超長特大導流洞洞室爆破開挖施工方法

周 東 平， 王 存 成， 羅 文 君

(1.華電金沙江上游水電開發有限公司拉哇分公司，四川 巴塘 627650；2.中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810000)

1 概 況

拉哇水電站位于金沙江水電基地川藏界河上，是金沙江上游水電13級開發中的第8級，屬一等大(Ⅰ)型工程。電站樞紐主要由混凝土面板堆石壩、右岸溢洪洞、右岸泄洪放空洞、右岸地下廠房等建筑物組成，總裝機容量2 000 MW。

該導流洞工程為目前國內在建隧洞最長、規模最大、洞徑最大的導流洞洞室群工程。具有洞身軸線長、斷面尺寸大、漸變段多(進口矩形漸變城門洞型、圓拱形變矩形、矩形變圓拱形)、與周邊建筑物空間位置關系復雜的特點。

大壩施工采用隧洞導流方式，兩條導流隧洞平行布置在右岸，洞軸線中心距35 m。①導流隧洞長度2 189.823 m，標準凈斷面尺寸為17 m×19 m(寬×高)，襯砌厚度0.5～3.5 m；②導流隧洞長度2 266.33 m，弧門閘室上游洞段凈斷面尺寸為7.5 m×8 m(寬×高)，下游洞段標準凈斷面尺寸為7 m×15 m(寬×高)，襯砌厚度0.5～3 m。導流洞洞身段埋深介于60～1 000 m，主要處于大理巖(Ptxna-2)和角閃片巖(Ptxna-1)地層，巖層產狀總體上為N10°～60°W，SW∠35°～50°，圍巖穩定性整體較好，洞內以滴狀滲水為主。

2 施工布置

地下工程施工機械化、自動化、智能化等科學技術不斷創新提升，地下工程逐漸向規模集群化、超長特大化、施工條件復雜化等方向發展[1]，對地下工程施工要求越來越高。

導流洞工程施工組織嚴格遵循“開挖為先導，支護為重點”的施工原則，采取支洞控制，分區、分段、分層相對獨立的工作面組織施工，整體按照“先上層光面爆破貫通(含擴挖)、中層梯段預裂、底板光面爆破的‘錯距’方式進行”。閘室井均采取反井鉆擴挖工藝。

導流洞系統錨桿利用多臂鉆鉆孔，人工輔助反鏟改裝臺車安設。噴射混凝土采用機械臂濕噴臺車，噴射混凝土集中廠拌，混凝土罐車拉運。鋼筋網片利用支護臺車現場安設，鋼支撐采用工廠提前加工成型現場拼裝。導流洞洞室通風排煙結合支洞布置，采取壓入式為主、吸入式為輔通風。

2.1 施工通道布置

結合導流洞設計布置特點，支洞多點設置為規劃設計亮點，可有效形成多面均衡施工。導流洞支洞分上岔洞和下岔洞，共計8條支洞，支洞長度97～370 m，縱向坡度均不大于8%。各支洞凈空尺寸7.5 m×6.5 m(寬×高，城門洞)，支洞之間洞室控制長度400～700 m。施工支洞布置見圖1。

圖1 施工支洞布置圖

2.2 施工“四管”布置

洞內通風管、排水管、供風管、供水管及照明、動力供電線“四管兩線”兩側布置和架設，安裝順直、整齊。供風、供水、排污管按照“供風在上、排污在下，供水居中”的原則架設。

導流洞施工供風采取集中供風站，供風以電動固定式、移動式空壓機為主。洞內供風主管路采用DN200的焊接鋼管；供風管路末端距離工作面60～100 m與風包連接，并采用耐高壓Φ80 mm膠管與用風設備聯通。

供水主要采用鋼制10 m3集水箱和加壓泵通過沿洞壁敷設的DN150的主供水管供應，用法蘭連接；供水管路末端距離工作面60～100 m與水包連接，并采用耐高壓Φ50 mm膠管與用水設備聯通。

施工排水主要采取洞間隔布置積水沉渣坑、潛污泵抽取，經洞壁設置DN150焊接鋼管排至洞外沉淀池，經沉淀處理后主要用于路面降塵。工作面設置小型潛污泵，采用耐高壓Φ50～Φ100 mm膠管抽排至集水坑。

2.3 施工“兩線”布置

照明線路及動力線纜“兩線”與“四管”相同，分兩側布置。動力電線懸掛高度：400 V時大于2.5 m，10 kV時大于3.5 m控制；按照“高壓在上、低壓在下，干線在上、支線在下，動力線在上、照明線在下”架設。

洞外系統供電線路采用鋼芯鋁絞線架空線路，洞內采用鎧裝240 mm鋁芯電纜，采用TN-S供電系統，三級配電。變壓器分二期建設，以確保供電質量。一期在各支洞洞口附近布置，二期在一期基礎上利用支洞側壁擴挖區布置；變壓器至工作面供電距離按500 m控制。

2.4 施工通風布置

導流洞洞室通風排煙以壓入式為主、吸入式為輔通風。通風設備選用大功率軸流風機，主通風管路選用直徑Φ1.5 m的光面尼龍風帶，支通風管路選用直徑Φ1 m的光面尼龍風帶，風帶按距離作業面50m控制。風帶沿隧洞拱肩頂部靠壁敷設，沿隧洞縱向設置1道Φ6 mm鋼筋作為吊繩，環向選用Φ5 mm鋼絲繩與吊繩可靠連接。每條支洞作業面設置軸流風機壓入，中部設置軸流風機由洞內壓出，增加洞內空氣流速。

