全的影響；②保證開挖邊坡的平整及完整，保證建基面不受破壞；③爆破石渣的塊度應適合機械操作，滿足高強度機械化施工的需要；④滿足總進度工期需要，符合設計技術文件有關規程規范要求。炮孔布置及爆破參數見圖1、表1。

根據爆破安全要求，從爆源至被保護對象之間的安全距離，按爆破地震、空氣沖擊波和個別飛石等各種爆破效應分別核定。由于洞口朝向河道，且處于低位，此處以高壓線桿和民房為被保護對象，不再對空氣沖擊波和個別飛石進行核定，僅對爆破地震波質點震動速度和安全距離進行核定。

圖1 炮孔布置圖

表1 全斷面爆破參數表

2.1.1 爆破質點震動速度

爆破地震波的安全判據主要為爆破質點震動速度，爆破地震波的強弱采用質點震動參數表示。質點震動參數指介質質點受到爆破地震擾動時圍繞平衡位置作震動的量，質點震動速度的計算公式為：

式中：v為質點震動速度，cm/s；Q為炸藥量（取每循環總藥量30.05 kg），kg；R為藥包至震動點的距離（高壓桿取72 m，民房取90m），m；K為與爆破點到計算保護對象間的地形、地址條件有關的參數，取200；a為衰減指數，取1.5。

以上參數分別代入公式中計算出高壓桿處震動速度為1.79 cm/s，民房處震動速度為1.28 cm/s。根據《水利水電工程施工手冊》土石方工程分冊中P88頁，關于爆破震動安全容許標準可知：一般民房的安全運行振速不超過2 cm/s,鋼筋混凝土結構不超過3 cm/s，因此爆破不會對民房和高壓桿基礎產生實質性危害。

2.1.2 爆破震動安全允許距離

以爆破震動安全允許振速計算爆破安全允許距離，計算公式為：

式中符號意義與質點震動速度公式一致。將一般民房的安全運行振速不超過2 cm/s，鋼筋混凝土結構不超過3 cm/s，求的安全允許距離為67 m和51 m。既對于一次爆破裝藥30.05 kg而言，67 m外的房屋和51 m外的高壓桿均處于安全允許距離外。

在以上計算中，被保護對象的安全允許振速均取最小值，同時起爆藥量按一次起爆計算，而實際開挖時分4段起爆，因此從計算角度留有充足的安全余地。

2.2 隧洞開挖

2.2.1 進口鎖口施工

進口洞口采用超前錨桿加洞臉噴錨方案，在洞口設計開挖線25 cm上布置三層Φ25（L=3 m）砂漿錨桿，間排距0.3 m×0.3 m梅花型布置，錨桿上傾15°，外漏15 cm。鎖口錨桿范圍內鋪設Φ6@200 mm×200 mm鋼筋網噴射15 cm厚C20砼。進口段采用“小藥量、短進尺、快支護、安全成洞”施工方法，光面爆破，每循環進尺控制在1.0 m～1.5 m。進口段系統錨桿和噴錨支護及時跟進。進洞10 m～15 m，頂拱120°范圍內采用Φ25（L=3 m）超前砂漿錨桿加強支護。

2.2.2 出口管棚支護施工

隧洞出口施工和由中水十五局承建的“電站廠房工程”施工處于交叉和干擾，洞頂以上為電站廠區高邊坡（高36 m）施工范圍，高邊坡開挖和支護同步進行中。隧洞出口圍巖為Ⅳ類，巖體比較破碎，為強風化砂、泥（頁）巖互層。鑒于以上兩個原因，為保證進出洞施工安全，出口采用超前管棚進行支護。使用無縫鋼管（Φ76 mm、壁厚4 mm、長6 m），深入巖石5 m，外漏1 m作明拱。明拱采用14#工字鋼，支撐間距0.5 m。管壁上布置50 cm梅花型Φ6 mm壓漿孔，便于漿液滲出。采用100 D淺孔鉆造孔，鉆頭直接90 mm。

2.2.3 出口段施工

由于隧洞出口離村莊較近，附件村民對夜間爆破施工多次提出異議和阻擋。為了保證施工質量和進度，同時為了避免夜間擾民，在施工工藝上采取“短進尺、少藥量、若爆破”的方案，進洞前200 m每次掘進控制在0.8 m～1.2 m，超過200m按正常爆破參數進行爆破施工；在時間節點上22:00～06:00之間禁止放炮，每天夜間鄰近22:00前進行爆破，有效的利用夜間禁止爆破時間，進行出渣和后續的爆破造孔等工序。通過工藝控制和合理的施工組織，既滿足了村民的愿景，又以最快的速度保證了施工進度。

