斜卡水电站溢洪洞涡室穹顶施工技术

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 郫县，611730)

1 工程概况

斜卡水电站位于四川省甘孜州九龙县境内，是九龙河左岸支流踏卡河“一库两级”规划开发方案中的龙头水库电站，采用混合式开发方式，主要开发任务为发电，无通航、灌溉、防洪等综合利用要求。电站装机容量135MW，多年平均发电量5.211亿kW·h，水库总库容8485万m3，拦河大坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高110m。工程为Ⅲ等中型工程，大坝按2级建筑物设计，泄水、引水及发电等永久性主要建筑物为3级建筑物，临时性水工建筑物级别为4级。电站枢纽由首部枢纽、引水系统和厂区建筑物等组成。

工程左岸溢洪洞距离坝轴线100m，全长555.533m，由进口闸室段、上平段、涡室、竖井、下平洞、出口消力池组成。涡室进口为溢0+215.657m～0+227.066m段，涡室高31.87m，直径10.5m(开挖直径12.1m)。涡室结构型式：在3163.87m～3160.43m水位为R=731cm的球体，下接R=525cm、L=28.43m的圆柱体。具体结构见图1。

根据现场地质条件显示，桩号(溢)0+213.4m～(溢)0+233.4m，为涡室穹顶段，围岩为T3x中厚～厚层变质砂岩夹板岩，岩层产状N40°W/NE∠55°，岩体中未见大的断层通过，节理裂隙较发育，顶部涡室岩体为弱风化、弱卸荷，以Ⅴ类围岩为主。

图1 涡室穹顶剖面

涡室施工难度较大：

(1)穹顶断面大，岩石极为破碎，易发生安全事故；(2)导洞狭小，不适合大型机械进行施工，机械化施工效率低；(3)竖井深度大，开挖工期长，在开挖过程中，上部结构极易发生失稳破坏。

2 主要施工方法

2.1 开挖支护施工

2.1.1 开挖

为了保证溢洪洞涡室穹顶开挖安全，根据现场揭示地质条件，在溢洪洞(泄)0+201.397m，距中2.1m，以41°仰角开挖一条长13.6m宽2m高1.8m城门洞型溜渣井至穹顶拱脚后，依照从内到外、内上到下的顺序分区进行开挖，开挖顺序由Ⅰ区～Ⅶ区依次进行。详见图2、图3。

溜渣井的开挖采用全断面一次成型爆破的方式进行。水平楔型掏槽，采用短进尺多循环起爆方式，每次爆破完成后，采用1台5.5kW轴流通风机向井内通风，排烟完成后，人工进入井内采用铁锹、锄等工具向下扒碴，反铲和装载机在下部配合出碴。

图2 穹顶开挖平面分区

图3 A-A剖面

2.1.2 支护

2.1.2.1 溜渣洞支护。溜渣洞全长12.77m，为宽2m、高1.8m城门洞型断面，考虑该部位以V类围岩为主，是穹顶开挖施工和出渣的通道，且要受强的爆破震动影响，采用“超前锚杆+钢筋拱架+随机锚杆+挂网喷混凝土”联合支护方式进行临时支护，靠下游面进行永久支护。超前锚杆参数为φ25mm，L=3.0m，间距为50cm，共布置2排；钢筋拱架间距100cm；两榀拱架间采用φ22mm钢筋连接，以加强拱架整体性，连接钢筋间距50cm；拱肩以下至拱脚采用锁脚锚杆固定钢筋拱架，锚杆为φ25mm，L=2.0m，入岩1.8m，间距1m，锁脚锚杆与钢拱架焊接牢固。随机锚杆参数为φ25mm，L=2.0m；挂网参数为φ6.5mm@15cm×15cm，喷混凝土参数为C20，厚15cm。

