大断面导流洞快速施工技术研究

李逢英

摘要：两河口水电站导流洞开挖施工地理环境复杂、断面大、工作面多，施工干扰大，施工组织难度大。通过对开挖施工技术的研究，尤其是爆破计算、试验，确定采用分层开挖施工技术方案。经实践，该施工技术方案保证了特大断面洞室开挖进度、安全及质量的要求，为满足进度工期要求奠定了坚实基础。

关键词：导流洞；分层开挖；

1项目工程概况

两河口水电站工程位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上，为雅砻江中、下游梯级电站的"龙头水库"，坝址位于鲜水河河口以下约1.8km河段上，控制流域面積约65599km2，坝址处多年平均流量670m3/s，水库正常蓄水位2865.0m，相应库容101.54亿m3，死水位2785.00m，相应库容35.94亿m3，水库具有多年调节能力。

枢纽建筑物由砾石土心墙堆石坝、溢洪道、泄洪洞、放空洞、地下厂房等建筑物组成。堆石坝最大坝高295.00m，电站装机容量3000MW，多年平均发电量110.75亿kW.h。枢纽为一等大（1）型工程，永久性主要建筑物级别为Ⅰ级，永久性次要建筑物级别为3级。

大坝施工采用全年围堰挡水，隧洞过流的导流方式，布置两条初期导流洞，即1#、2#导流洞，均布置于雅砻江右岸，平面上呈双弯道，尾部直段与尾水洞结合。初期导流洞开挖断面（13.4～15.3）m×（15.3～18.15）m，洞身采用全断面钢筋混凝土衬砌，衬砌厚度0.6～1.5m，洞身断面净尺寸为12×14m（宽×高），与尾水洞结合段洞身断面净尺寸为12×15m（宽×高），为特大型过水隧洞。

2.导流洞多个开挖工作面同时施工技术研究

两河口水电站导流洞开挖施工地理环境复杂、断面大、工作面多，施工干扰大，施工组织难度大。通过对开挖施工技术的研究，尤其是爆破计算、试验，确定采用分层开挖施工技术方案。经实践，该施工技术方案保证了特大断面洞室开挖进度、安全及质量的要求，为满足进度工期要求奠定了坚实基础。

2.1导流洞工程概况

两河口水电站在雅砻江右岸布置了2条导流洞，分别为1号和2号导流洞，平面上呈双弯道布置，洞身断面为城门洞形，洞身衬砌后顶拱半径7.5m，拱肩夹角为106°15′36.7″，断面尺寸为12m×14m～12m×15m。1#导流洞长约1724.653m，2#导流洞长约1983.428m，导流洞开挖断面（宽×高）为（13.4～15.3）m×（15.3～18.15）m，最大开挖断面高度18.15m，最大断面开挖断面积为259m2。"1-2号导流洞数据"见表2.3-1。

表2.1-1 两河口右岸初期导流洞数据

编号

断面

形式

进口高程

（m）

出口高程

（m）

洞身长度

（m）

洞身坡

（%）

尺寸

（m×m）

闸孔

（m×m）

1号

城门型

2600.0

2584.0

1724.653

1.34%

12×14

～12×15

1-12×15

2号

城门型

2600.0

2584.0

1983.428

1.31%

12×14

～12×15

1-12×15

2.1.2施工通风排烟

一、第一阶段导流洞开挖通风排烟

导流洞开挖期间，各开挖工作面均未贯通，各工作面需布置通风排烟系统，洞内通风采用压入式为主。

在401#公路隧洞口布置3台主风机：2台为2×75kw单向双轴流风机，压入式通风，分别向1#、2#导流洞主洞开挖工作面通风，2#施工支洞内主风管采用1.5m直径的PVC橡胶软管，主洞内上下游开挖工作面从主风管采用三通接出，风管采用1.2m直径的PVC橡胶软管，岔洞内布置射流风机辅助排烟；1台为2×55kw单向双轴流风机，压入式通风，风管采用1.2m直径的PVC橡胶软管，沿2#施工支洞顶拱布置，抽排支洞内烟尘。

随着洞挖工作面的延伸，导流洞上层洞开挖至401#交通洞正下方时（1#导流洞（导1）1+552.7014～（导1）1+586.0186段和2#导流洞（导2）1+664.0514～（导2）1+697.3685段与401#公路隧道立体交叉），在401#交通洞与1#、2#导流洞立面相交处各开挖一通风竖井以保证洞内通风排烟效果，竖井直径2.0m，井深分别为：1#尾水洞通风竖井25.0m，2#尾水洞通风竖井20.0m。通风竖井随导流洞混凝土边顶拱衬砌进度实施封堵。

二、第二阶段导流洞开挖通风排烟

第二阶段是指 尾水闸室检修闸门下闸挡水后，出口岩塞开挖阶段。

用混合式通风方式进行通风排烟：即在岩塞段上游面（小桩号面）布置一台55Kw×2轴流式压风机供风以稀释开挖面爆破烟尘及排出部分柴油机械尾气及烟尘；在岩塞段下游面（大桩号面）导流洞出口EL2620平台的两个通气孔上，各布置2台37 Kw轴流式风机，通过其吸出大部分的烟尘及尾气，同时在岩塞段上游面设置挂帘，阻挡烟尘向上游面扩散，并在挂帘位置，均匀布置4台3 Kw小型轴流式压风机使烟尘向岩塞下游的通气孔方向流动。

