猴子岩水电站溢洪洞开挖支护方案的动态调整

代 萍，马利伟

(1.四川电力职业技术学院，成都，610072；2.四川省林业调查规划院，成都，610081)

猴子岩水电站溢洪洞开挖支护方案的动态调整

代 萍1，马利伟2

(1.四川电力职业技术学院，成都，610072；2.四川省林业调查规划院，成都，610081)

猴子岩水电站溢洪洞属于特大断面洞室，埋深浅、地质条件复杂，根据实际揭示的地质情况和边界条件，在施工中对开挖支护方案进行了动态调整，包括进洞方案、洞身开挖方案、中下层边墙支护方案的调整。通过开挖支护方案的动态调整，在确保安全的前提下加快了施工进度和节约了工程投资。该工程溢洪洞开挖支护方案的调整措施，可为浅埋深特大断面隧洞的类似工程提供经验借鉴。

特大断面 溢洪洞 开挖支护 动态调整

1 工程概况

猴子岩水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，水库正常蓄水位1842m，相应库容为6.62亿m3，电站具有季调节能力。工程主要任务是发电，电站装机容量1700MW(425MW×4台)，水电站枢纽建筑物主要由拦河坝、两岸泄洪及放空建筑物、右岸地下引水发电系统等组成。拦河坝为混凝土面板堆石坝，右岸布置1条溢洪洞和1条泄洪放空洞，左岸布置1条深孔泄洪洞和1条非常泄洪洞。

溢洪洞由开敞式进口段、无压洞段、明渠泄槽段和出口挑流鼻坎段组成，总长1154.20m。进口为WES型实用堰型，堰顶高程1818.00m，闸顶高程1848.00m，孔口尺寸15.00m×24.00m(宽×高)，闸室段长42.00m；无压隧洞断面型式为城门洞型，总长825.00m，断面尺寸为15.0m×23.0m(宽×高)，顶拱高5.0m；明渠泄槽段断面为15.0m×16.0m(宽×高)的矩形明渠，出口挑流鼻坎体型采用斜鼻坎。

2 溢洪洞进洞方案的调整

2.1 边界条件

猴子岩水电站工程泄洪具有“水头高、泄量大、河谷窄、岸坡陡、下游河道及岸坡抗冲能力较低”的特点，受上游右岸磨子沟、下游左岸泥洛堆积体等限制，枢纽建筑物布置紧凑。右岸2000m高程以下地形坡度一般为55°～60°，不具备布置开敞式岸边溢洪道的地形条件，因此采用了“前隧洞、后明槽”的布置型式。为了减少隧洞长度和结合现场实际地形，溢洪洞进口布置与坝肩开挖相结合。大坝坝肩开挖于2011年8月开始，此时泄洪工程未招标，为了便于工程管理和避免后期溢洪洞进口开挖与坝肩开挖之间的施工交叉干扰，坝肩开挖过程中完成了溢洪洞进口边坡开挖，泄洪工程承包人进场后可直接进行洞身开挖。

2.2 投标阶段的施工方案

溢洪洞洞身的最大开挖断面为18.4m×26.2m，由于进口已开挖至底板高程，无施工通道至顶拱层开挖中导洞。投标阶段的施工方案为：①从溢洪洞洞口沿右侧洞壁开挖一条斜坡导洞至顶拱层，然后水平转向90°开挖至溢洪洞左侧边墙；②沿顶拱层左侧洞壁向进口方向开挖一条水平导洞贯通进口，并以斜坡导洞和水平导洞为施工通道，从进口端向出口端方向将进口段洞身前70m左右的顶拱层开挖成型并完成支护施工；③从溢洪洞进口端的顶拱层底板开始，将中下层逐步分层向下垂直钻孔爆破开挖，逐步形成一条连通溢洪洞底板和顶拱层底部的斜坡道，并与进洞口外的施工道路连通；④以斜坡道为施工通道，依次进行顶拱层、中层、下层及底板保护层的开挖。上述方案中，斜坡导洞和水平导洞的长度共计约310m。

