糯扎渡水电站尾水系统五岔口快速开挖施工技术

李树迎，杨保才，张雅东，夏仲存

（中国水利水电第十四工程局，云南 昆明 650041）

1 工程概况

糯扎渡水电站尾水系统由9条尾水支洞、3个尾水调压室和3条尾水隧洞组成，采用 “三机一室一洞”的布置形式，在调压室内3条尾水支洞水流交汇后经一条尾水隧洞流出。尾水支洞、尾水隧洞与尾水调压室相交的部位即为五岔口。相邻两条尾水支洞中心间距34.0 m，岩壁厚4.9～19.7 m。尾水调压室为地下带连通上室圆筒阻抗式，由3个圆筒式调压井组成，开挖直径29.3～34.3 m，高92 m，中心距102 m。

尾水调压室及连通上室处于花岗岩体内，风化程度轻微，呈微风化～新鲜，局部断层发育部位可能呈弱风化下部，岩体为块状结构及整体结构，有F20、F21、F22等Ⅲ级断层发育，小断层、挤压面等Ⅳ级结构面发育平均间距约为20 m。枢纽区的Ⅱ级结构面F3和F1断层从尾水调压室NE侧通过，与尾水调压室最近距离分别约为39 m和224 m，总体上对建筑物影响较小。1、2号尾水调压室工程地质条件相近，3号位于F3断层上盘，与断层最近距离约39 m。F22断层斜切调压井顶部，受断层影响调压井顶拱及右侧壁上部的围岩完整性较差。1～3号尾水调压室岩石抗压强度基本在45～55 MPa范围内。

2 五岔口组成

五岔口最大开挖跨度为39.3 m。单个五岔口平面范围在尾水支洞0+72.9至尾水隧洞0+47.0桩号之间，高程范围在调压室561～625 m高程之间。尾水支洞开挖断面尺寸为14.9 m×18.75 m(宽×高)；调压室后接尾水隧洞，其渐变段长30 m，渐变段开挖断面由高19.0 m、宽22.0 m的方形断面渐变到直径为φ22 m的圆形断面；井筒578.5～625 m高程断面由φ29.3 m的圆形断面渐变成φ34.3 m的圆形断面；调压室578.5 m高程以下为不规则断面。尾水系统五岔口平面布置见图1。

图1 尾水系统五岔口平面布置（尺寸单位：m）

3 开挖程序及方法

单个五岔口施工工序为：①3条尾水支洞Ⅰ层和尾水隧洞渐变段Ⅰ层导洞开挖施工，其中，导洞贯通后为五岔口提供了4条施工通道；②调压井导井开挖、尾水支洞和调压室后渐变段Ⅰ层扩挖支护施工；③尾水支洞Ⅱ层和调压室后渐变段Ⅱ层开挖支护；④五岔口595 m高程以下开挖支护施工。由于五岔口段地质条件复杂，如遇局部地质条件比较差的地段，开挖支护必须遵循 “短进尺、弱爆破、少扰动、强支护、快封闭、勤测量”的原则。

3.1 井筒开挖

井筒开挖按分层分区的开挖支护方法进行。首先，采用LM-200的反井钻从调压室625.5 m高程开挖φ1.4 m的导井，导井开挖成型后，为了防止下渣堵孔，拟定把导井扩挖成φ5.4 m的溜渣井，溜渣井扩挖采用351钻机打垂直深孔直通下部已经贯通的导洞，扩挖孔打两排，排距1.0 m，间距分别为0.8、1.2 m。为了防止爆破震动过大对625.5 m高程以上已支护的锚索和预应力锚杆震动破坏，溜渣井扩挖爆破孔采用间隔装药控制单响药量。溜渣井扩挖成型后井筒分成4区，采用手风钻按3.0 m一层逐层向下开挖，下渣采用PC220挖掘机进行扒渣，由于井壁边墙比较高，达64.5 m，为确保高边墙稳定，每层开挖完后应及时进行系统支护。井筒开挖支护示意见图2。