2.1.3工程施工开挖方法

右岸初期导流洞开挖断面顶拱跨度大、高度高，开挖采用分层开挖的施工方法，全断面从上至下分三层开挖，依次为：上层开挖高度8m，中层开挖高度5.3～8.15m，下层开挖高度2m。上层开挖时，Ⅱ～Ⅲ类围岩等地质条件较好洞身段采用全断面开挖，Ⅳ～Ⅴ类围岩等不良地质洞身段采用左右半洞错距开挖。中层的开挖施工采用明挖台阶爆破，即采用两侧边墙预裂爆破与中部深孔梯段爆破相结合的方式，下层开挖采用水平光面爆破施工方法，"开挖步骤见图"4.3-1（单位：m）。

导流洞出口岩塞段全断面洞段分四层开挖，采用手风钻钻孔，开挖步骤见图4.3-2"全断面处岩塞分层开挖示意图（单位：cm）"。

图2.1-1 导流洞开挖横剖面 图2.1-2 全断面处岩塞分层开挖示意图

2.1.4工程开挖爆破施工技术

一、上层开挖

上层开挖，首先是在施工上岔洞与导流洞相交段进行，每条导流洞与上岔洞形成二个上层开挖施工面。导流洞工程上层开挖，利用移动式作业台车，人工采用YT-28手风钻造孔。全断面开挖采用掏槽爆破、崩落孔爆破与周边孔光面爆破相结合的方式；采用左右半洞交替開挖的方式，超前半洞采用小直径平行空孔直眼掏槽、崩落孔爆破与周边孔光面爆破相结合。

二、中层开挖

中层开挖，首先是在施工下岔洞与导流洞相交段进行，即下岔洞的顶部，爆破后与导流洞贯通，每条导流洞与下岔洞形成二个中层开挖施工面。中层开挖为全幅爆破开挖，边墙轮廓面采用预裂爆破，100B改进型潜孔钻钻预裂孔，主体开挖采用ROC D7履带式全液压钻车钻孔，底部预留2.0m保护层采用手风钻钻水平孔。

三、下层开挖

水平建基面的岩体保护层开挖按围岩不同类别采用不同的开挖方法：Ⅱ～Ⅲ类岩体采用一次爆除法，建基面光面爆破；Ⅳ～Ⅴ类岩体采用分二层开挖，上层采用手风钻浅眼弱松动爆破，炮孔钻至距建基面25～30cm，临近建基面欠挖部分采用人工撬挖处理到位。为减少对主体开挖时的出渣运输干扰，底板保护层每次开挖导流洞洞身半幅宽度即7m左右，左右侧交替进行。

四、预留岩塞段开挖

因工程实际条件限制，初期导流洞出口围堰由原全年土石围堰变更为枯期混凝土围堰，汛期围堰过水淹没基坑导流洞出口预留岩塞挡水以实现洞内安全度汛。

1#导流洞岩塞位于导（1）+640～导（1）+716.5，距上游洞身已浇底板混凝土最近距离约23m，距下游向已浇闸室结构混凝土最近距离约10m，2#导流洞岩塞位于导（2）+895～导（1）+973，距上游洞身已浇底板混凝土最近距离约29m，距下游向已浇闸室结构混凝土最近距离约12m。"岩塞段具体位置"详见图4.3-3。

注：阴影部分为预留岩塞未开挖岩体。

图2.1-3 预留岩塞段剖面示意图

1#、2#初期导流洞出口预留岩塞段为Ⅳ类围岩，最大开挖断面15.3m（宽）×18.15m（高）。1#导流洞出口岩塞段开挖方量约1.2万m3，2#导流洞出口岩塞段开挖方量约1.15万m3。

由于岩塞段与上下游已施工结构混凝土及尾水闸门距离较近，为避免爆破震动对临近建筑物或闸门设备造成破坏，岩塞段开挖需分段分块开挖，控制单响最大装药量。

根据防洪度汛要求，岩塞开挖在尾水出口闸门安装就位具备挡水条件后进行。岩塞开挖先进行上层导洞贯通，以利后续开挖通风排烟，上层导洞贯通后再按照自上而下的顺序分层分段开挖岩塞洞身段。

岩塞段全断面处分四层开挖，采用手风钻钻孔：

第一层：高度8m左右，按照先导洞超前，后周边扩挖的方式开挖。

第二层：高度3.5m左右。

第三层：高度3.5m左右。

第四层：底板开挖层，厚度3.0m左右。

3、 结语

两河口水电站初期导流洞所处区域地质条件复杂，开挖断面大，且围岩条件差，Ⅳ～V类围岩洞段约占70%；为了确保安全生产，开挖采用了分层开挖，开挖过程中的系统支护和随机支护均利用阿特拉斯液压多臂台车进行，此方案解决了人工台车支护的安全风险。