大跨度调压室顶拱开挖支护施工技术

摘要：锦屏二级水电站上游调压室顶拱为渐变城门洞型，其最大开挖尺寸长宽高为49.5m*30m*15.25m；在整个调压室顶拱开挖支护过程中，为确保顶拱施工质量、安全及进度，根据现场实际情况，特对此大跨度调压室顶拱开挖支护进行了专项施工技术方案设计。

关键词：调压室顶拱开挖支护施工技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1前言

锦屏二级水电站4条引水隧洞末端各设有一座上游调压室，每座调压室主要由阻抗孔、调压室竖井、事故闸门布置有关的闸墩、闸门检修和启闭平台、闸门后通气孔、调压室底部分岔段等组成。锦屏二级上游调压室为目前世界最大的调压室洞室群。

工程区岩性为微风化T2y5-2花斑状大理岩，断层不发育，裂隙较发育，围岩较完整，局部较破碎，以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主，部分为Ⅳ类。

调压室顶拱开挖高程EL1696.25～1711.5，与交通洞相接高程EL1696.25，开挖断面为渐变城门洞形，开挖尺寸长49.5m，高15.25m，宽22.532～30m，锚喷支护，无混凝土衬砌。

因调压室顶拱开挖支护施工优良，2#、3#调压室顶拱在“创锦屏样板工程”过程中被发包人评为“锦屏A级样板工程”。

2顶拱开挖支护施工技术

2.1施工程序

调压室顶拱按照从1#～4#依次施工，每个上游调压室顶拱为渐变城门洞型；顶拱只进行锚喷支护，无混凝土衬砌，轮廓开挖质量要求高，顶拱跨度大，最大开挖跨度30m，开挖高度高 15.25m，为高跨度洞室开挖，施工难度及安全隐患大大。为确保顶拱开挖施工质量，加快施工进度，保证工程稳定和施工安全，针对该部位施工特点，调压室顶拱开挖支护按照两层、四区、六序进行施工。其中，Ⅰ区为中部导洞(宽8.5m)和中部顶拱保护层开挖支护；Ⅱ、Ⅲ区为左右两侧扩挖及支护，宽度分别为7.02m和3.73m；Ⅳ区为底部开挖及支护，宽为22.532～30m，根据新奥法施工原则，每层、每序开挖完后立即进行支护施工。顶拱开挖支护具体分层分块见图1。

图1调压室顶拱开挖分层分块图

2.2施工技术

2.2.1 ①序施工

在完成各调压室横向交通洞（8.5*7.35m）后进行调压室顶拱①序导洞开挖，导洞底板高程从EL1696.25爬升至EL1704.15后改为平洞开挖，利用自制施工钻爆平台配合手风钻钻孔，中间掏槽，周边光面爆破，爆破开挖的原则为弱爆破，在满足开挖质量效果的前提下，尽量采用弱爆破，减少单孔药量和最大单响药量，减少开挖爆破对周边围岩的影响。每循环进尺3m，装载机出渣，开挖过程中根据揭露围岩情况进行随机支护。

2.2.2②序施工

利用①序最后一茬炮的爆破渣料对①序导洞进行垫渣处理，利用自制平台配合手风钻钻孔，反向进行周边光面爆破，挖掘机配合装载机出渣，开挖过程中根据揭露围岩情况进行随机支护。为方便自制平台的移动，装载机一直在中导洞内，然而，为避免开挖爆破对装载机的破坏，特在每个调压室顶拱中导洞开挖完成后在上游侧端墙左侧或右侧向外开挖一个躲避洞（见图1所示）；爆破时，装载机开至上游侧端部躲避洞内避炮，在开挖过程中，在快开挖至下游侧端墙时，为避免爆破超挖现象，在顶拱下游侧端墙起点处先向上打垂直预裂孔，孔距为80cm，其孔内不装药，完后再进行②序最后一茬炮的爆破开挖施工。②序开挖完成后，为确保开挖后洞室稳定，立即进行系统锚杆、钢筋挂网等支护，调压室顶拱所用支护锚杆为机械涨壳式预应力中空注浆锚杆，其锚杆支护参数：Φ28，T=120KN，L=6m和Φ32，T=120KN，L=8m，钢筋网为Ф8@15cm*15cm。

机械涨壳式预应力中空注浆锚杆梅花型交错布置，间排距均为1.5m。因锚杆的特殊性，利用自制平台配合FJY25C圆盘钻造孔，根据锚杆直径大小，分别造Ф45mm和Ф55mm的锚杆孔，人工插杆张拉。其施工流程为：施工准备→测量放线→圆盘钻造孔→孔道清理→快速水泥砂浆找平→预应力中空锚杆安装→锚具安装及施加预应力→从注浆管关注水泥砂浆→密实度无损检测。

为保证机械涨壳式预应力中空注浆锚杆的施工质量，在锚杆施加预应力前扭力扳手必须经过率定校核无误后才能用于锚杆张拉施工。锚杆施工完成后，进行钢筋网制安。

2.2.3③序施工

待②序开挖支护施工完成后，开始进行③序降底板高程开挖施工，将中导洞开挖成型的地板高程开挖下降3.15m。完后进行两侧④⑤序施工。

2.2.4④⑤序施工

待③序施工完成后，从上游侧端墙向下游侧进行顶拱④⑤序开挖施工；施工中为避免超挖，在顶拱上游侧端墙终点处先向左右两侧打预裂孔，孔距为80cm，其孔内不装药，后进行第一茬开挖爆破施工，完后利用自制平台配合手风钻造孔，完后进行周边光面爆破，其每循环进尺3m挖掘机配合装载机出渣。

