博瓦水电站引水隧洞三岔口开挖与支护技术浅析

翟好科

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001）

0 引言

水电站引水隧洞工程主体施工过程中，支洞与主洞交叉口段为关键施工区域，该段围岩应力分布复杂，空间跨度大、作业难度大，施工安全尤为重要[1]。本文以博瓦水电站引水隧洞工程3#支洞为例，论述了隧洞三岔口综合加强支护的开挖方法。

1 工程简介

博瓦水电站位于四川省凉山州木里县，2015年7月19日开工建设，预计总工期44个月，受隧洞围岩地址条件较差，以及地处偏远高海拔山区交通不畅影响，工期拖延2020年底。电站是水洛河干流河段“一库十一级”水电开发方案中的第八级水电站，分别与上游新藏水电站和下游宁朗水电站相衔接。

电站采用引水式发电，装机容量168 MW。电站左岸引水隧洞全长14.188 km；闸厂址相距约16.2 km。工程主要任务为发电，兼顾下游生态环境用水要求，投产后，每年可向四川电网提供6.933/7.341亿kW·h(单独/联合)的电量。

2 博瓦水电站引水隧洞三岔口规划

博瓦水电站C2标段引水隧洞起点桩号为隧1+640，终点桩号为隧5+585，长3945 m。3#支洞长度635 m，支洞交主洞桩号K0+635，上坡洞坡度+0.8%，交叉点主洞桩号隧4+648.908，主洞开挖断面10.02×9.28 m，主洞、支洞交叉口段平面图见图1。支、主洞交叉口为隧洞关键区域，开挖跨度大、应力分布复杂、作业难度大，为了保证洞身安全稳定，隧洞三岔口采取了非常规立体支护开挖技术。

根据进度，3#支洞剩余40 m，考虑3#洞掌子面围岩情况，存在节理面发育、岩石破碎、夹杂粉质岩层，难以自稳等特点，属V类偏差围岩。为减小斜交进洞山体产生的不均衡应力，因此，从支洞与主洞相交的右边墙后退10 m，正交进洞。

图1 主洞、支洞交叉口段平面图

3 方案设计及实施

3.1 三岔口实施流程

支洞影响段开挖支护→支洞爬坡异形段施工→主洞左边墙重叠段上层开挖、临时支护→主洞支洞重叠段上层开挖支护→主洞上、下游上层开挖支护→各洞段下层开挖支护→主洞钻爆台车组装→引水隧洞上、下游开挖支护施工。

3.2 三岔口支洞段施工

该洞段位于三岔口附近，上下游掌子面爆破频繁扰动该段围岩，另三岔口段是山体围岩应力最为集中处，易出现应力释放、坍塌等事故，引水隧洞施工的唯一通道，在交叉口段采用弱爆破，超前支护和强支护的施工原则。

根据洞室振动影响和安全距离，3#支洞三岔口段分为：三岔口影响段10 m、三岔口爬坡异形段5 m、支洞主洞重叠段10.02 m。主洞、支洞交叉口段开挖见图2。

图2 主洞、支洞交叉口段开挖示意图

3.2.1 三岔口影响段施工

根据3#支洞围岩现状，岩石破碎、节理面发育，并伴有薄厚不均的软弱夹层，需提前做好进入三岔口段加强支护的准备，具体措施如下：

（1）开挖。三岔口影响段，分段弱爆破，每循环2.0 m内。

（2）锚喷。在原设计V类围岩系统支护参数的基础上加强支护，参数：每榀钢拱架增加锁脚锚杆7个部位10根，锁脚锚杆长4.5 m，Φ25螺纹钢筋，原设计V类围岩系统锚杆长4.5 m，锚杆直径Φ25螺纹钢筋，间排距1.5 m，梅花形布置，锚杆头外露20 cm；利用钻爆台车YT-28手风钻钻D50 mm孔，注浆采用GS30EB锚杆注浆机，所有锚杆均为砂浆锚杆，浆液采用水灰比0.4:1的浓浆，人工持注浆管从孔底慢慢拔出，保证浆液充满孔内，然后人工将锚杆体打插入孔内，施工工艺不再详述。挂网网格15 cm×15 cm，采用Φ8 mm盘圆钢筋调直后人工挂网，网片与系统锚杆头绑扎固定，局部采用膨胀钩加固；C20喷砼厚度20 cm，采用潮喷法。位置：左边墙中部1根、右边墙中部1根、左侧起拱线以下30 cm设1根、右侧起拱线以下30 cm设1根、左侧起拱线以上30 cm设2根、右侧起拱线以上30 cm设2根、拱中2根。

