浅谈电站引水隧洞渐变段开挖与支护技术研究

李金牌

摘要：糯扎渡电站引水隧洞岩体主要为弱风化的粉砂岩、细砂岩及少量泥岩，现场为Ⅳ类和Ⅲ类岩体，岩石较差且开挖断面较大，由方形开挖渐变成圆形开挖，增加了施工难度，为确保施工安全和施工质量，采取了分层开挖和超前支护的施工工艺。本文对糯扎渡引水隧洞开挖、支护施工工艺进行了较详细和独特的阐述总结，对于学习隧洞施工技术的人员，本文也是一个较好的例子，可以适当参考学习。

关键词：引水隧洞围岩 开挖 施工质量和安全

中图分类号： TV523 文献标识码： A

1 工程概况

糯扎渡水电站位于云南省思茅市翠云区和澜沧县交界处的澜沧江下游干流上，是澜沧江中下游河段八个梯级规划的第五级。电站距上游大朝山水电站河道距离215Km，距下游景洪水电站河道距离102Km。现有思（茅）～澜（沧）公路通过坝址左岸，坝址距思茅市98Km，距澜沧县76Km。

糯扎渡水电站工程属大（1）型一等工程，永久性主要水工建筑物为一级建筑物。工程以发电为主，兼有防洪、灌溉、养殖和旅游等综合利用效益，水库具有多年调节性能。该工程由心墙堆石坝、左岸溢洪道、左岸泄洪隧洞、右岸泄洪隧洞、左岸地下式引水发电系统及导流工程等建筑物组成。水库库容为237.03×108m3，电站装机容量5850MW（9×650MW）。

引水建筑物包括引渠、电站进水口和引水隧洞。NZD/C4标段引水隧洞土建工程主要为1＃～9＃引水隧洞渐变段(引0＋000.000m～引0＋020.000m)和上平直段（引0＋020.000m～引0＋040.000m）的石方洞挖、支护、衬砌混凝土、固结灌浆、回填灌浆等。其中进口渐变段开挖断面由方形渐变为圆形，分A、B两种类型：1#～3#开挖断面尺寸为A型(10.3m×14.3m～Φ12.5m)、4#～9#开挖断面尺寸为B型(10.4m×14.4m～Φ12.6m)；上平直段开挖断面尺寸为Φ11.2m和Φ11.1m。

2地理地质条件

引水隧洞位于电站进水塔下游，与进水口八个预留岩柱交错布置，洞脸位于两侧预留岩柱之间，已经开挖成型的垂直立面边坡。底板开挖高程EL.733.0。经设计地质工程师现场洞脸处查看岩石，1#引水隧洞～5#引水隧洞号为弱风化花岗岩，节理较发育，为镶嵌碎裂结构，Ⅲ类岩体。6#引水隧洞号为弱风化角砾岩，厚层状，为镶嵌碎裂结构，Ⅲ类岩体。7#引水隧洞～9#引水隧洞号为弱风化的粉砂岩、细砂岩及少量泥岩，中厚层或薄层状结构，为Ⅳ类岩体。1#引水隧洞经过F1断层带，挤压破碎，完成性差，岩石主要以砂砾岩、泥岩为主。

3 主要施工经过

3.1开挖施工

⑴洞口开挖

由于洞口方形开挖成型难度大，且为Ⅳ类围岩，为了进一步确保洞口的成型，开挖前进行了125KN预应力锁口锚杆施工。在洞口开挖线外侧布置两排125KN预应力锚杆，进行提前锚固洞口，糯扎渡引水隧洞预应力锁口锚杆规格为Φ32@1.5m×1m，L=9m，上仰10°，见图1。

图1：洞口预应力锚杆点位图

工艺流程：施工准备→测量放线→钻孔→清洗钻孔→验收→安插锚杆→内锚段注浆→安装托板、垫圈、螺帽 →张拉锁定→自由段注浆→检测与维护→物探试验。

预应力锚杆施工如下：

首先由测量人员在现场逐一标注孔位，并用红油漆标识。采用直径90mm的潜孔钻钻孔，钻孔按设计要求上仰10°施工。钻孔完成后用风、水联合清洗，并逐一对孔径、孔向、孔深及孔底清洁度进行了认真检查记录。其次把提前制作好的预应力锚杆缓缓插入孔内，锚杆插入前一定要保持注浆管畅通，止浆环完好，各部件与杆体结合牢靠，没有脱落和损坏。插杆结束后安装垫板和螺帽。锚固段应及时进行注浆，现场张拉共分五个量级进行，张拉力施加值顺序依次为：第一次张拉力为设计值的25％（31.25KN），持荷5分钟后进行第二次张拉，张拉力为设计值的50％（62.5KN），持荷5分钟后进行第三次张拉，张拉力为设计值的75％（93.75KN），持荷5分钟后进行第四次张拉，张拉力为设计值的100％（125KN），最后一级张拉力达到设计值后超张拉至设计值的110％（137.5KN），静载持续稳压30min后锁定。张拉结束后开始对锚杆自由段回填灌浆施工，灌浆采用纯水泥浆，GSP-A型灌浆泵注浆。现场确认排气管畅通后，再进行孔内自由段注浆，排气孔不再排气，并有浆液溢出时，说明自由段注浆饱满，注浆结束。

