破碎地质条件下多洞室交汇处超大断面洞室开挖技术

陈 亮，赵若有，李德政

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 都江堰，611830)

1 工程概况

锅浪跷水电站系青衣江一级支流天全河梯级开发中的龙头水库，位于四川省雅安市天全县紫石乡境内，距县城37km，为单一发电工程。本工程为混合式开发，坝址位于两河口下游约700m处，厂址位于下游约11km处的傍海腔，与建成脚基坪电站大坝衔接。电站装机3×70MW，水库正常蓄水位1280.00m，总库容1.84亿m3，具有年调节作用。

电站采用混合式开发方式，工程布置方案为：混凝土面板堆石坝、表孔溢洪洞、中孔泄洪放空洞、生态机组、引水系统(含引水隧洞、调压井、压力管道)及电站厂房(含主副厂房、安装间、GIS楼等)等。水库正常蓄水位1280.00m，总库容约为1.84亿m3，调节库容1.31亿m3，最大坝高186.30m，电站装机容量210MW，设计引用流量94.5m3/s。

锅浪跷厂房工程压力管道蝶阀室位于压力管道上平段，利用5#施工支洞的一段进行改造，高度高于5#支洞顶拱16m，两侧分别与4#施工支洞与压力管道上平段相交，承担蝶阀运行及检修工作。蝶阀室开挖断面为城门洞形。底板高程1180.62m，顶拱中心高程1203.12m，总高度22.5m，纵向跨度28.0m，宽度13.5m，断面大小为297m2，属超大断面洞室。

2 主要特点

蝶阀室所处位置为4#施工支洞、5#施工支洞及压力管道上平段交会处，该位置地质破碎、裂隙发育，围岩类别以Ⅴ类围岩居多，开挖难度大，安全风险高，且蝶阀室的施工又位于本标段关键线路上，直接关系到本标段的总工期是否能按期完成。所以如何安全快速经济地进行蝶阀室的开挖是必须解决的关键技术难题。

在超大洞室施工中，开挖难度大，安全风险高，所以开挖及支护是其最重要的、最关键的工序之一，施工过程中开挖及支护工序直接影响该项目进度、施工成本及安全。

(1)在蝶阀室开挖范围内施工一小断面导洞通往蝶阀室顶部，只作为蝶阀室的开挖施工交通及材料运输通道，不作为出渣通道。传统方式下，在类似超大断面洞室开挖中，从开挖范围以外施工一导洞作为开挖施工交通及出渣通道，此种导洞因兼顾交通和出渣，坡度较缓，约10%，导致长度较长，约220m，断面较大，且待蝶阀室施工完成后，还需进行回填固结施工，如此占用工期时间较长，所投入的人员设备和材料很大，对此工程很不经济。在开挖范围内施工小断面导洞，因不考虑作为出渣通道，只需考虑小型挖掘机及人员能上下即可，坡度能适当放大许多，约26%，可大大缩短导洞长度，导洞长度约50m，且该导洞随蝶阀室开挖进行拆除，后期不需要进行任何处理，如此施工速度快，费用也经济。

(2)在蝶阀室顶部施工一φ1.0m的溜渣竖井至5#施工支洞，作为出渣通道，在下部5#施工支洞进行集中装运施工，且能加快爆破散烟。传统方式下，主要通过导洞作为出渣通道进行出渣，出渣效率低，出渣时间长。

(3)根据实际情况蝶阀室采用分层开挖，分顶层段、中层段、底层段。顶层段分两层采用全段面开挖；中层段采用台阶式从溜渣竖井处往外进行竖向开挖；底层分5#施工支洞扩挖部分及底板部分，扩挖部分分两侧开挖，底部采用全断面开挖，每一循环开挖完成后及时进行跟进支护，采用钢支撑加挂网锚喷支护。此种方法易于保证开挖质量，且加快了施工进度，降低了安全风险。

3 开挖技术措施

在锅浪跷水电站厂房工程压力管道蝶阀室施工过程中采用了如下技术措施，确保质量、安全及进度满足要求。

3.1 施工程序

蝶阀室在高度方向分为顶层(6.2m)、中间层(7.732m)及底层(8.568m)[1]三个主要开挖区段。

整个蝶阀室开挖施工分四步进行：第一步主要进行导洞及溜渣竖井的开挖施工，以提供施工及出渣通道；第二步主要进行顶层顶拱部位开挖，以形成中间层施工平台，洞渣通过溜渣竖井进行清理转运；第三步在顶层已成型的平台上对中间层进行分层台阶式竖向开挖，并直接以5#洞承接洞渣；第四步主要对5#支洞进行改造施工，扩宽其上下游两侧至蝶阀室边界，并进行最后的底板挖除施工

3.2 导洞开挖

在开挖范围内规划一小断面导洞，设计断面3.0m×3.5m城门洞形，能满足小型挖掘机上下。导洞路线以蝶阀上游侧为起始，经U型折返至5#洞轴线顶与蝶阀室下游侧，然后直至蝶阀室顶部。导洞自开挖开始进行起坡，坡度要确保导洞绕至5#洞顶时，导洞底板与5#洞顶保持2.0m安全距离及确保在开挖范围内导洞能绕至蝶阀室顶部。导洞采用爆破开挖，周边采用光面爆破，根据现场地质条件控制开挖进尺及装药量，减少对周边围岩的扰动。临时支护采用挂网锚喷，在开挖完成后先初喷一层混凝土，约3cm～5cm，然后施工锚杆，挂钢筋网，最后喷混凝土至设计厚度。

