老挝南欧江六级水电站导流洞施工技术

龚明鹏，李宏祥

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650051)



老挝南欧江六级水电站导流洞施工技术

龚明鹏，李宏祥

(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650051)

南欧江六级水电站导流洞洞径大，隧洞处于板岩地区，围岩呈薄层状结构，节理、裂隙及构造发育，围岩稳定性差。通过采取调整进出口施工方案、及时支护、引排地下水、控制固结灌浆质量等一系列措施后，保证了施工的正常进行。

导流洞；施工技术；南欧江六级水电站；老挝

0　引　言

南欧江六级水电站位于老挝丰沙里省境内，为南欧江七梯级规划的第6个梯级。本工程采用隧洞导流，在左岸布置1条过流断面为11 m×14 m(宽×高)的城门洞形隧洞，全长616.884 m。本地区岩石主要为板岩，属泥岩浅变质岩，遇水易软化。导流洞通过地层的板岩局部夹少量变质粉～细砂岩，呈薄层状或块裂状结构，节理、裂隙、构造及地下水发育，地下洞室围岩稳定条件总体较差。工程于2014年1月实现截流，导流洞经历了2014年和2015年汛期洪水的考验，隧洞安全，并于2015年12月完成堵头封堵。

回顾导流洞的建设过程，结合本工程的实践成果，同时借鉴和参考了老爷岭隧洞进口在复杂地质条件下的进洞方法[1- 2]、某工程引水隧洞在炭质板岩地区开挖塌方处理的经验[3]、部分学术研究成果及思路[4]、软弱地质条件下大断面隧洞开挖施工方法[5]，对南欧江六级水电站导流洞软岩地区大洞径隧洞施工进行了总结。

1　导流洞进出洞开挖

1.1导流洞进口

本工程导流洞进口开挖边坡高85 m，全强风化区布置常规锚喷支护，边坡腰部及洞脸各布置2排L=25 m、600 kN的锚索。进口渐变段开挖断面尺寸为14.4 m×18.7 m(宽×高)，开挖尺寸大，顶部拱圈为渐变部位，稳定性较差。

导流洞进口开挖过程中，边坡支护及时跟进。锚索施工完成后，进行进口渐变段上半洞开挖。上半洞开挖完成后，将进口作为隧洞上游段开挖通道使用，上游段隧洞开挖过程中，不进行渐变段下半洞开挖。导流洞进行衬砌混凝土浇筑前，最后对渐变段下半洞进行开挖。先在隧洞中间开槽，再对两侧边墙部位进行开挖。渐变段下半洞开挖完成后，立即进行渐变段混凝土浇筑。通过上述措施，在整个施工期，进口边坡和隧洞进口段一直处于稳定状态。

1.2导流洞出口

导流洞出口段地质条件相对复杂，边坡支护在导流洞出口进洞前尚未施工完成，且提前对隧洞出口段进行了下挖。开挖过程中，板岩遇大雨软化，出口段及出口边坡发生塌方。塌方后，进行了清坡及支护处理。在洞内塌方涌渣处，先浇筑了24 m隧洞边顶拱，以确保施工安全，然后再由内向外进行塌方段的开挖。塌方处理完成后，出口段隧洞和边坡稳定。

1.3施工总结

导流洞进出洞是隧洞工程的关键项目。在软岩地区进行隧洞进出口开挖应高度重视以下几点：①边坡支护的及时性。在进洞或出洞前应确保边坡支护完成，边坡处于稳定状态。②进出口不应在浇筑混凝土前全断面开挖到位。为确保交通通道畅通，可先进行上半洞开挖或中导洞开挖，在边坡经历了汛期考验及隧洞其他段开挖完成后，最后对进出口段进行下挖或扩挖。开挖完成后，立即进行混凝土浇筑，从而确保进出口的安全。③在地质条件复杂、边坡和洞室稳定性较差的情况下，可在施工支洞部位由内向外进行洞室的开挖支护工作。

表1计算成果

等效隧洞半径/m塑性区深度/m径向变形/mm不及时支护及时支护不及时支护及时支护临界支护力Pcr/MPa支护后安全系数Fs支护方式7.56.23.0105.556.00.701.23ϕ25、L=4.5m的锚杆,喷20cm厚混凝土及间距1.0m钢拱架