3 爆破開挖施工

3.1 分段分區組織施工

導流洞洞身段采用支洞控制分段、分區[2]，同斷面分層，形成相對獨立的工作面組織施工。①導流洞和②導流洞弧門閘室下游洞段開挖支護整體按照先上層光面爆破貫通(含擴挖)，中層梯段預裂爆破，底板光面爆破的“錯距”方式進行。②導流洞弧門閘室上游洞段預留底板保護層，以分層全斷面爆破開挖為主。

3.2 爆破開挖分層

爆破分層高度以施工機械設備發揮最優性能來決定，①導流洞除閘室銜接洞段外，其余分三層五區[3]組織施工，上層高度控制在8.5 m，上層開挖后拱肩以下凈空距離按3 m控制。閘室銜接段分四層組織施工，①導流洞洞身爆破開挖典型分層見圖2。②導流洞弧門閘室上游段分2層爆破施工，下游段分三層爆破施工，上、中層高度控制在6.5～10.5 m，底板預留2 m保護層。

圖2 ①導流洞洞身爆破開挖典型分層圖

3.3 施工總體方法

①導流洞上層和預留底板保護層區采用手風鉆鉆孔，光面爆破技術施工。中層主要以D9液壓鉆機鉆孔，梯段以預裂爆破為主，其中①導流洞上層掘進方式采用中導洞超前和兩側光面爆破擴挖跟進鉆爆法作業[4]，部分洞段采用半幅分區、半幅先行和半幅跟進的方式掘進。②導流洞各層區采用光面爆破施工。中導先行兩側擴挖方式的優點：適應性強，不良圍巖段相對安全；半幅分區、半幅先行優點：能夠及時形成設計體型進行圍巖系統支護，針對圍巖突變洞段現場適應性強的特點，坍塌風險較高。

施工測量及放樣采用TCR802及TS06型，精度1′，各層區工作面石渣裝運采用斗容4 m3的側卸裝載機和2 m3及以上液壓反鏟輔助25 t自卸車。各層區光面爆破選用φ32 mm的②巖石乳化炸藥，中層梯段爆破選用φ32 mm和φ70 mm的2號巖石乳化炸藥。

3.4 施工爆破參數

①、②導流洞光面爆破均采取楔形掏槽布孔，周邊孔距均為50 cm，爆破孔間排距0.6～1 m，周邊孔線裝藥密度250 g/m，Ⅲ類圍巖洞段單循環掘進進尺4 m，Ⅳ類圍巖2 m控制。

①導流洞上層中導洞分區光面爆破施工參數見表1。

①導流洞洞身中層梯段爆破預裂孔采用100E潛孔鉆機，采用Φ48 mm腳手架管搭設鉆架控制，孔徑76 mm；主爆破采用液壓鉆機鉆孔，孔徑90 mm。預裂孔間距0.8 m，主爆孔間距2.5 m×2.5 m或3 m×2 m,緩沖孔間距1～1.5 m，孔距2 m。預裂孔線裝藥密度350 g/m。①導流洞中層梯段施工爆破參數見表2。

3.5 施工爆破網絡

3.5.1 上層中導洞開挖爆破

①導流洞上層中導分區采用光面爆破技術，典型爆破網絡見圖3。②導流洞分區全斷面施工參照執行。

3.5.2 中層梯段開挖爆破

①導流洞中層開挖采用臺階梯段預裂爆破技術[5]。爆破10 m一段，緩沖孔及主爆孔孔內均設置M15段非電毫秒雷管，爆破網絡采用孔內延時微差毫秒起爆網絡，預裂孔內及聯網均采用導爆索。①導流洞中層分區爆破網絡見圖4。

3.5.3 導流洞掏槽設計

①導流洞上層中導洞和左右分半幅開挖及②導流洞I區全斷面開挖爆破均采取楔形掏槽。通過實踐證明，掏槽孔角度一般介于60°～70°，大角度掏槽效果較好，中導洞掏槽及上層半幅掏槽孔布置見圖5(a為中導洞掏槽布置圖；b為上層半幅掏槽布置圖)。

表1 ①導流洞上層中導洞分區光面爆破施工參數

表2 ①導流洞中層梯段施工爆破參數

圖3 典型爆破網絡圖

4 結 語

該本程導流洞是國內在建隧洞最長、規模最大、洞徑最大的導流洞洞室群工程，如何實現導流洞洞室群快速高質量開挖貫通，對實現2021年導流洞正式過流和大江截流目標至關重要。拉哇超長、特大導流洞洞室群洞通過設計布置多條施工通道，合理劃分施工作業段，形成相對獨立的多工作面施工。洞內采用“兩線”及“四管”等施工輔助設施的標準化布置，結合圍巖、施工機械特性等劃分合理爆破作業區，以“開挖為先導，支護為重點”的原則，選擇適宜的爆破參數，充分發揮了大型作業機械設備鉆孔和出渣的性能。安全監測選擇Ⅳ類及以上、斷層影響帶不良地質洞段拱頂變形量和支護結構應力為重點監測項目,通過監測數據動態調整設計及施工參數。該電站的導流洞洞室群施工總歷時24個月，于2021年11月27日正式過流。導流洞群開挖質量可控，實現了導流洞快速高質量建設目標，被評為質量樣板工程。超長特大導流洞洞室爆破開挖施工，對推動規模集群化、超長特大化、施工條件復雜化等洞室工程施工技術發展，為同類工程提供經驗具有重要意義。

圖4 ①導流洞中層分區爆破網絡圖

圖5 中導洞掏槽及上層半幅掏槽孔布置