罗洲坝水电站工程引水隧洞开挖设计

王佳奎，郑希娟

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春 130021）

1 工程概况

罗州坝水电站工程引水隧洞全长325.229 m，由上平段、竖井段、下平段组成。闸门井后为长度10 m的渐变段，进口处为6.5 m×7.3 m（宽×高）矩形断面，末端渐变为半径为3.65 m圆型断面。渐变段末端至引水隧洞竖井上弯段起点为上平段，长度19.10 m，中心线高程为250.35 m。上平洞与下平洞采用半径为3.15 m圆形竖井连接，竖井段长度（含上、下弯段）91.02 m，高度73.90 m，上、下弯段转弯半径均为15.0 m，转弯角度均为90°。竖井下弯段末端至厂房蜗壳进口为下平段，长205.109 m，中心线高程为175.70 m。平洞石方洞挖7 190 m3，竖井石方井挖2 840 m3。

2 施工布置

弃渣料堆存地为上坝公路下游与2号公路相接处附近，弃渣容量400 000 m3。

引水隧洞上平洞开挖石渣主要运输道路为：Ⅰ号施工支洞→232公路→2号公路→弃渣场。引水隧洞下平洞及竖井段开挖石渣运输通道：Ⅱ号施工支洞→原2号施工支洞→2号公路→弃渣场。

3 引水隧洞开挖设计

3.1 施工程序

引水隧洞开挖工程施工程序，施工准备→Ⅱ号施工支洞开挖完成→引水隧洞下平洞开挖施工；施工准备→Ⅰ号施工支洞开挖完成→引水隧洞上平段开挖施工→引水隧洞竖井段导井开挖→引水隧洞竖井段扩挖。

3.2 施工方法

根据施工布置，引水隧洞与外界连通有两条施工通道，即布置在引水隧洞上平段的Ⅰ号施工支洞和布置在引水隧洞下平段的Ⅱ号施工支洞。引水隧洞施工可根据施工支洞开挖完成情况，及时进行引水隧洞上平段及引水隧洞下平段开挖施工，由于引水隧洞断面较小，为保证开挖设计边线的平整度及工期要求，采用全断面一次开挖，中间掏槽，周边光面爆破。钻孔采用YT-28手风钻钻孔，水平掘进。待引水隧洞上平洞段施工满足反井钻机施工工作面要求后，采用反井法进行引水隧洞竖井段开挖施工。竖井开挖采用LM-200反井钻机进行导井开挖，导井直径1.4 m，开挖完成后进行竖井段扩挖施工，扩挖采用人工持手风钻钻孔，由上至下以导井为临空面梯段爆破，梯段高度3.5 m，循环进尺约3 m。开挖石渣采用3.0 m3装载机配20t自卸汽车出渣。

3.2.1 引水隧洞上、下平段开挖施工

引水隧洞上平段由渐变段和直管段组成，渐变段为方形断面渐变为圆形断面，长度10 m，直洞段为半径3.15 m圆形断面，长度20 m。根据施工布置由Ⅰ号施工支洞进入引水隧洞上平段施工，开挖方向由直洞段向渐变段掘进，与闸门竖井连通，以利于闸门竖井开挖施工，同时满足引水隧洞上平段的自然通风需要。

引水隧洞下平段开挖由4个直洞段、2个转弯段及2个渐缩段组成，均为圆形断面，最大开挖直径6.3 m，最小开挖直径5.2 m。

平洞段开挖采用全断面一次开挖，中间掏槽，周边光面爆破。YT-28手风钻钻孔，钻孔深度3.3 m，循环进尺3 m，孔径42 cm，32 mm乳化炸药，周边光爆孔采用25 mm乳化炸药。采用1 m3液压反铲扒渣，出渣采用3 m3装载机装20 t自卸车运至渣场。

3.2.2 引水隧洞上弯段及下弯段开挖施工

引水洞上、下弯段开挖分两部分进行，与上、下平洞段相接部位同平洞段一起施工，与竖井段相接部分同竖井段一起施工，与上、下平段一起施工的弯段采用钻爆法开挖，采用YT-28手风钻钻孔，周边光面爆破，非电毫秒雷管微差起爆网络，出渣采用3 m3装载机配20 t自卸汽车进行，与竖井一起施工的弯段采用先反井钻机钻设导井，再自上而下扩挖成型的施工方法，扩挖钻孔采用手风钻，周边光面爆破，非电毫秒雷管微差起爆网络，在井底采用3 m3装载机配20 t自卸汽车出渣。

3.2.3 引水隧洞竖井开挖施工

竖井的开挖先采用LM-200型反井钻机开挖导井，然后采用YT-28手风钻扩挖的施工方法进行开挖。反井钻机布置于引水隧洞上弯段开挖平台上。

1）ϕ1.4 m导井钻设。导井施工包括施工准备、反井钻机就位、导孔钻进、导井钻进等几个步骤，导井施工程序：钻井作业施工平台施工→反井钻机基础及循环水池的施工→安装液压系统冷却循环水箱→安装反井钻机并进行调试→由上往下钻进ϕ216 mm导孔→导孔贯通后，拆除导孔钻头，安装ϕ1.4 m扩孔钻头，由下往上进行扩孔施工→拆除反井钻机。

竖井段开挖采用LM-200型反井钻机进行导井开挖施工。首先钻设直径为216 mm的导孔，导孔采用导向仪控制孔向并及时纠偏，导孔贯通后，在竖井下部安装ϕ1.4 m的扩孔钻头，从下至上对导孔进行扩挖成直径为1.4 m的导井，导井开挖渣料在引水隧洞下平段内采用3.0 m3侧卸装载机装20 t自卸车出渣。

2）全断面扩挖施工。在竖井段导井开挖完成后，进行全断面扩挖至设计尺寸。全断面扩挖采用自上而下“一排炮、一支护”的施工方法进行施工，上一循环支护结束后再进行下一循环的开挖，并及时进行锁口支护施工。竖井全断面扩挖采用人工持手风钻钻孔，崩落孔采用ϕ32药卷连续装药，最外侧一圈炮孔采用ϕ25药卷连续装药减弱爆破，孔口用砂袋堵塞严实，起爆分段由内向外依次爆破。Ⅱ类围岩开挖钻孔深度为2.0 m，预计循环进尺1.8 m。开挖施工中，井口开挖采用短进尺，控制钻孔深度不超过1.5 m，减少药量，周边孔线装药密度不超过200 g/m。人工扒渣通过溜渣井溜渣至下平段，3.0 m3装载机配20 t自卸汽车在下平段装渣。竖井扩挖施工的所有设备、材料由卷扬机牵引吊笼下至工作面。

4 施工进度安排及施工设备配置

4.1 施工进度安排

引水隧洞开挖支护工期见表1

表1 引水隧洞开挖支护工期计划表

根据引水隧洞开挖支护工期安排，石方开挖高峰期为引水隧洞下平段开挖。石方开挖高峰期强度为2 800 m3/月。

4.2 施工设备配置

按照引水隧洞开挖高峰期强度2 800 m3/月计算，施工机械设备配置见表2。

表2 主要设备表

5 结语

文中重点介绍了罗洲坝水电站引水隧洞的开挖设计，包括施工通道布置、施工程序、施工方法、施工进度安排及施工设备的选型，为地下工程隧洞开挖施工设计提供参考和借鉴。