2　隧洞支护

本工程导流隧洞典型断面开挖尺寸为13 m×15 m(宽×高)。隧洞通过地层岩性多为板岩，局部夹少量变质粉～细砂岩，呈薄层状或块裂状结构，节理、裂隙、构造及地下水发育，地下洞室围岩稳定条件总体较差。针对导流洞IV类围岩开挖后遇水易软化的特点，采用“收敛变形-约束方法”对洞室开挖后的支护方式和支护时机进行变形及稳定性分析。假定隧洞为圆形，其他不同形式断面均可采用面积等效法将其假定为圆形断面进行计算，洞身受均布压力作用。导流洞城门洞形断面等效为圆形断面后，断面半径为7.5 m。假定支护措施离掌子面2.0 m进行施加，即爆破进尺为2.0 m，爆破清渣后立即支护。洞周塑性区见图1。隧洞变形收敛率与隧洞支护压力的关系见图2。计算成果见表1。

图1　洞周塑性区

图2　隧洞变形收敛率与隧洞支护压力的关系

从表1可知，洞室如不及时支护，则洞周塑性区开展深度为6.2 m，塑性区开展范围大，围岩稳定性差；假定支护措施离掌子面2 m施加，采用φ25、L=4.5 m锚杆，喷20 cm厚混凝土及间距1.0 m钢拱架进行及时支护，支护后洞周塑性区深度为3.0 m，洞室安全系数为1.23，洞室稳定性较好。

实际施工过程中，对Ⅲ类围岩洞段采用了φ25、L=4.5 m锚杆，喷20 cm厚混凝土及间距1.0 m钢拱架进行及时支护；对IV类围岩洞段采用了φ25、L=6 m锚杆，喷20 cm厚混凝土及间距0.7 m钢拱架进行及时支护，洞室开挖支护后稳定。实际施工效果表明，软岩地区隧洞在开挖过程中，支护措施及时跟进，能有效减小开挖后塑性区深度的开展。同时，还能及时封闭岩石表面，避免岩石软化加剧，从而有效地保障隧洞的整体稳定。

3　地下水引排

在地下水丰富的软岩地区，地下水对边坡及洞室稳定均会造成较大影响，应采取措施对地下水进行有效引排，从而确保在施工过程中边坡和洞室的稳定。

3.1导流洞进口

本工程导流洞进口段上下游侧各有1条冲沟发育，进口段节理和裂隙发育，地下水丰富，地下水对进口边坡和进口段洞室稳定造成较大影响。施工过程中，在导流洞进口边坡设置2排10 m深排水孔；导流洞轴线正上方的洞脸一锁口锚索造孔(深25 m)后，水直接从孔口流出，现场将此锚索孔调整为排水孔使用。在进水塔浇筑前，此排水孔一直有效排水。在进口段的洞顶位置设置系统排水孔，排水效果明显。通过以上措施，有效排除了导流洞进口边坡内的地下水，对进口边坡及进口段洞室开挖期的稳定起到了重要作用。

3.2导流洞出口

导流洞出口段的稳定与边坡稳定紧密相连。出口边坡岩层为顺层薄层状板岩，该边坡主要破坏模式为沿板理面产生的顺层滑动，地下水对岩层层面间的摩擦系数影响较大，对边坡的稳定造成较大影响。施工过程中，在洞脸边坡布置2排10 m深的排水孔，排水效果不甚明显。在出口段洞内，在集中渗水部位布置了35 m深的排水孔。排水孔由洞顶打入，深入到出口边坡内部，有效地排除了边坡内部地下水，对隧洞出口边坡及隧洞出口段的稳定起到了重要作用。

3.3隧洞洞身

导流洞洞内局部洞段地下水丰富，岩石在地下水的作用下软化明显，洞室稳定性较差。在地下水丰富洞段，布置系统排水孔结合随机排水孔，系统排水孔主要针对整体排水，随机排水孔主要针对局部渗水明显部位。通过系统排水和重点排水，地下水丰富洞段开挖支护后隧洞稳定。由于导流洞前期开挖有效排除了山体的地下水，布置于导流洞上方的引水隧洞在后期开挖过程中渗水不明显，引水隧洞开挖未受地下水影响。

