泸定水电站3号泄洪洞出洞开挖支护

李 越，范 萍，赵龙飞

（中国葛洲坝集团三峡分公司泸定水电站施工项目部，四川 泸定 626100）

1 工程概况

泸定水电站3号泄洪洞为城门洞形，全长1 432.139 m，纵坡为2.772%。其出口31 m岩塞洞段设计断面尺寸为16.8 m×21.3 m （宽×高），属于特大断面洞室开挖。

有关地质资料显示，泸定水电站3号泄洪洞出口洞段岩性为闪长岩，裂隙发育，岩体主要为强风化、强卸荷，并发育多组不利结构面组合及挤压破碎带，围岩总体Ⅳ类偏差，局部为Ⅴ类，边坡自稳能力差。受此不利因素影响，前期在进行洞脸边坡开挖过程中其边坡曾多次发生不同程度的垮塌，垮塌后泄洪洞出口段洞顶左上方的最小岩体覆盖厚度仅约10 m。因此，在此种工况下出洞存在重大安全隐患。

2 3号泄洪洞出洞施工方案

为了确保施工安全，出洞采用了 “洞脸加固、洞身固结、导洞分层开挖”的综合出洞方案。即，在3号泄洪洞出口31 m岩塞段开挖前，需先做好出口边坡左侧塌方区的加固，洞脸边坡的锁口和加固以及岩塞段上游100 m洞身的预固结灌浆等工作。

上述工作完成后，按照上、中、下3层进行3号泄洪洞洞身出口段开挖 （见图1）。其中，上层采用导洞法开挖；中层采取中间抽槽两侧边墙光面控制爆破跟进的开挖方法；下层开挖时底板预留1～2.5 m保护层，保护层使用气腿式风钻水平造孔，光面爆破开挖。

2.1 出洞前准备工作

（1）洞脸边坡加固。由于垂直3号泄洪洞洞轴线左侧的坍塌外露岩体为强风化且极其破碎，采用普通方式支护效果有限；同时，考虑到下步3号泄洪洞出洞实际情况及为加强边坡的浅层整体性，除按设计图纸对3号泄洪洞洞脸边坡1 317.5～1 375.0 m高程间采取锚索与框格梁相结合的形式进行加固处理外，为加强边坡岩体的整体性并进一步解决出洞前的偏压问题，对3号泄洪洞出口洞脸20 m高边坡范围内采取预固结灌浆和塌方区贴坡混凝土处理。其中，灌浆孔入岩10.0 m，间排距3 m。为发挥最大凝固效果，灌浆施工按自下而上的顺序进行。

图1 3号泄洪洞出洞施工工艺流程

（2）洞脸锁口支护：①3号泄洪洞出口1 311 m高程以上锁口采用3排直径28 mm、长9.0 m（外露10 cm）的锚杆，仰角5°，环向间距1.0m。第一排锁口锚杆与开挖轮廓线的距离为1.0 m，二、三排锁口锚杆间距为1.5 m。②为确保出洞开挖洞脸段稳定性，另在距离设计开挖轮廓线上方80 cm，布置1排大管棚。管棚采用直径140 mm，壁厚5 mm、长12 m无缝钢管，环向间距80 cm，仰角5°左右。钢管前段加工成尖锥形便于安装，管壁四周每隔50 cm钻1个直径10 mm小孔，小孔交错布置,管棚注浆采用水灰比1∶1纯水泥浆，浆液中掺入5%SW早强剂，以减少待凝时间，注浆压力0.3 MP。

（3）预固结灌浆。为保证洞内靠近出口段已开挖成形洞段的安全稳定及出洞安全，对3号泄洪洞洞身出口31 m范围在混凝土衬砌前进行预固结灌浆，灌浆压力以不破坏已支护拱圈及边坡已喷混凝土为原则。灌浆分3次进行：第一次为出洞前的预固结灌浆，其灌浆范围为洞内K1+400～K1+423段上层；第二次为上层开挖、支护完成后的预固结灌浆，其灌浆范围为K1+423～K1+431.139段上层；第三、四次分别为K1+423～K1+431.139段中、下层开挖支护完成后的预固结灌浆。预固结灌浆孔径50 mm，孔深入岩10 m，间排距3.0 m。钻孔方向应与开挖面保持垂直，钻孔孔位偏差不大于10 cm，孔斜不大于2%。

（4）贴坡混凝土施工。3号泄洪洞出口洞脸在锁口锚杆及预固结灌浆施工完成后对其进行洞脸的帖坡混凝土施工。本次贴坡混凝土右侧与边坡相连，左侧与塌方区的贴坡混凝土相连，使其形成整体。为保证贴坡混凝土与设计的结构混凝土相结合，1 313.00～1 316.700 m高程间贴坡混凝土采用C40混凝土，1 316.7 m高程以上贴坡混凝土采用C20混凝土，其贴坡混凝土厚度为50 cm，面层布置1层钢筋网，其钢筋规格为φ20＠20 cm×20 cm。