2.2.4 跨南溝段施工

在整個隧洞開挖中，跨南溝段為最危險且難度最高，加強跨南溝段隧洞開挖支護方式，是施工中必須考慮的技術問題。在開挖過程中，引0+220-0+275段隧洞圍巖為泥巖與砂巖互層，洞頂有線狀滲水，地質判斷為Ⅳ類圍巖。考慮該段為跨南溝段，洞頂覆蓋巖層較薄且承擔渣場的棄渣荷載，同時考慮滲水引起的局部坍塌，參見各方討論該段隧洞的開挖支護問題。最終確定Ⅳ類圍巖按Ⅴ類圍巖的設計支護方式進行加強支護，確保開挖的安全。

2.2.5 出渣方案

隧洞開挖成型為直徑2.9 m圓形斷面，洞底為弧形且斷面尺寸狹小，一般大中型機械無法進入洞內作業。在開挖過程中，利用開挖的爆破石渣，給洞底板鋪設30 cm開挖石渣，一者可給運輸設備形成平坦路面，二者可以保護洞底板。石渣用扒渣機運輸至機動三輪，由三輪運輸至洞口，待石渣集中后再由裝載機鏟裝至自卸汽車運輸至指定南溝棄渣場。

2.3 混凝土襯砌措施

2.3.1 模板選用

建設時對洞內選擇怎么樣的模板型式進行了對比，一是針梁臺車，優點是混凝土外觀質量有保證且支模快，缺點是造價高，狹小空間移動不方便；二是小型鋼模和木模組合模板，優點是造價低，缺點是施工支模緩慢，外觀易錯臺。經過比較和優化，在通用斷面內，最終模板采用定型組合鋼模板，一個斷面為4塊模板拼裝，每節長度為1.5 m，共6節。模板加固采用14#鋼拱進行加固，鋼拱間距為75 cm。根據施工總進度要求鋼模選用2套，進出口各1套。漸變段、反弧段、弧形段均采用滿堂架支撐鋼木組合模板，襯砌長度3 m～5 m。在側墻和頂拱砼設置45 cm×45 cm梅花型入倉口，在底拱和頂拱布置4臺平板振搗器。入倉混凝土應左右均衡（兩側高差小于50 cm），及時振搗，防止鋼模移位。

2.3.2 混凝土運輸

由于斷面小，混凝土罐車無法進入洞內工作面，特制混凝土罐車成本又很大，而且利用率低。經過綜合衡量，運輸方案采用罐車、三輪車、溜槽和泵車組合的運輸方式。用4 m3混凝土罐車運至洞口，進口砼采用塔吊或溜槽垂直運輸至洞口，三輪車運至作業面入泵，人工配合二次攪拌，最后由HBT30-1408混凝土泵入倉。隧洞底部為砂泥巖互層，遇水軟化，三輪運輸混凝土過程中出現顛簸，易造成混凝土離析，且運輸速度緩慢。為此將一次澆筑成型調整為兩次成型，第一次用C15素砼澆筑設計尺寸外底板超挖部分，為三輪車形成堅硬的洞內運輸路面，有效解決一次成型方案中混凝土的離析問題，且提高了混凝土的運輸速度，確保了澆筑的質量。

2.4 固結灌漿施工

2.4.1 出口段灌漿補強

整個洞身按設計進行了常規性的灌漿施工，鑒于引水發電洞是壓力隧洞，且給下游用水企業延安煉油廠和石化廠供水不可中斷，本著科學性、合理性和準確性，為保證整個隧洞的灌漿效果，特別是對出口閘室附近，電站廠房邊坡出口段隧洞，進行設計外的補強灌漿，以保證運行安全。參見各方共同商議確定，在洞身出口1+1317.6-1+1302.6樁號段15 m范圍內，進行補充加強灌漿，防止在工程運行時，在靜水壓力的作用下，隧洞出口邊坡出現滲漏。補強灌漿方案為孔深3 m，間排拒1 m，與原設計中的孔距0.5 m，采用梅花型布置，灌漿壓力為0.6 MP。

2.4.2 砼貫通縫補強

在洞身樁號0+697、0+706處各有一道環項貫通縫，對隧洞以后的運行存在一定的質量安全隱患。經參加各方共同商議，在兩處貫通縫下游30cm處各增加一環固結灌漿孔，空位、孔深、孔距按設計圖紙。通過補強灌漿，對該部位存在的質量隱患進行消除，確保工程的質量和運行安全。

3 結語

2015年8月19日南溝門水利樞紐引水發電洞通過單位工程完工驗收，2016年6月1日投入使用，正式向延安煉油廠和石化廠供水。2018年7月25日，運行單位組織人員進洞查看隧洞運行情況。通過查看，混凝土襯砌結構完整，表面缺陷處理效果良好，金屬結構運行正常，局部倉位間施工縫有小量滲水。截止目前，整個單位工程投入運行3年多，運行正常，給樞紐發揮社會效益提供了有力保障。實踐證明，通過建設期的施工技術創新和質量把控，實際所采用的施工方案、技術措施和組織措施可靠，整個隧洞施工質量較好，開挖和襯砌措施合理，補強灌漿效果顯著。文中稱述的措施和方案，給同類型隧洞的施工提供技術和方案參與，提供施工和管理經驗。