大跨度浅埋式导流洞进口渐变段一次支护设计与施工——以糯扎渡水电站2号导流洞为例

2015-12-24曹建东

中国水能及电气化 2015年4期

关键词：导流洞施工设计

大跨度浅埋式导流洞进口渐变段一次支护设计与施工
——以糯扎渡水电站2号导流洞为例

曹建东

(江西省水利水电建设有限公司，江西南昌330025)

【摘要】随着我国水电建设的发展，大跨度导流洞在水电工程中越来越多，其中埋藏较浅的大跨度导流洞进口渐变段存在着较大安全隐患。本文以糯扎渡水电站2号导流洞为例，对该部位的开挖支护设计与施工方案进行了研究，对类似工程具有重要的参考和借鉴价值。

【关键词】导流洞；开挖支护；设计；施工

中图分类号：TV551.1

Large-span shallow embedded diversion tunnel inlet reducing section

primary support design and construction

—with Nuozhadu Hydropower Station No.2 diversion tunnel as an example

CAO Jiandong

(JiangxiWaterandHydropowerConstructionCo.,Ltd.,Nanchang330025,China)

Abstract:Large span diversion tunnel is more and more applied in hydropower projects with the development of hydropower construction in China, wherein shallow embedded large-span diversion tunnel reducing section has larger safety hidden danger. In the paper, Nuozhadu Hydropower Station No. 2 diversion tunnel is adopted as an example for studying excavation support design and construction plan in the part, thereby it has important reference value for similar projects.

Key words: diversion tunnel; excavation support; design; construction

由于大跨度浅埋式导流洞进口段开挖断面大，开挖后围岩的稳定性及初期支护措施是施工中的主要技术难点[1-2]。糯扎渡水电站2号导流洞的洞室跨度大，渐变段最大开挖跨度达27.6m，围岩变形较大，不利于洞室的稳定，合理选择开挖支护方案对于保证洞室的稳定、提高施工质量具有重要意义。

1工程概况

糯扎渡水电站位于云南省澜沧江下游干流上，属于澜沧江梯级规划中的第五级，距下游景洪水电站102km，距上游大朝山水电站215km。坝址紧邻思—澜公路，距普洱市98km，距澜沧76km。糯扎渡水电站是大(1)型一等工程，以发电为主，兼具防洪、养殖和旅游等综合功能。水库库容237亿m3，装机容量9×650MW。该工程设计有1～5号5条导流洞。1号、2号、5号导流洞位于左岸，3号、4号导流洞位于右岸。

2号导流洞为方圆形断面，断面尺寸为16m×21m，进口底板高程为605.00m，出口高程为576.00m，洞长1142m；结合段前隧洞底坡度3.81%，结合段后隧洞底坡度为0；其中0+896.710～0+941.041处有一转弯，转弯半径100m，转角25°23′59″，导流洞进口渐变段长30m，最大开挖断面尺寸为27.6m×26.3m，其横剖面如图1所示。导流洞洞口段埋深较浅，上覆岩体厚仅27.2m，且地质条件复杂。

图1　2号导流洞渐变段横剖面(单位：m)

2开挖支护方案选择

2.1渐变段开挖方法选择

渐变段开挖方法的选择不仅要考虑工程地质、水文地质条件，还应该考虑施工成本、安全系数以及施工工期，并综合以上因素进行分析与确定[3]。根据类似工程的施工经验，大型洞室开挖方法主要包括中隔墩开挖、起拱开挖、平顶开挖三种。结合该工程的实际情况，对2号导流洞渐变段采用各种开挖方法进行比较，见表1。

表1　开挖方案主要技术指标对比

根据以上比较分析，结合工期要求、围岩条件和施工成本，确定2号导流洞渐变段采用平顶开挖方法。

2.2导流洞进口渐变段支护设计

根据2号导流洞进口段具体情况以及平顶方式的要求，开挖施工分区如图2所示，并据此进行隧洞开挖一次支护措施设计。分别在导流洞进口渐变段每个监测点隔5m共17个监测断面埋设收敛观测仪，监测与渐变段开挖、支护施工过程同步进行，可及时得到渐变段开挖、支护施工过程中围岩变形及应力变化情况。