2.2 3号泄洪洞出洞开挖施工

（1）上层开挖施工。上层开挖高度7.4 m，采取先导洞后扩挖开挖方式施工。根据现场实际并结合地质情况，同时也考虑到装载机出渣及挖机的排险方便性，导洞开挖断面尺寸定为4.0 m×4.0 m（高×宽），导洞由内向外进行施工，扩挖由洞外向洞内施工。钻爆设计工艺参数如下：①主爆破孔、掏槽孔、周边孔孔径均为42 mm，均采用气腿钻造孔，掏槽形式为楔形复式掏槽。开挖进尺每循环不超过1.5 m。②导洞和扩挖周边孔孔距均为40 cm。③主爆破孔孔距为0.7～0.9 m。④周边孔采用不耦合间隔装药结构，炸药选用2号岩石乳化炸药 （规格φ32 mm、200 g±3 g），单孔装药0.2 kg。装药时首先用小刀将整节药卷分成3段，导爆索插入周边孔最底部药卷反向折起后，将其和药卷用胶带一起绑在竹片上，竹片靠近岩体光爆一侧，周边孔炮孔底部药量约100 g，第2、3段药量约为1/4节药卷的药量，每节药卷间隔30 cm。掏槽孔和主爆破孔采用不耦合连续装药结构。掏槽孔装药0.723 kg；主爆破孔装药0.567 kg。导洞钻爆设计见图2，上层扩挖钻爆设计见图3。

图2 3号泄洪洞上层导洞钻爆设计（尺寸单位：cm）

图3 3号泄洪洞出洞上层扩挖钻爆设计（尺寸单位：cm）

（2）中层开挖施工。中层开挖高度9 m，先中部抽槽，两侧预留至少3.0 m的水平光爆保护层。钻爆设计工艺参数如下：①主爆孔采用快速钻造孔，孔径80 mm，间排距2.4 m×2.0 m，钻孔深度9.2 m，炸药为乳化炸药，药卷直径70 mm，不偶合连续装药。②边墙主爆破孔气腿钻造孔，孔径42 mm，孔距0.9～1.2 m，孔深3 m，药卷直径32 mm，连续装药。③边墙光爆孔用气腿钻造孔，孔径42 mm，孔距40 cm，孔深3 m，药卷直径32 mm，不耦合间隔装药。中层开挖抽槽钻爆设计见图4，中层边墙保护层开挖钻爆设计见图5。

图4 3号泄洪洞中层抽槽钻爆设计（尺寸单位：cm）

图5 3号泄洪洞中层边墙保护侧开挖钻爆设计（尺寸单位：cm）

（3）下层开挖。下层开挖高度为5.2m，开挖方法和钻孔参数同中层开挖。

2.3 3号泄洪洞出洞支护施工

（1）钢格栅支护。钢隔栅断面为30 cm×30 cm正方形，立柱主筋采用φ28螺纹钢，箍筋和蛇形筋采用φ25螺纹钢。3号泄洪洞出洞开挖采用钢隔栅临时支护，间距50 cm。上层开挖拱圆弧段钢格栅按照均匀受力的原理，将顶拱圆弧段均匀分为3节加固制作，钢隔栅断面边长为30 cm正方形，主筋为φ28的螺纹钢，箍筋和蛇形筋为φ25的螺纹钢，节与节之间采用螺栓对接后焊牢固。为增强钢格栅的整体稳定性，将钢格栅与锁脚锚杆外露部分 （30 cm）焊接成U形。其中：顶拱圆弧段锁脚锚杆为直径28 mm、长6 m的螺纹钢；边墙直线段锁脚锚杆为直径32 mm、长9 m的螺纹钢。每榀钢格栅之间布设直径为28 mm的纵向连接钢筋，环向间距1 m。

（2）挂网喷锚。钢格栅装完后，挂φ6.5@20 cm×20 cm钢筋网，后用C25混凝土将钢格栅喷平。

（3）系统锚杆施工。上述工作完成后，按设计图纸要求，采用系统锚杆进行加强支护，锚杆规格为直径28 mm、长6 m和直径32 mm、长9 m两种，间排距1.5 m，交错布置。

3 结语

泸定水电站3号泄洪洞出洞施工中，除按设计图纸要求进行系统锚杆等支护外，采取上述综合措施，克服了地质缺陷及塌方形成的偏压等不利因素影响，安全实现贯通，确保了工期目标的实现。