图2 井筒开完程序示意

3.2 尾水支洞开挖

尾水支洞分3层开挖。①Ⅰ层采用手风钻光面爆破开挖，进尺按3 m排炮循环，尾水支洞距离五岔口30 m范围，应每开挖一排炮支护完后才能进行下一循环施工。②Ⅱ、Ⅲ层开挖。采用轻型潜孔钻（QZJ-100B)一次预裂到底板高程，中间采用液压潜孔钻深孔拉槽爆破开挖，拉槽区两侧预留3.0 m保护层，底板预留2.0 m保护层。③保护层开挖。拉槽区两侧保护层采用手风钻造水平孔开挖；底板保护层采用手风钻水平光面爆破开挖，按3 m排炮循环。为了防止中间拉槽爆破对洞周围岩的破坏，采用轻型潜孔钻 （QZJ-100B)在拉槽区与保护层间设一道施工预裂面，孔深打至底板保护层高程位置。尾水支洞开挖程序示意见图3。

图3 尾水支洞开挖程序示意 （尺寸单位：m）

3.3 调压室后渐变段开挖

调压室后渐变段分3层开挖。Ⅰ层采用手风钻光面爆破开挖，进尺按3.0m排炮循环，边开挖边支护；Ⅱ层中间采用轻型潜孔钻 （QZJ-100B)沿拉槽两侧打孔至底板保护层进行施工预裂爆破，中间采用液压潜孔钻深孔爆破拉槽开挖，由于调压室后渐变段开挖体形复杂，中间拉槽宽度应兼顾渐变段两端桩号断面尺寸计算后确定，两侧墙不采用深孔预裂爆破的施工方法，而采用手风钻或台车按3 m进尺光面爆破开挖，边墙预留保护层的厚度统一为5 m，由于渐变段开挖跨度大，在Ⅱ层施工过程中，开挖一部分支护一部分；Ⅲ层底板保护层采用手风钻光面爆破开挖，按3 m一排炮循环。调压室后渐变段开挖示意见图4。

图4 调压室后渐变段开挖程序示意（尺寸单位：m）

3.4 五岔口578.5 m高程以下开挖

五岔口578.5 m高程以下分三层开挖。采用轻型潜孔钻 （QZJ-100B)分两次对Ⅰ层和Ⅱ、Ⅲ层进行预裂爆破，两次孔深分别为6.65、10.85 m。Ⅰ层主爆区开挖利用中间导洞做临空面，沿四周预留保护层后，直接采用液压潜孔钻钻孔爆破开挖，Ⅱ层四周预留保护层后中间采用轻型潜孔钻进行施工预裂爆破，形成两道施工预裂面，保护层中间采用液压潜孔钻进行拉槽爆破开挖，Ⅱ层保护层采用手风钻造水平孔开挖；底板保护层采用手风钻造水平光面爆破孔开挖。开挖程序示意见图5。

图5 五岔口开挖程序示意（尺寸单位：m）

4 爆破参数设计

（1）手风钻或凿岩台车钻孔光面爆破。尾水五岔口所有光面爆破参数均一致：孔深3.2 m（包括超钻深0.2 m），孔距0.5 m，孔径φ42 mm，采用φ25 mm乳化炸药，装药长度2 m，堵孔0.8 m，线装药密度200 g/m。

（2）导井扩挖爆破。一、二排孔距分别为0.8、1.2 m，孔深47.5 m，孔径φ110 mm，药径φ90 mm，采用钢丝绳加导爆索控制间隔装药，药包采用导爆索起爆，孔底堵塞2.5 m，孔口堵塞3.5 m，单孔药量约为150 kg，采用单孔单响爆破。

（3）手风钻井筒扩挖和保护层开挖。中间主爆孔孔深3.2 m，排距1.0 m，孔间距1.4 m，采用φ32 mm乳化炸药，装药长度2.0 m，堵孔1.2 m，单位耗药量0.8 kg/m3。

（4）深孔预裂孔爆破参数。尾水支洞Ⅱ、Ⅲ层预裂孔深9.85 m，五岔口578.5 m高程以下Ⅰ层预裂孔深6.65 m，Ⅱ、Ⅲ层孔深10.85 m，其余爆破参数相同，均为：孔径φ90 mm，孔间距80 cm，采用φ25 mm乳化炸药，堵孔2.0 m，线装药密度200 g/m。

