小灣電站導(dǎo)流隧洞洞身開挖及支護(hù)工程施工

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　　1工程概況

　　1.1設(shè)計(jì)參數(shù)

　　小灣水電站1#、2#導(dǎo)流洞均布置于左岸，進(jìn)口底板高程為988.0m；出口底板高程為984.984m；兩條導(dǎo)流洞平行布置，中軸線間距48m.1#、2#導(dǎo)流洞各由30米長進(jìn)口漸變段，60米長的堵頭段和標(biāo)準(zhǔn)斷面組成，兩洞長分別為861.592m、980.922m，底坡分別為0.3627%、0.3172%，襯砌斷面為16×19m及16×19.5m（頂拱不襯段）城門洞形。隧洞開挖及支護(hù)斷面根據(jù)地質(zhì)條件共設(shè)六種形式，開挖標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸有17.3×20.2、17.4×20.25、19.4×22.2、20.4×23.2四種；隧洞沿線邊墻、頂拱進(jìn)行系統(tǒng)噴錨支護(hù)；不良地質(zhì)地段掛網(wǎng)噴25cm鋼纖維砼，增設(shè)工字鋼拱架加強(qiáng)支護(hù)。

　　1.2地質(zhì)條件

　　本工程兩條導(dǎo)流洞埋深均為30～230m，最大埋深約260m，圍巖以微風(fēng)化～新鮮巖體為主，少量弱風(fēng)化和卸荷巖體主要分布在洞室的進(jìn)、出口段。圍巖巖性主要為黑云花崗片麻巖及角閃斜長片麻巖，二者均夾片巖。圍巖類別為Ⅰ～Ⅴ類，其中，Ⅳ類圍巖分布在進(jìn)口洞段，1#、2#導(dǎo)流洞Ⅰ～Ⅲ類圍巖分別占總長的81%、83.8%，Ⅳ、Ⅴ類圍巖分別占總長的19%、16.2%。洞身還分布有一條Ⅱ級斷層（F7），4條Ⅲ級斷層為F11、F5、F19、F23等。還有若干分屬Ⅳ級結(jié)構(gòu)面的小斷層、擠壓面和節(jié)理組，斷層影響帶巖體破碎。地下水以基巖裂隙潛水為主，水位一般高出隧洞頂拱30m～200m，圍巖多具微透水性。

　　1.3主要工程數(shù)量

　　石方洞挖65萬m3，噴砼1.4萬m3，錨桿3.3萬根，掛網(wǎng)76t，鋼拱架1096t。

　　1.4施工進(jìn)度

　　小灣電站導(dǎo)流隧洞開挖支護(hù)計(jì)劃執(zhí)行情況如下：

　　進(jìn)口施工支洞計(jì)劃開、竣工時間：2002年4月1日～2002年7月31日；實(shí)際開、竣工時間：2002年4月1日～2002年7月20日。

　　出口施工支洞計(jì)劃開、竣工時間：2002年6月1日～2002年12月31日；實(shí)際開、竣工時間：2002年5月30日～2002年12月20日。

　　洞身計(jì)劃開、竣工時間：2002年8月1日～2003年12月31日；實(shí)際開、竣工時間：2002年7月20日～2003年11月30日。

　　兩條漸變段上半部的開挖及支護(hù)月平均開挖強(qiáng)度5000m/月；洞身I層開挖支護(hù)平均強(qiáng)度56m/月，II層開挖支護(hù)平均強(qiáng)度78m/月，III層開挖支護(hù)平均強(qiáng)度166.26m/月；F7斷層段開挖支護(hù)平均強(qiáng)度28m/月。

　　2施工支洞布置

　　由于導(dǎo)流洞進(jìn)出口工作面受上部干擾較大，前期無法施工，經(jīng)業(yè)主監(jiān)理統(tǒng)一協(xié)調(diào)安排在上、下游各設(shè)一施工支洞進(jìn)入主洞進(jìn)行施工。進(jìn)口施工支洞為進(jìn)入導(dǎo)流洞進(jìn)口段上層工作面的施工支洞，全長339.899米，與1#、2#導(dǎo)流洞相交于導(dǎo)1#0+54及導(dǎo)2#0+85樁號；下層支洞長277.16米，與1#、2#導(dǎo)流洞相交于導(dǎo)1#0+135.266及導(dǎo)2#0+166.263樁號；出口上支洞總長837.543米，與1#、2#導(dǎo)流洞相交于導(dǎo)1#0+793.76及導(dǎo)2#0+861.613樁號；下支洞長163.628，與1#、2#導(dǎo)流洞相交于導(dǎo)1#0+755.76及導(dǎo)2#0+823.613樁號。

　　3洞身開挖支護(hù)施工

　　3.1施工總程序

　　洞身自上而下分三層進(jìn)行開挖支護(hù)。Ⅰ層開挖考慮到開挖機(jī)械性能及支護(hù)施工的需要，確定開挖高度約為8～9.55m；Ⅱ?qū)娱_挖高度為10.5m；Ⅲ層主要為保護(hù)層開挖，開挖高度1.7～3.15m。

　　單洞開挖施工程序依次為Ⅰ層→Ⅱ?qū)?rarr;Ⅲ層。Ⅰ層開挖支護(hù)完成后進(jìn)行Ⅱ?qū)娱_挖，Ⅱ?qū)娱_挖支護(hù)完成后進(jìn)行Ⅲ層開挖。

