特长特大导流洞洞室快速施工技术研究

宿 银 山， 龙 伦 刚

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川 成都 611130)

0 引 言

水电工程建设往往位于地形地质条件较为复杂的地区，施工道路布置困难，地下洞室群错综复杂，施工难度大，合同工期较短。这些洞室群具有开挖断面大，洞身轴线长等特点，采用高效的施工方法、先进的施工设备、合理组织施工是保证工程质量与进度的关键[1-3]。

拉哇水电站位于金沙江上游川藏河段，属一等大(Ⅰ)型工程，总装机容量2 000 MW，多年平均年发电量90.89亿kWh(梯级联合)。枢纽主要建筑物由挡水建筑物、泄洪消能建筑物、地下输水发电系统等组成。挡水建筑物采用混凝土面板堆石坝，坝顶高程2 709 m，坝顶长度398 m，最大坝高239 m。大坝施工采用隧洞导流方式，布置有2条导流隧洞。洞身轴线平行布置，轴线平面上由上游直线段、转弯段和下游直线段组成，轴线间距35 m。①导流隧洞轴线长2 189.823 m，洞身结构长2 126.75 m，标准断面尺寸为17 m×19 m(宽×高)，属特大断面洞室。②导流隧洞轴线长2 266.33 m，洞身结构长2 208.95 m。

导流洞洞身轴线长，开挖断面大，支护工程量大，施工难度高。工程施工采用了分部开挖、分区支护，增设施工支洞，优化爆破设计，加强施工组织管理等措施，保证了施工安全，提高开挖支护施工质量，提升了施工效率，也保证了施工进度。

1 导流洞工程施工技术难点

电站坝址河段为峡谷地形，山高坡陡，地质条件复杂，施工布置条件差。导流隧洞标准断面尺寸大、洞身轴线长、施工质量要求高，施工难度大。

1.1 地质条件复杂

坝址区右岸山体雄厚，岸坡陡峻，地表多暴露弱风化基岩，从山顶至河谷依次暴露蚀变角闪片岩、绿泥角闪片岩、云母石英片岩、绢云母片岩(Ptxna-5)、大理岩(Ptxna-4)、角闪片岩、绿泥角闪片岩(Ptxna-3)、大理岩(Ptxna-2)和角闪片岩(Ptxna-1)地层，岩层产状总体上为N10°～60°W，SW∠35°～50°。

坝址区右岸断层不甚发育，导流洞进口洞段未见有断层发育，但洞身段发育断层F316、F317、 F318、F331及F126，出口洞段发育断层F323。总体来看，导流隧洞洞身段围岩以Ⅲ2、Ⅲ1类围岩为主、成洞条件较好，对施工较为有利，但在导流隧洞进、出口强卸荷带及少量断层带附近洞段围岩为Ⅴ类，进、出口弱卸荷带洞段围岩为Ⅳ类，开挖期围岩稳定问题突出。

1.2 施工难度高、工程量大

①导流隧洞标准断面尺寸为17 m×19 m(宽×高)。②导流洞隧洞弧门上游标准过水断面尺寸为7.5 m×8 m(宽×高)，弧门下游段过水断面7 m×15 m(宽×高)。最大开挖断面达29.56 m×25.28 m，属特大型断面开挖，石方开挖量合计约101.5万m3，开挖工程量大，施工强度高。同时导流洞洞室断面尺寸大，围岩自稳能力差，难以一次快速开挖成型，制约开挖施工进度。

①导流隧洞轴线长2 189.823 m，洞身结构长2 126.75 m。②导流洞隧洞轴线长2 266.33 m，洞身结构长2 208.95 m，为国内在建、已建的最长导流洞工程。导流洞洞身轴线长，对外洞口少、转弯多，加之工作面多，通风散烟难度较大，影响施工效率。

导流隧洞支护措施主要有锚杆、喷混凝土、挂网钢筋、钢格栅拱架等。其中锚杆合计38.5万根，挂网喷混凝土2.77万m3，钢筋网364.89 t，钢格栅拱架872.634 t，支护工程量大。导流洞洞室开挖断面大，围岩稳定性差，在开挖完成后，及时进行支护施工至关重要。

1.3 开挖质量要求高

导流洞过流期长，过流流速高，开挖质量要求较高。为保证开挖质量，不仅需要根据地质情况因地制宜地进行爆破设计，还需要选用经验丰富的钻孔施工人员，严格控制好钻孔精度。同时为了减少对围岩的爆破破坏，残留炮孔壁面不产生明显爆破裂隙，往往采用短进尺、少药量、多循环的方式进行施工。这些因素都较大地制约了施工进度。