2.3围岩应力数值计算

对2号导流洞进行初始地应力场回归分析，并结合平顶开挖方法建立三维有限元计算模型，对施工过程中围岩应力、变形情况进行模拟(2号导流洞渐变段不同开挖期围岩的第一、第三主应力的范围和极值分析汇总结果见表2)，并将模拟计算结果作为开挖、支护设计的主要参考，最终确定进口洞顶岩体先采用悬吊锚筋桩，后采用预应力锚索及超前锚杆锚固，再进行隧洞进口开挖、支撑的施工开挖程序[4]。

图2　2号导流洞进口渐变段开挖分层、分块

2.4渐变段支护方式与参数选择

导流洞渐变段以新奥法原理为指导，把岩体视为连续介质，并认为开挖后围岩在应力的作用下产生变形导致松动破坏并不是突发的现象，而是一个渐变性的动态过程，因此在工程施工中考虑采用薄壁柔性支护结构，以达到稳定围岩的目的，这种方式可以将围岩当作支护结构的一部分，充分利用围岩自身承载能力，不仅可以节省施工成本，还可以快速、安全施工[5]。为有效解决围岩难以自稳和拱顶拉应力影响问题，采用顶部悬吊锚筋桩从上部加锚，增加岩体的整体性。洞身支护采用深层支护与浅层支护结合的联合支护方式，设计平顶开挖成型方案，结合现场施工条件采用的技术参数见表3。经过实际工程验证，上述支护措施安全可靠。

表2　渐变段主要围岩应力　单位：MPa

表3　渐变段支护方式与技术参数

3开挖支护施工

由于2号导流洞渐变段断面跨度较大，最大跨度达27.6m，结合工程开挖分层分区的实际情况，必须及时进行分层支护。开挖支护的主要施工工序如下：

先进行洞内0+020～0+030的开挖工作，开挖分三层进行，待导流洞进口边坡下降至渐变段第一层开挖底板高程时，完成悬吊锚筋桩施工，然后在洞外进行剩余20m的开挖支护施工。由于悬吊锚筋桩间排距4m×1m、深12～33m，在施工过程中需要从上到下进行钻孔，而洞脸加强支护锚索间排距4m×5m、深35m～55m，在施工时需要由外向内施工，由于两者施工区存在重合，同时考虑到钻孔施工可能存在的误差，容易造成两种支护冲突，减弱支护效果，因此在施工中不仅要严格控制钻孔精度和质量，还要将悬吊锚筋桩施工安排在锚索施工之前，以避免施工干扰。具体施工过程如下：

a.施工前，进口20m暂时保留，先进行洞外明挖，待其高程下降到第一层底板高度，同时洞脸边坡的超前锚固完成时，再进行该段开挖施工。

b.由于洞外明挖区域采用爆破开挖法，因此要对施工过程进行严格控制，控爆区范围确定为边坡面20m以内。 4m以下的位置利用手风钻造孔，其中3～4m区域采用分层开挖支护，其余区域利用潜孔钻造孔，10m一层控制爆破，在爆破开挖完成后要注意系统支护的及时跟进。

c.当进口段明挖高程达到洞顶上方的马道时，对洞顶围岩采用悬吊锚筋桩预加固，并浇筑钢筋混凝土盖板与悬吊锚筋桩进行有效连接。在岩体裂隙和破碎部位，首先利用锚筋桩孔实施固结灌浆，然后再进行悬吊锚筋桩施工。

d.洞脸开挖出露后，进行125kN级预应力锁口锚杆加固施工。

e.为进一步确保安全，开挖前对渐变段顶拱部位进行超前支护。

f.超前预支护完成后，即可开始全断面施工。全断面共分三大层开挖支护，第一层分三区进行开挖，每区支护必须紧跟开挖面。同时，导流洞进口渐变段采用钢支撑(120b)作为加强支护，钢支撑按照间距1m布设。

g.开挖完成后，先初喷3～5cm厚混凝土。待其他支护施工结束后，再进行复喷，使混凝土厚度达到设计要求。

4结语

糯扎渡水电站2号导流洞进口渐变段埋深较浅、开挖跨度大，围岩松散破碎、自稳能力差。通过研究确定2号导流洞渐变段采用平顶开挖一次支护的方法，经过理论计算和工程检验均效果良好。该方法对于国内类似工程具有重要的借鉴意义。

参考文献

[1]马志峰.大断面导流洞进出口开挖支护设计与施工[J].水力发电,2011(12):44-46,71.

[2]陈贵斌,李晓燕,徐云明.龙马水电站导流洞进口渐变段优化设计[J].云南水力发电,2010(1):15-19,56.