4　固结灌浆

4.1导流洞进口段

导流洞进口段41 m范围原本布置了5 m深的固结灌浆，但实际施工时，此段固结灌浆未施工。导流洞下闸后，随着库区水位的上升，导流洞进口段D0+025桩号监测实测值显示，导流洞进口段各部位的水头折减系数分别为：顶拱1.0、左侧边墙腰部0.55、右侧边墙腰部0.65、底板0.60。

进口段水头折减系数大，甚至出现顶拱部位承受全水头。原因主要为：导流洞进口上下游各有1条冲沟，冲沟对此段围岩的切割严重，地下水丰富，岩石渗透性好；此段固结灌浆未施工，未对洞顶回填灌浆不密实处、混凝土喷层及一定深度范围的岩石层形成有效固结。

4.2导流洞堵头段

本工程在导流洞堵头段及其前后10 m范围内原本布置了5 m深固结灌浆，但实际施工时，此段固结灌浆未施工。导流洞堵头施工完成后，库区水位继续上升，堵头前洞室充水，水压与库区水位一致。在导流洞堵头廊道内和堵头后10 m范围内对堵头段打孔进行固结灌浆，但孔内有水流出，给灌浆工作造成较大困难。堵头段预埋的监测仪器显示此段岩石与衬砌间的水压力较大。主要原因是：此段衬砌后的固结灌浆未施工，未对洞顶回填灌浆不密实处、混凝土喷层及一定深度范围的岩石层形成有效固结。

4.3施工总结

导流洞下闸蓄水期间及下闸蓄水后，衬砌完成后施工的固结灌浆对导流洞进口段、堵头段、堵头前其他隧洞段(过冲沟段、渗水严重段、节理和裂隙发育段等)围岩结构进行加固，提高了围岩的整体性及抗渗透性。同时，对导流洞顶拱回填灌浆不密实处及衬砌与岩石之间的混凝土喷层起到较好的固结作用，提高了衬砌外围整体的抗渗透性，降低了外水压力的渗透系数，提高了衬砌结构的安全性。因此，隧洞衬砌结束后，应充分重视堵头段及堵头前隧洞固结灌浆段的灌浆质量，为后期的蓄水和堵头封堵工作做好前期工作。

5　结　语

南欧江六级水电站导流洞通过的地层主要为板岩，遇水易软化，且地下水丰富；隧洞开挖洞径大，洞室稳定性较差，施工难度较大；下闸蓄水期间，导流洞进口段衬砌承受较大外水水头。经过共同努力，克服了导流洞施工中遇到的诸多困难和问题，并经历了实践考验。南欧江六级水电站导流洞施工成功经验，可为软岩地区其他类似工程提供参考。

[1]王维富. 炭质板岩地层隧道施工要点及大变形防治措施[J]. 隧道建设， 2010， 30(6)： 698- 700．

[2]杨长京. 浅埋土质软岩隧道洞口段施工技术 [J]. 隧道建设， 2006， 26(4)： 81- 83．

[3]宋人武. 全断面炭质板岩破碎带隧洞变形处理及开挖支护施工技术[J]. 科技与生活， 2011(17)： 138- 139．

[4]孙欢欢. 炭质板岩隧道围岩变形特性与支护参数研究[D]. 长沙： 中南大学， 2012．

[5]董淑练， 黄明琦， 丰传东. 软弱地质条件下隧道开挖新方法探讨[J]. 隧道建设， 2009， 29(2)： 158- 161．

(责任编辑杨健)

Construction Technology of Diversion Tunnel of Nam Ou 6 Hydropower Station in Laos

GONG Mingpeng, LI Hongxiang

(PowerChina Kunming Engineering Corporation Limited, Kunming 650051, Yunnan, China)

The diversion tunnel with a large diameter in Nam Ou 6 Hydropower Station locates in slate area. Because the surrounding rock is lamellar structure and the joints, cracks and structure are developed, the stability of tunnel surrounding rock is poor. By adjusting the construction programs of tunnel’s inlet and output, supporting timely, discharging groundwater and controlling the quality of consolidation grouting, the normal excavation of diversion tunnel is ensured．

diversion tunnel; construction technology; Nam Ou 6 Hydropower Station; Laos

2016- 03- 08

龚明鹏(1980—)，男，四川西昌人，高级工程师，主要从事水电站水工设计工作．

TV551.12

A

0559- 9342(2016)05- 0071- 03