2 快速开挖支护施工方法

导流隧洞工程量大、施工难度高、工期紧张，采取了增设施工支洞、分区施工等多种措施，达到了快速施工的目的。

2.1 增设施工支洞

导流隧洞洞身轴线长，进出口边坡陡峭，施工道路布置困难，无法由进出口直接向内开挖主洞。通过增设施工支洞，快速形成多个施工作业面是切实可行的施工措施[4]。导流洞工程共设置了6条施工支洞，施工支洞布置图见图1。其中⑤支洞和⑧-1支洞负责闸室段开挖支护，导①～导④支洞负责导流洞洞身段开挖支护，各施工支洞控制施工长度约500 m。导①～导④支洞又分为上支洞和下支洞两条岔洞，其中上支洞承担①导流洞洞身段上层开挖支护施工，下支洞承担①导流洞洞身段中下层及②导流洞洞身段开挖支护施工。采用增设施工支洞的方法，增加了施工作业面，加快了施工进度，同时减少了施工通风散烟距离，极大限度提高了施工效率。

图1 施工支洞布置图

2.2 分部开挖和分区支护

导流洞洞室开挖断面大，一次开挖成型施工难度大，安全风险高。为确保围岩成洞稳定及施工安全，采取以分部开挖、分区支护的方式进行施工[5-7]。总体施工程序为先进行①、②导流洞上层开挖，同步跟进支护施工，待①、②导流洞上层开挖支护施工基本完成后，进行①导流洞中层开挖，同步跟进支护施工，最后进行①、②导流洞下层开挖支护施工。①导流洞采用分层进行开挖，洞身分上、中、下(保护层)三层施工，上层采用三臂凿岩台车钻孔为主，局部手风钻辅助，设计轮廓光面爆破，中层开挖采用垂直预裂爆破进行施工。其中上层开挖根据围岩地质条件，又分为“导洞开挖法”和“半洞开挖法”(见图2)。地质条件较差时，采用“导洞开挖法”进行施工，先开挖出导洞，逐步释放岩体卸荷应力，充分发挥岩体自承能力，有利于岩体稳定。导洞开挖30～50 m后，进行扩挖施工。地质条件较好时，为加快施工进度，采用半洞开挖的方法进行施工。为确保施工安全，两个半洞开挖掌子面间距不小于30 m。因采用分部开挖，相当于大断面洞室被拆分为多个小断面洞室，开挖完成后，岩体自稳性好，支护施工可根据现场施工情况分区集中进行，减少了施工干扰，保证了开挖支护施工连续性，加快了工程进度。

图2 导洞开挖法和半洞开挖法

2.3 选用高效施工设备

导流洞开挖工作面多，开挖支护工程量大，保证开挖支护施工资源配置充足，选用高效施工设备，提升施工效率是加快工程进度的关键。上层开挖支护造孔施工主要采用阿特拉斯·科普柯Boomer353E多臂台车进行。多臂台车打孔作业时，采用机械臂定位，开孔位置准确，钻孔间距控制较好，同时成孔效率高，移动便利迅速，有效减少了施工干扰，大大提高了开挖支护施工进度。

2.4 优化爆破设计

为提升开挖施工质量，施工前进行爆破试验，根据试验选取合适的爆破施工参数。光爆孔孔深3.5 m，间距0.5 m，单孔装药量0.8 kg。主爆孔孔深3 m，间排距0.6～0.8 m。采用小直径药卷、低密度、低爆速炸药，绑扎在竹片上形成串状装药结构，装药结构采用不耦合装药，控制好堵塞质量，采用高精度毫秒雷管起爆，提升开挖质量。结果表明，采用合适的爆破施工参数，保证了开挖施工质量。同时避免了围岩爆破破坏，保证了施工安全，提升了施工进度。

2.5 加强监测

洞室开挖过程中根据地质情况、开挖部位及洞室结构特点，设置临时动态变形观测点、围岩收敛监测断面及爆破振动观测点进行监测，根据变形观测数据分析结果，对开挖过程中洞室稳定进行评判，进而对开挖、支护程序的调控进行指引，并根据量测信息反馈结果，调整各单项工序的施工参数。监测成果显示，导流洞开挖施工过程中，围岩变形量较小，为快速施工提供了数据支撑，保证了施工安全，加快了施工进度[8]。

2.6 加强施工组织管理

导流洞工程规模大，施工工序多，作业面广，工期紧，施工强度高。结合导流洞施工实际情况，统计各关键工序效率，各施工设备施工工效，按照施工进度计划安排，配备了足够的施工人员及设备，保证了施工强度。同时通过加强协调管理，合理组织施工，保证了各工序之间紧密衔接，减少了工序之间间隔时间，形成流水施工，避免了作业面闲置，极大地提升了施工进度。

3 结 论

针对坝址区地质条件复杂、施工难度高等问题，研究了复杂地质条件下特长特大导流洞洞室快速施工技术，同时研究了增设施工支洞、分区施工、选用高效施工设备、优化爆破设计、加强监测和加强施工组织管理等措施对特长特大导流洞洞室施工工效的影响。同时，通过增设施工作业面、减少施工干扰、加强工序衔接等手段，达到了工程按期完成的目的。结果表明，在地质条件复杂及施工难度较大的工程中，采用高效的施工方法、先进的施工设备、合理组织施工等，可有效地提高施工效率、加快施工进度。研究结果对类似工程具有一定的参考价值。