2.3 实施阶段的施工方案

承包人按照招标阶段的施工方案进行斜坡导洞开挖，开挖3m后，揭示该段岩石级别为Ⅳ类围岩，属于强卸荷弱风化带，岩体呈块裂结构、较破碎，顶拱易出现塌方，开挖中需增设临时安全支护措施，即格栅钢架和挂钢筋网喷混凝土支护。设计地质预报进口段50m为Ⅳ类围岩(实际揭示进口段97m为Ⅳ类围岩)，该范围内的斜坡导洞和水平导洞均需设置临时安全支护措施，且临时安全支护措施无法与永久安全支护措施结合，临时支护占直线工期且对投资控制不利。

根据现场揭示岩石条件和实际边界条件，对洞身进口段的开挖方案进行了调整。在溢洪洞进口回填一条斜坡道至溢洪洞洞口，由于交通洞洞口至溢洪洞洞口的距离约60m，在满足装载机通行要求的坡度下，斜坡道仅能至洞身中部高程。斜坡道填筑过程中，在洞口处形成一个施工平台便于爆破时停放钻爆台车。斜坡道形成后，采用斜坡导洞(约50m长)的方式开挖至顶拱层，进行顶拱层全断面扩挖，后再反向扩挖进口段，反向扩挖时，利用上一开挖循环的部分渣料，形成支护施工平台和下一开挖循环的钻爆施工平台。在洞身顶拱层向出口端方向开挖过程中，对斜坡道的坡度不断降低以满足自卸汽车通行要求。由于进口段埋深浅、岩石条件差，斜坡导洞开挖过程中均及时采取了临时安全支护措施。

实施阶段的施工方案较投标阶段的施工方案有以下优点：一是导洞的长度由310m缩短至50m，进口段开挖所占的直线工期缩短；二是临时安全支护措施减少，有利于工程投资控制。

3 溢洪洞洞身开挖方案的调整

3.1 投标阶段的施工方案

溢洪洞洞身段划分成上、中、下和底板保护层共4层，进行分层开挖，Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类围岩的开挖方案相同。顶拱层采用中导洞先行，两侧扩挖跟进的开挖方法施工，中导洞宽度7.0m，顶拱轮廓与溢洪洞对应部位的顶拱重合，两侧扩挖滞后于中导洞2～3个爆破循环，初喷混凝土和随机锚杆紧跟掌子面，顶拱层系统支护滞后开挖掌子面30m～40m。中、下层采用中间垂直钻孔梯段爆破、两侧边墙光面爆破的开挖方法依次施工。底部保护层分左右半幅交替开挖施工，以保证下层施工交通畅通，采用气腿钻机水平钻孔爆破开挖，底板及两侧边墙采用光面爆破。

3.2 实施阶段的施工方案

3.2.1 顶拱层开挖

Ⅲ类围岩段，现场揭示围岩条件较好，对投标阶段的开挖方案进行了调整。采取全断面一次性完成造孔(中间直孔掏槽，周边光面爆破)、一次性完成装药爆破、非电网络进行施工的方案，加快了开挖进度。

Ⅳ类、Ⅴ类围岩段，现场揭示围岩条件较差且埋深浅，在确保安全的前提下，对投标阶段的开挖方案进行了优化调整。采用全断面台车一次性造孔，然后分两个半幅进行爆破，对先爆破的半幅渣料进行简单整平和排险，并形成后半幅爆破的临空面后，再对另半幅进行装药爆破，最后将两个半幅的渣料一起挖装运输，渣料挖装运输完成后立即进行全断面支护。在先爆破的半幅爆破前，将另半幅两排崩落孔和周边孔，用与孔径大小相当的PVC管插入孔内，以防止塌孔堵塞现象。先施工的半幅采用直孔掏槽，周边孔采用光面爆破；后施工的半幅以先施工的半幅为临空面，采取分段爆破，周边孔仍采用光面爆破。