（5）施工预裂孔爆破。主要包括尾水支洞Ⅱ层，孔深7.85 m；五岔口578.5 m高程以下Ⅱ层，孔深8.15 m；调压室后渐变段Ⅱ层，孔深8.8 m。孔径均为φ90 mm，孔间距均为1 m，采用φ32 mm乳化炸药，堵孔2.0 m，线装药密度350 g/m。

（6）拉槽主爆孔爆破。主要包括尾水支洞Ⅱ层，孔深7.85 m；五岔口578.5 m高程以下Ⅱ层，孔深8.15 m；调压室后渐变段Ⅱ层孔深8.8 m。主爆孔孔深均考虑0.5 m超深，孔径φ90 mm，孔间排距3.0 m×2.0 m，采用φ70 mm乳化炸药，堵孔2.5 m，单位耗药量0.50 kg/m3。

5 施工安全监测

单个尾水五岔口井筒布置18套多点位移计、21组锚杆应力计、7支锚索测力计，均匀分别布设在643、622、601、582 m高程井筒四周；单个五岔口尾水支洞0+86桩号分别布置3套多点位移计、3组锚杆应力计。

安全监测结果为：井筒开挖过程中，最大变形部位为3号尾水调压室拱顶，累计位移计达到8.37 mm，主要是受F22断层带影响，其余两个调压室顶拱围岩变形量不明显。调压室下部开挖及尾水支洞开挖过程中，对上部及顶拱的影响不明显，加之圆形尾水调压室围岩的自稳性比较好，上部及顶拱围岩处于稳定状态。五岔口部位开挖过程中，由于调压室体形和结构变化会造成围岩变形和应力的调整，加之尾水支洞和尾水隧洞开挖已经完成，使得调压室底部相对薄弱，尤其是上游部位和尾水支洞连接处，因此在此开挖过程中围岩变形量增大，如3号调压室下部开挖过程中，布置于8号尾水支洞0+086.000桩号的监测仪器表明，左侧边墙累计最大应力为168.53 MPa，测点深度2.5 m，多点位移计最大位移在6.0 m深部位，累计位移为4.93 mm；布置于579 m高程尾水支洞之间岩柱多点位移计最大位移为11.77 mm，锚杆应力计最大应力为386.51 MPa。在喷锚支护完成后，变形趋于稳定。

6 支护参数调整

施工过程安全监测能及时提供围岩稳定程度和支护结构可靠性的安全信息，预见事故和险情，可作为调整和修改支护设计的依据，以及时调整支护设计参数，保证设计数据的针对性和施工过程的安全性。现场实际施工过程中，根据五岔口监测数据分析结果，对五岔口支护参数进行了如下调整：

（1）在1号调压室井壁四周586.0、592.0、594.0 m高程布置3排φ28 mm，L=9.0 m锚筋桩；在2、3号调压室井壁四周586.0～590.0 m高程增设3排φ28 mm，L=9.0 m锚筋桩，锚筋桩间排距2 m×2 m，交错布置。参数调整后，1～3号调压室相应位置的系统锚杆取消，从支护结果看，效果良好。

（2）五岔口交角处，距离洞口1.0 m位置，布设一圈φ32 mm预应力锁口锚杆 （间排距2 m×2 m，交错布置）超前支护，浅层加固洞脸，达到了预期的目的。

（3）1～3号调压室井壁四周610～620 m高程垂直于岩壁布设3排1 000 kN预应力锚索，L=20～30 m，间排距5.0 m×5.0 m，达到五岔口上部深层支护的目的，支护效果明显。

7 结语

糯扎渡尾水系统开挖施工具有五岔口开挖跨度大、挖空率高、二次应力状态复杂、在洞室交汇部位会出现应力集中和较大的塑性区、薄岩柱 （体）易产生有害变形等特点，加大了五岔口开挖难度。为确保洞室稳定，在施工过程中，经过对五岔口开挖施工通道、施工方案、施工程序及支护参数的调整及优化，最后安全、保质、快速地完成了五岔口开挖支护施工。

［1］ 陈勇，罗家贵，黄军智.糯扎渡水电站尾水调压室五岔口开挖论述［J］.云南水力发电， 2011， 27（3）:78-80.