预应力要达到设计强度后进行洞口的开挖施工，由于糯扎渡引水隧洞属于大型的隧洞开挖，且开挖断面由方形渐变成圆形，开挖难度和成型难度都比较大，根据现场实际情况，采用上下分层开挖的方式，首先进行上半洞的开挖，其次进行下半洞开挖，最后进行底板的保护层欠挖处理。洞口开挖的主要施工工艺流程为：测量放线→钻孔→清孔→装药连线→人员机械器具等撤离→起爆→洒水、通风散烟→查炮、排险→出渣→掌子面清理→台车就位→锚杆（挂网）、喷护砼施工（钢支撑、喷砼）→超前锚杆施工→下一循环。

现场采用“先支护、短进尺、多循环、弱爆破”的原则进行了施工，每一循环进尺为1.0m。并及时进行锚杆、钢筋网喷砼支护，以防止爆破震动造成洞顶和洞口岩石发生震裂、松动和塌方。采用3.0m3侧式装载机装渣至洞口，15t自卸汽车运输至勘界河坝II料堆放场。在洞口爆破后查看了现场的岩石破碎情况，局部岩石有滑落的可能，为确保安全，加固隧洞的开挖体型，及时进行了锚喷支护施工。

⑵洞身开挖

工艺流程：操作平台就位→测量放线布孔→钻孔→清孔→装药连线→台车和人员机械器具等撤离→起爆→通风散烟排烟→查炮→洒水、出渣→掌子面清理排险→下一循环。

洞身采用分上下两层开挖、中部楔型掏槽、周边光面爆破的施工方法。

进口渐变段开挖（引0+000.000～引0+020.000）第Ⅰ层高7.5m，采用中导洞领先、两侧墙扩挖跟进的方法，YT28气腿钻造孔，周边光面爆破，3.0m3侧卸式装载机挖装，15t自卸汽车运输；第Ⅱ层高5.0～6.8m, 采用YT-28气腿钻打水平孔，周边光面爆破，3.0m3侧卸式装载机装渣，CAT330D(1.6m3)挖掘机清渣；最后采用 YT28气腿钻造孔，进行局部浅孔光面爆破，处理局部欠挖，确保开挖体型满足规范要求 。上平直段（引0+020.000～引0+040.000）同样采取此种方法开挖。开挖施工主要钻爆参数见表1。

表11#引水隧洞洞挖爆破参数

部位 炮孔

类型 炮孔 直径 药卷

直径 孔深 间距 排距 装药量

导洞 掏槽孔 42mm 32mm 2.2～3.0m / / 180～220孔

光爆孔 42mm 25mm 2.0～2.5m 40～50cm 30～40cm 120～250g/m

崩落孔 42mm 32mm 2.0～2.5m 80～100cm 60～80cm 1.5～2.5kg/孔

两侧扩挖 光爆孔 42mm 25mm 2.0～2.5m 40～50cm 30～40cm 120～250g/m

崩落孔 42mm 32mm 2.0～2.5m 80～100cm 60～80cm 1.6～2.2kg/孔

第二层 光爆孔 42mm 25mm 2.0～2.5m 40～50cm 30～40cm 150～250g/m

崩落孔 42mm 32mm 2.0～2.5m 80～100cm 60～80cm 1.6～2.2kg/孔

备 注 1.炸药采用2＃岩石乳化炸药。2.光爆孔采用Φ25mm药卷，其余采用Φ32mm药卷。

⑶洞身破碎带开挖

上半洞破碎带洞身开挖工艺流程：台车就位→测量放线→钻孔→清孔→装药连线→人员机械器具等撤离→起爆→洒水、通风散烟→查炮、排险→出渣→掌子面清理→台车就位→锚杆（拉网）、喷护砼施工（钢支撑、喷砼）→锚杆施工→下一循环。

1＃引水隧洞岩石为弱风化花岗岩，但洞口段有F9断层出露，较风化破碎，开挖钻爆遵循“先支护、短进尺、多循环、弱爆破”的原则施工，在破碎带增加了钢支撑进行加强支护，确保成洞岩体稳定。

3.2锚喷支护施工

⑴系统锚杆施工

系统锚杆施工工艺流程为：测量放线→钻孔→清洗钻孔→验收→拌制、灌注水泥砂浆→安插锚杆→物探试验。

系统锚杆钻孔作业采用YT28手风钻钻孔。φ42钻头，孔位由测量中心现场逐一号孔，开孔的位置在任何方向的偏差均小于100mm。锚杆孔的孔轴方向严格按施工图纸的要求执行。局部随机加固锚杆的孔轴方向与可能滑动面的倾向相反，其与滑动面的交角大于45，钻孔方位偏差不大于5。锚孔深度达到设计要求，孔深偏差值不大于50mm。钻孔结束，用风、水联合清洗，将孔内松散岩粉粒和积水清除干净。逐孔检验孔径、孔向、孔深及孔底的清洁度，并记录检查结果。钻孔完成验收合格后，用高压风将孔内残渣和水吹净。锚杆在现场加工制作成型，人工运至工作面安装。采用MZ-30泵注浆。水泥砂浆配合比为水泥:砂＝1:1.15（重量比），水泥:水＝1:0.39。锚杆注浆后，在砂浆凝固前，保护锚杆不受敲击、碰撞和拉拔锚杆。锚杆造孔、安装、注浆时由技术员、三检人员和监理工程师旁站，全程检查锚杆各工序参数等。