开挖完成后立即进行顶拱锚杆、钢筋挂网支护施工。由于④⑤序开挖完后，锚杆支护工程量较大，为提高工作效率，锚杆施工采用三臂钻造孔。为避免顶拱出露岩石带来的安全隐患，也为避免调压室顶拱开挖完后再进行支护施工带来的施工难度，因此，在完成锚杆及钢筋挂网后，立即采用湿喷台车进行上半层顶拱混凝土喷射施工。在④⑤序开挖过程中，上下游端墙开挖均预先垂直预裂孔后进行光面爆破开挖。

2.2.5⑥序施工

待④⑤序开挖支护全部完成后，利用自制钻爆平台配合手风钻造孔，先进行顶拱开挖周边预裂爆破，预裂孔间距为60cm，然后进行全断面光面爆破开挖施工。开挖完成后利用自制平台完成剩余锚杆支护，安装钢筋网，湿喷台车喷射混凝土。

3调压室顶拱支护施工特点

在调压室顶拱开挖过程中，因3#、4#调压室顶拱多处揭露出溶洞和岩溶裂隙，为保证3#调压室顶拱质量和安全，经多次与设计、监理沟通，针对顶拱岩溶段进行了加强支护，在顶拱沿顶拱断面增加布设3Ф28，@0.75m的钢筋肋拱，对原有的机械涨壳式中空注浆锚杆进行排间加密。对顶拱存在缓倾剪切结构面或存在局部掉块的地段，在原布置Ф8@15cm*15cm钢筋网的基础上，根据现场实际情况在顶拱新增布设Ф16@150cm*150cm与钢筋网、系统锚杆两两焊接的龙骨钢筋进行加强支护。同时，针对各调压室上游侧高边墙，为确保调压室顶拱及竖井安全稳定，对上游侧高边墙存在地质缺陷地段拟在原系统锚杆支护基础上排间加密支护，特别是4#调压室顶拱，因f7断层通过上游侧端墙，地质条件较差，为保证施工安全，在系统加强支护基础上布置了2排L=15m，T=1500kN，@4.0m*4.0m的压力分散型预应力锚索，取得了很好的支护效果。

由于调压室顶拱只进行锚喷支护，无混凝土衬砌，且混凝土喷护厚度为15cm，为避免后期因竖井开挖对调压室顶拱的影响，在原C25混凝土喷护基础上，还增加了10cm的CF30聚丙烯纳米钢纤维喷护，其总喷护厚度为25cm，其中聚丙烯微纤维的相关参数如下：抗拉强度≥450MPa，弹性模量≥3500MPa，断裂伸长率≤25%，长度≥12mm，参量为0.9kg/m。由于钢纤维喷射混凝土具有阻裂、增强和增韧作用，还可以提高混凝土的稳定性；同时，喷射纳米钢纤维混凝土，并结合与锚杆、钢筋网相结合使用，极大的改善了喷射混凝土的特性， 回弹量小、喷射厚度大、抗压强度高、凝结时间缩短、抗拉强度提高、与岩石的黏结强度提高以及改善施工环境等优点，使得调压室顶拱开挖支护工程质量得到保证，达到了理想的效果。

在在调压室顶拱开挖支护过程中，由于系列支护措施得到了很好的应用，确保了大跨度的调压室顶拱在无混凝土衬砌前提下的安全与稳定，这也为后期调压室竖井施工提供了安全保障，为“创锦屏A级样板工程”奠定了坚实基础。

4 变形监测数据

由于调压室竖井开挖断面太大，且顶拱只进行锚喷支护，无混凝土衬砌，为避免顶拱因各种原因出现变形所带来的安全隐患，同时，也为进一步了解顶拱开挖支护的效果，各调压室顶拱在一定位置布设了安全监测仪器，及时观察顶拱的安全稳定性，从而从侧面了解顶拱开挖支护施工各相关工艺、措施的质量和效果，为以后类似工程积累经验。调压室顶拱开挖支护完工已有3个月时间，变形监测数据显示顶拱变形量较小，这也从侧面说明，采用这一系列的施工工艺进行大跨度顶拱开挖支护完全满足施工质量、安全等要求。其最近、最新监测数据如下表所示（以前测值均变化量均在0.1mm以内）。

调压室顶拱监测数据表（最近测值）

5结语

锦屏水电站大跨度调压室顶拱开挖支护工程施工现已全部完成，目前正进行各调压室竖井的全断面开挖支护施工。根据各调压室顶拱监测数据及运行情况，可以反映出调压室顶拱的开挖支护施工是成功的，特别针对如此大跨度无混凝土衬砌洞室，采用分层、分序、预裂与光面爆破开挖相结合及一系列有效的支护施工技术，确保了整体调压室顶拱的安全与稳定。此文中的施工技术经验也为类似的工程施工提供了一定的参考。

作者简介：

任明（1975.04-），男，四川阆中，项目常务副经理，工程师，从事项目管理工作。

唐铭鸿(1983.12－)，男，湖南永州，项目总工程师，从事施工技术、管理工作。