（3）拱架及超前。采用18#工字钢钢拱架，间距60 cm；顶拱Φ48超前注浆导管，环距30 cm，轴向排距2.0 m。

（4）所有支护工序紧跟掌子面。

3.2.2 爬坡异形段施工

三岔口10 m影响段开挖支护后，开始向主洞右边墙方向向上18°角爬坡开挖，保证支洞顶拱平顺连接主洞拱顶，底板暂预留，与主洞底板落底时一并开挖。

（1）开挖。异形段，分段弱爆破，每循环1.5 m内。

（2）锚喷。在原设计V类围岩系统支护参数的基础上进行加强支护，参数：根据支洞爬升坡度的高度，与主洞相交于主洞右边墙位置，落底后支洞最高断面高7.6 m，边墙需要增加锁脚锚杆加强支护，每榀钢拱架增加锁脚锚杆7组14根，锁脚锚杆长4.5 m，锚杆直径Φ25螺纹钢筋，YT-28手风钻钻D50 mm孔，注浆采用GS30EB锚杆注浆机，所有锚杆均为砂浆锚杆，浆液采用水灰比0.4∶1的浓浆，人工持注浆管从孔底慢慢拔出，保证浆液充满孔内，然后人工将锚杆体打插入孔内，施工工艺在此不再详述。位置：左边墙均布2组各2根、右边墙均布2组各2根、起拱线以下30 cm各2根、起拱线以上30 cm各2根、拱中2根。原设计V类围岩系统锚杆长3.0 m，锚杆直径Φ25螺纹钢筋，间排距1.0 m，梅花形布置，锚杆头外露20 cm；挂网网格15 cm×15 cm，采用Φ6.5盘圆钢筋调直后人工挂网，网片与系统锚杆头绑扎固定，局部采用膨胀钩加固；C20喷砼厚度20 cm，采用潮喷法。爬坡异型段相交位置支护见图3。

图3 爬坡异型段相交位置支护示意图

（3）拱架及超前。从主洞右边墙到爬坡开始桩号，为异形洞段，主洞钢拱架右侧支腿，落底在支洞拱架拱部位置，受力较为集中，该洞段钢拱架采用18#工字钢双拱叠加，内拱与设计拱架线一致，外拱向外扩，间距75 cm，爬坡钢拱架每榀尺寸各不相同，落底后接长拱腿至地面，并完成落底后未支护段的锚喷支护工作；在爬坡开始桩号顶拱布设一排Φ48超前注浆导管，环距30 cm。

（4）所有支护工序紧跟掌子面。

3.2.3 主洞和支洞交叉重叠段施工

施工支洞变形爬坡段完成后，K0+629.673～K0+634.683～主洞左边墙段10.02 m长，进入主洞和支洞交叉重叠段施工。从主洞右边墙继续爬坡开挖，直至到达主洞拱顶，然后水平向主洞左边墙继续开挖，到达主洞左边墙后停止该阶段开挖。主洞与支洞重叠段开挖支护见图4。

图4 主洞与支洞重叠段开挖支护图

（1）开挖。支洞和主洞重叠段，分段弱爆破。从主洞右边墙至主洞轴线，每循环1.5 m内；从主洞轴线至主洞左边墙，每循环1.0 m内，避免对主洞左边墙造成较大超挖破坏。

（2）锚喷。该段为临时支护，满足主洞上层向上下游扩挖、修整断面要求，进行临时支护，参数：挂网、锚喷支护，挂网Φ6.5钢筋，网格15 cm×15 cm；临时锚杆长4.5 m，Φ25螺纹钢筋，YT-28手风钻钻D50 mm孔，注浆采用GS30EB锚杆注浆机，所有锚杆均为砂浆锚杆，锚杆间排距1 m布置；C20喷砼厚度15 cm。