图1 导洞平面布置示意

3.3 溜渣竖井

导洞到达顶层后，施工一溜渣竖井，直径1.0m，溜渣竖井开挖时，确保开挖直径大小满足溜渣需要及竖直度。溜渣竖井施工快贯通时，应控制装药量，减小爆破对井底口周围围岩扰动。溜渣竖井井壁挂一层钢筋网，喷混凝土5cm，防止溜渣时井壁破坏坍塌。

图2 溜渣竖井布置示意

3.4 台阶式竖向开挖

中间层进行台阶式竖向开挖，每层层高2m～2.5m，台阶宽度1.5m。在进行相邻上、下两层开挖时，要确保上层形成两个台阶宽度(即3.0m)的开挖平台。开挖按照循环依次施工直至完成中间层开挖。开挖周边采用光面爆破，爆破方向往溜渣竖井侧，能够使大量爆渣在爆破时直接被抛掷到溜渣竖井内，减少爆破后的出渣量。临时支护采用钢支撑加挂网锚喷，开挖完成后，先初喷一层混凝土5cm，施工锚杆及安装钢支撑，钢支撑间必须以φ25钢筋连接，然后挂网喷混凝土至设计厚度，每榀钢支撑必须与顶层已支护好的钢支撑对应焊接牢固，确保钢支撑的竖直度，底部应置于稳定的基础上，严禁悬空。

图3 分层分段开挖示意

3.5 顶层段开挖

顶层采用分层开挖以蝶阀室中线为界两侧分序依次循环爆破开挖，采用爆破开挖，至顶拱两侧设计线处采用光面爆破施工，保证岩面完整。临时支护采用钢支撑加挂网锚喷，开挖完成后，先初喷一层混凝土5cm，施工锚杆及安装钢支撑，钢支撑间距根据现场地质条件确定间距，最大不超过1.0m，钢支撑间必须以φ25钢筋连接，然后挂网喷混凝土至设计厚度。

3.6 中层段开挖

中间层进行台阶式竖向开挖[2]，每层层高2m～2.5m，台阶宽度1.5m。在进行相邻上、下两层开挖时，要确保上层形成两个台阶宽度(即3.0m)的开挖平台。开挖按照循环依次施工直至完成中间层开挖。开挖周边采用光面爆破，爆破方向往溜渣竖井侧，能够使大量爆渣在爆破时直接被抛掷到溜渣竖井内，减少爆破后的出渣量。

3.7 底层段开挖

底层分5#施工支洞扩挖部分及底板部分，扩挖部分分两侧开挖，底板部分全断面开挖，采用爆破开挖，周边光面爆破。底部开挖时，预留20cm，采用机械及人工开挖，以控制超欠挖。

3.8 爆破装药参数

蝶阀室开挖均采用YT-28手风钻竖向钻孔，人工装2#岩石乳化炸药，非电雷管毫秒微差挤压爆破。针对不同部位采取不同的造孔深度和装药参数，达到了良好的爆破效果，在Ⅴ类围岩居多的地质条件下，没有发生塌方事故，安全得到了保障。

3.9 支护施工

根据蝶阀室自身特点，临时支护采用钢支撑加挂网锚喷，开挖完成后，先初喷一层混凝土5cm[3]，再施工锚杆及安装钢支撑，钢支撑间必须以φ25钢筋连接，然后挂网喷混凝土至设计厚度，每榀钢支撑必须与顶层已支护好的钢支撑对应焊接牢固，确保钢支撑的竖直度，钢支撑底部增加一钢垫板并置于稳定的基础上，严禁悬空。

3.10 施工关键技术总结

在超大断面洞室开挖施工中应重点把握以下几道关键技术：

(1)施工放样。导洞位置采用全站仪进行定位，尤其要保证初始位置的正确，开始开挖后每一循环施工完成后，必须对导洞的走向及坡度进行校核，发现偏差及时纠正。

(2)导洞。设计断面3.0m×3.5m城门洞形，导洞路线以蝶阀上游侧为起始，经U型折返至5#洞轴线顶与蝶阀室下游侧，然后直至蝶阀室顶部。导洞自开挖开始进行起坡，坡度要确保导洞绕至5#洞顶时，导洞底板与5#洞顶保持2.0m安全距离及确保在开挖范围内导洞能绕至蝶阀室顶部。

(3)溜渣竖井。确保开挖直径大小满足溜渣需要及竖直度。溜渣竖井施工快贯通时，应控制装药量，减小爆破对井底口周围围岩扰动。溜渣竖井井壁挂一层钢筋网，喷混凝土5cm，防止溜渣时井壁破坏坍塌。

(4)台阶式竖向开挖。在进行相邻上、下两层开挖时，要确保上层形成两个台阶宽度(即3.0m)的开挖平台。开挖周边采用光面爆破，爆破方向往溜渣竖井侧，能够使大量爆渣在爆破时直接被抛掷到溜渣竖井内，减少爆破后的出渣量。

4 结语

锅浪跷水电站厂房工程压力管道蝶阀室开挖施工中，在开挖范围内施工一小断面导洞至洞室顶部，在洞室顶部施工一溜渣竖井，采用台阶式竖向开挖技术措施。上述施工技术很好地加快了施工进度，节约了施工成本，保证了施工质量，降低了安全风险。锅浪跷水电站厂房工程压力管道蝶阀室开挖施工技术水平在破碎地质条件下多洞室交汇处超大断面洞室开挖中处于领先水平。