2.1.2.2 穹顶支护。根据现场开挖揭示地质，该部位岩石十分破碎，在竖井开挖时要经受强的爆破震动影响，开挖过程中临时支护采取“超前锚杆+钢筋拱架+随机锚杆+挂网喷混凝土”联合支护方式。超前锚杆参数为φ25mm，L=3.0m，间距为50cm，共布置2排；钢筋拱架间距100cm；两榀拱架间采用φ22mm钢筋连接，以加强拱架整体性，连接钢筋间距50cm，拱肩以下至拱脚采用锁脚锚杆固定钢筋拱架，锚杆为φ25mm，L=3.0m，间距100cm，锁脚锚杆与钢拱架焊接牢固。随机锚杆参数为φ25mm，L=3.0m，间排距为80cm。挂网参数为φ6.5mm@15cm×15cm，喷混凝土参数为C20，厚20cm。

2.1.2.3 涡室洞室加强支护。为防止涡室、溢洪洞上平段结合段发生掉块，产生大的超挖，在(溢)0+215.657m处进行加强支护，采用“锁口锚杆+挂网喷混凝土”联合支护方式进行临时支护，锁口锚杆参数φ25mm，L=3m@80cm，共布置2排；挂网参数为φ6.5mm@15cm×15cm，喷混凝土参数为C20，厚20cm。

历时一个月，穹顶全部开挖支护完成。

2.2 混凝土施工

当涡室开挖至高程3141.85m时，涡室竖井向下还有近64.6m深未开挖(高程3141.85m～3087.25m)。根据揭示的地质情况，围岩极其破碎，考虑到竖井开挖时间长，且长时间的爆破振动，将会对已开挖成型仅采取了临时支护的穹顶的稳定性产生影响，故采取对高程3141.85m以上的穹顶及涡室进行永久混凝土衬砌，待永久衬砌施工完成达到一定强度后，再进行下部结构开挖。

根据前期开挖出露的穹顶地质情况，为保证混凝土的衬砌断面，又保证混凝土结构的稳定性，在后期涡室竖井开挖过程中，已浇筑完成的穹顶混凝土不整体向下滑动，造成结构破坏，在实际施工过程中，采取了以下措施：

(1)在高程3143.35m沿涡室整个断面开挖一道环形齿槽，槽内布置两排φ28mm锚杆(L=4.5m、入岩3m)及钢筋，锚入涡室结构混凝土内，齿槽混凝土同涡室混凝土同时浇筑；

(2)在高程3141.85m以上的边墙上，布置φ28mm锚杆(L=1.5m、入岩1m、间排距2m)，外露的锚杆头弯折成90°，同涡室穹顶的结构钢筋焊接；

(3)在竖井开挖过程中，在3141.85m高程处沿竖井周圈预留一道岩坎，待下部竖井混凝土衬砌至此高程时再行开挖。具体布置见图4。

穹顶和涡室混凝土施工采用搭设满堂脚手架方式，模板采用普通组合钢模板，混凝土浇筑分层高度控制在3.5m以内；6m3混凝土搅拌运输车运输，HB60混凝土泵泵送入仓，仓号内接溜筒，控制混凝土卸料高度。在浇筑第一层高程3141.85m～3145.35m时，首先在3141.85m高程岩面上铺一层10cm厚的细砂，涡室竖向的结构钢筋弯折90°，锚固长度全部伸出仓号外，以利后期施工时将钢筋调直，同下部结构钢筋连接成整体。下部结构施工时，人工清除混凝土底部的细砂层，并对混凝土底面进行凿毛处理。

采用此种方法，历时45d，3141.85m高程以上穹顶和涡室混凝土顺利浇筑完成。在下部竖井开挖过程中，每天安排对已成型的混凝土结构进行变形观测，未发生异常情况。

图4 穹顶涡室结构

3 施工期间注意事项

3.1 溜碴斜井在施工过程中，由于为倒悬结构，废气容易集中在上部，因此整个施工过程均采用了小型风机持续向井内供风的方式，以保证上部施工人员的安全。

3.2 在下部竖井开挖过程中，严格控制爆破单响药量，尽量减少爆破振动对上部结构的影响。

3.3 施工期间，加强对已成型穹顶结构的变形监测。

4 结语

斜卡水电站溢洪洞穹顶及涡室断面大，地质条件差，但通过采取合理有效的施工顺序和施工方法，解决了复杂地质条件下的开挖和支护问题，保证了施工工期、施工质量和施工安全，为类似工程施工积累了经验。