（3）所有支护工序紧跟掌子面。

3.3 引水隧洞隧主洞段施工

三岔口主洞影响段30 m长，从相交点主洞桩号隧4+646.263分别向上游和下游各15 m，该洞段围岩应力集中，需要在系统支护基础上进行加强支护，满足三岔口围岩稳定需求。作为主洞的交通要道，采用弱爆破，超前支护和强支护的施工原则。根据加强支护方式和开挖先后顺序，分为三个部分：上游段、重叠段、下游段，每段10 m。

3.3.1 主洞、支洞重叠段施工

接上步工序，支洞开挖支护至主洞左侧边墙，临时支护后，顺主洞洞轴线方向，向下游对主洞上半层进行修边扩挖，下游重叠洞段5 m完成后，向上游对主洞上半层进行修边扩挖，开挖进尺1.5 m内。

扩挖洞段达到开挖线以后，立设钢拱架，钢拱架采用18#工字钢双拱叠加，内拱与设计拱架线一致，外拱向外扩，间距75 cm；支洞与主洞断面相交的部位的钢拱架，右侧拱通过一节直线拱架落脚在支洞最后一榀拱架拱部，直线拱架最大长度2.1 m，最小长度0.3 m，具体长度根据现场安装拱架时确定；每榀钢拱架增加锁脚锚杆加固支护，锁脚锚杆环向间距1.5 m，Φ25螺纹钢筋，长4.5 m；顶拱Φ48超前注浆导管，环距30 cm，轴向排距1.5 m，C20喷射砼厚20 cm。系统支护和加强支护措施同期进行，完成上半层全面支护。各个循环支护工作紧跟掌子面[2]。

3.3.2 主洞下游段、上游段施工

重叠段上半洞完成后，仍按照上、下游工作面交替施工的原则对主洞上半洞进行开挖支护，开挖循环2.0 m内。

扩挖洞段达到开挖线以后，立设钢拱架，钢拱架采用18#工字钢，间距60 cm，每榀钢拱架增加锁脚锚杆加固支护，锁脚锚杆环向间距1.5 m，Φ25螺纹钢筋，长4.5 m；顶拱打插Φ48超前注浆小导管，提前固结加强掌子面前方预开挖洞段顶拱，注浆压力0.2～0.3 MPa，浆液浓度1∶1，环间距30 cm，轴向排距2.0 m，C20喷射砼厚20 cm。

系统支护和加强支护措施同期进行，完成上半层全面支护，主洞上、下游段加强支护见图5。各个循环支护工作紧跟掌子面。

图5 主洞上、下游段加强支护图

3.3.3 隧洞下层施工（落底）

待上下游掌子面距离达30 m，进行主洞下层以及支洞异形段落底开挖支护。从支洞异形爬坡段向主洞内落底开挖，根据围岩情况确定隧洞下层开挖的循环长度，边开挖，根据各段的支护原则边支护[3]。

3.4 支洞相交部位修角

三岔口正交，转弯半径大于15 m，考虑后期砼衬砌钢筋运输以及砼罐车转弯半径，以及通风带、风水管等因素，断面相交部位边墙、顶拱适当扩挖，上、下游夹角岩体斜切45°，宽度2 m，保证支、主洞平顺连接，满足出渣车辆、砼罐车以及钢筋运输车辆平顺转弯，不剐蹭两侧洞壁及设施。

4 施工进度

3#支洞三岔口段施工，主要施工资源配置和正常支洞施工的基本相同；施工原计划65天全部完成，实际40天圆满完成，具备主洞全断面开挖掘进的条件。

5 结语

本文论述了博瓦水电站3#支洞与主洞交叉口段开挖支护方式，在隧洞围岩地质条件极差情况下，采用了提前调整支洞相交夹角、分层开挖锚固、超前支护、加强支护、叠加支护、补强加固等多种开挖支护方式，涉及了超前注浆小导管、3D叠加钢拱架、挂网喷砼、加强锁脚锚杆等技术，在3#施工支洞与主洞交叉段得到了综合应用，具有安全、快速、高效的效果，并在相邻的2#施工支洞得到验证推广。根据实际运用情况，从施工进度等方面综合评价效果良好，也为同类工程起到很好的借鉴经验。