⑵超前锚杆施工

在进行洞身上半洞开挖时，局部岩石较破碎，确保安全施工和隧洞成型，爆破后及时进行了超前锚杆的施工，见图2，超前锚杆就是在下次爆破前进行提前施工的锚杆，为了确保施工安全和隧洞成型。超前锚杆为Φ32@0.4m，L=3m，上仰10°，在开挖设计线外20cm～25cm,间距30cm～35cm ，排距2.0m布置。局部岩石破碎时可以加密施工，采用系统锚杆水泥砂浆配比注浆，锚杆外露约30cm，必须焊接在钢筋网或钢支撑上，才可以进行下道工序施工。

⑶钢支撑加固施工

7#引水隧洞岩石较破碎，爆破后局部超挖，现场经设计地质工程师查看，局部细砂岩及少量泥岩，确定为地质原因超挖，经设计决定现场采用18mm的工字钢进行加强支护，钢支撑间距1m布置,每排钢支撑采用Φ28@0.8m，L=6m的锚杆进行固定，钢支撑之间采用Φ25的钢筋进行连接，连接间距0.5m布置，钢支撑上部铺设预制好的Φφ6.5@200mm×200mm，钢筋网片，及时进行喷护施工，确保围岩稳定。见图2。

图2：上半洞钢支撑加强支护图

岩石地质条件较破碎的隧洞，一般采用钢格栅支撑和型钢支撑，本隧洞经设计下发设计通知单，上半洞全部采用钢支撑进行加强支护。

⑷喷混凝土施工

工艺流程：测量定位→浮土及松动石块清理→表面清洗→搭设工作平台→仓面验收→3～5cm素喷→挂钢筋网→厚度标记→仓面验收→喷射作业→厚度检查→补喷→检查验收→养护→强度试验。

施工顺序：分成两层喷护，第Ⅰ层喷厚3～5cm（素喷），第Ⅱ层喷厚5～7cm至设计厚度15cm。喷射混凝土终凝2h后，喷水养护14昼夜。

①、素喷混凝土施工

高压风水联合清洗岩面，0.35m3拌和机现场拌料，湿喷工艺进行喷混凝土作业。喷混凝土作业分段分片依次进行，喷射顺序自下而上，第一层喷3～5cm厚，第二次喷至设计厚度。喷射时，钢支撑上部确保锚喷密室，喷层表面平整光滑，无干斑和滑移流淌现象。喷射混凝土终凝2h后，洒水养护14昼夜。

②、挂网喷混凝土施工

挂网喷混凝土的钢筋在钢筋加工厂制作成网片，网格尺寸为φ6.5@200mm×200mm，载重车运至施工现场，搭接长度0.2m。钢筋网与锚杆、锚钉头连接牢固。锚钉的锚固深度大于20cm，与钢筋网连接牢固、安全、可靠。对极不平整或破碎的岩面先素喷一层（厚3～5㎝）混凝土，再铺设钢筋网。0.35 m3搅拌机现场拌和混凝土，湿喷工艺进行喷混凝土作业。在开始喷混凝土时，适当缩短喷头与受喷面的距离，并适当调整喷射角度，使钢筋网背面地质超挖部位混凝土密实。喷混凝土终凝2h后，洒水养护14昼夜。

在进行开挖支护完成后，为确保隧洞的稳定性，应及时进行混凝土衬砌施工，混凝土衬砌完成后，应进行钻孔回填灌浆和岩石、混凝土的固结灌浆，进一步提高隧洞的稳定性。

4施工质量评定

糯扎渡电站C4标段引水隧洞虽然地质条件较为复杂，岩石风化破碎，由于采取了较好的施工工艺，最大限度确保了隧洞的成型，开挖质量取得良好的效果， 9个引水隧洞，C4标段共计18个单元，开挖质量评定全部优良。

5 结束语

糯扎渡电站引水隧洞岩体主要为弱风化的粉砂岩、细砂岩及少量泥岩，现场为Ⅳ类和Ⅲ类岩体，岩石较差且开挖断面较大，由方形开挖渐变成圆形开挖，增加了施工难度，为确保施工安全和施工质量，采取了分层开挖和超前支护的施工工艺。本文对糯扎渡引水隧洞开挖、支护施工工艺进行了较详细和独特的阐述总结，对于学习隧洞施工技术的人员，本文也是一个较好的例子，可以适当参考学习。