3.2.2 中下层开挖

投标阶段采取的中间垂直钻孔梯段爆破方案，易对边墙岩体产生拉裂破坏，无法保证边墙成型效果，因此在实施阶段，洞身段中下层开挖采用了“深层预裂、浅层开挖”的方案。即边墙结构面采取一次性造孔深孔预裂爆破，中部采用分层松动梯段微差爆破，预裂孔前设置一排缓冲孔。中下层分两个半幅进行开挖，为减少爆破对浅埋深边坡的震动，确保边坡稳定，先开挖靠山体内侧的半幅，以便在开挖靠外侧山体半幅时，已形成较好的临空面。溢洪洞部分洞段的下部有其它洞室交叉通过，洞室之间的岩埂厚度一般在15m左右，为了避免爆破开挖过程中对下部洞室的影响，中下层的开挖采用薄层、短进尺、弱爆破的方式，分层厚度不大于3m，每循环的进尺不大于5m。

4 溢洪洞中下层边墙支护方案的调整

4.1 设计支护方案

设计蓝图中，Ⅳ类围岩段的初期支护方式为沿边墙和顶拱设置格栅钢架(18cm×18cm)，排距1.0m，沿边墙及顶拱挂网喷C25混凝土(挂网钢筋φ8@15cm×15cm，喷混凝土厚20cm)，顶拱设置φ28L=6.0m、φ32L=9.0m交错布置的系统锚杆，间排距1.5m，边墙设置φ28L=6.0m的系统锚杆，间排距1.5m，拱脚范围设置两排φ32L=9.0m加强锚杆，混凝土衬砌厚度为1.5m。

4.2 支护方案的调整

洞身Ⅳ类围岩段中下层采用“深层预裂、浅层开挖”的开挖方法后，部分边墙成型效果较好，参建各方在查看现场地质条件后对原支护参数进行了深入分析讨论，并做出了优化调整。设计单位以设计通知明确，边墙围岩不稳定的部位，初期支护参数与设计蓝图一致，边墙围岩局部稳定性差的部位，初期支护措施部分减少。边墙围岩局部稳定性差的部位，初期支护参数与设计蓝图比较，取消了格栅钢架，喷混凝土的厚度变为10cm，混凝土衬砌厚度变为1.4m，其他参数未变。根据现场揭示地质条件对支护参数进行了动态调整，加快了支护施工进度，节约了工程投资。

5 结语

目前，国家对水电站工程建设的环境保护越来越重视，从水电站长期运行安全、减少乃至杜绝植被破坏、减少水土流失等方面综合考虑，水电站泄洪建筑物采用隧洞的形式会越来越多，特别是大泄流量的浅埋深特大断面洞室。本文以猴子岩水电站溢洪洞为例，阐述了洞室开挖支护方案随地质情况和边界条件变化的动态调整方案，归结为以下几个方面：

(1)针对高度大的特大断面洞室，洞身进口段采用填筑斜坡道至洞身中部，进行斜坡导洞开挖至顶拱层后再反向扩挖的方案，取代了常规从洞底斜导洞法至顶拱层，再反扩的施工方案；

(2)Ⅲ类围岩段顶拱层开挖采用全断面一次性钻爆开挖的施工方法，Ⅳ类围岩段顶拱层采用全断面一次性钻孔、分两个半幅爆破的施工方法，取代了常规的中导洞法和前后半洞法；

(3)洞身段中下层采用“深层预裂、浅层开挖”的开挖方法，取代了中间松动爆破、侧墙预留保护层进行水平光面爆破或垂直光面爆破的开挖方法；

(4)根据揭示的地质条件和边墙成型效果，减少了部分支护措施。

通过对开挖支护方案的动态调整，在确保安全的前提下加快了施工进度和节约了工程投资，对类似工程具有一定的借鉴价值。

TV732.3∶TV554.1

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2095-1809(2017)01-0033-03