　　各層均利用施工支洞進(jìn)入主洞后分別向上、下游進(jìn)行平行作業(yè)，其中從上層施工支洞進(jìn)入完成導(dǎo)流洞洞身Ⅰ層開挖支護(hù)；利用下層施工支洞在主洞內(nèi)向上、下游升坡10%至Ⅱ?qū)拥酌妫瓿蓪?dǎo)流洞洞身Ⅱ?qū)娱_挖支護(hù)；從下層施工支洞進(jìn)入導(dǎo)流洞底部進(jìn)行Ⅲ層的開挖支護(hù)。

　　3.2施工隊(duì)伍配置

　　進(jìn)、出口各配置一個開挖隊(duì)伍，每個開挖隊(duì)各設(shè)一個臺車鉆爆班、一個手風(fēng)鉆鉆爆班和一個支護(hù)班。

　　3.3常規(guī)洞段開挖支護(hù)施工

　　常規(guī)洞段共1386米，占導(dǎo)流隧洞洞身開挖總開挖段長的75.4%。

　　3.3.1施工程序

　　常規(guī)洞段即I、II、III類圍巖段橫斷面開挖程序見圖1：

　　1）洞身第Ⅰ層開挖施工程序：中導(dǎo)洞超前貫通后進(jìn)行周邊擴(kuò)挖，初期支護(hù)滯后30米進(jìn)行，與后循環(huán)開挖平行作業(yè)，Ⅲ類圍巖視危巖情況及時進(jìn)行局部支護(hù)。

　　2）洞身第Ⅱ?qū)娱_挖施工程序：邊墻用手風(fēng)鉆預(yù)裂4.5m，中部液壓潛孔鉆垂直鉆孔梯段爆破。初期支護(hù)滯后30米進(jìn)行，與后循環(huán)開挖平行作業(yè)，Ⅲ類圍巖視危巖情況及時進(jìn)行隨機(jī)支護(hù)。

　　3）洞身第Ⅲ層開挖施工程序：兩側(cè)邊墻手風(fēng)鉆預(yù)裂到底，Ⅲ層采用手風(fēng)鉆及鑿巖臺車分半開挖，底部光爆，初期支護(hù)滯后30米進(jìn)行，與后循環(huán)開挖平行作業(yè)，Ⅲ類圍巖視危巖情況進(jìn)行隨機(jī)支護(hù)。

　　3.3.2施工方法

　　1#、2#導(dǎo)流洞Ⅰ層導(dǎo)洞開挖采用兩臺三臂臺車進(jìn)行兩個工作面的開挖，其余工作面開挖采用手風(fēng)鉆開挖。

　?、駥訑U(kuò)挖主要采用兩臺臺車進(jìn)行開挖，部分采用人工在三層平臺架上8～10臺手風(fēng)鉆鉆爆。

　?、?qū)娱_挖各工作面采用手風(fēng)鉆造4.5m深預(yù)裂孔超前爆破，液壓潛孔鉆梯段拉槽先行貫通后用鑿巖臺車進(jìn)行兩端保護(hù)層水平擴(kuò)挖，周邊光爆。

　?、髮娱_挖采用手風(fēng)鉆兩邊墻預(yù)裂到設(shè)計(jì)底板高程，鑿巖臺車及手風(fēng)鉆水平擴(kuò)挖，底部光爆，出碴采用3m3側(cè)卸裝載機(jī)配15t及20t自卸車運(yùn)輸。

　?、駥蛹阿髮娱_挖出碴主要采用3m3側(cè)卸裝載機(jī)配15t及20t自卸車運(yùn)輸。Ⅱ?qū)娱_挖出碴采用4m3正鏟配15t及20t自卸車運(yùn)輸為主，輔以3m3側(cè)卸裝載機(jī)配15t及20t自卸車運(yùn)輸。

　　洞身支護(hù)以鑿巖臺車造孔為主、砼噴射臺車濕噴工藝進(jìn)行噴錨施工；安裝錨桿采用人工配合鑿巖臺車進(jìn)行，掛網(wǎng)采用人工在平臺車上進(jìn)行。

　　3.4一般不良地質(zhì)段開挖支護(hù)施工

　　小灣導(dǎo)流隧洞分布有一條Ⅱ級斷層（F7），4條Ⅲ級斷層為F11、F5、F19、F23，還有若干分屬Ⅳ級結(jié)構(gòu)面的小斷層、擠壓面和節(jié)理組。實(shí)際施工中除F7斷層、進(jìn)出口不良地質(zhì)帶采用特殊施工方法施工外，其余小斷層帶開挖支護(hù)均采用與常規(guī)洞段大致同一種方法施工，不同之處是：小斷層帶開挖時Ⅰ層中導(dǎo)洞開挖時頂拱噴護(hù)5cm厚C20進(jìn)行支護(hù)，Ⅰ層擴(kuò)挖及Ⅱ、Ⅲ層保護(hù)層開挖后立即素噴5cm混凝土封閉巖面，部分系統(tǒng)錨桿及時跟進(jìn)，剩余支護(hù)適時跟進(jìn)。

　　3.5F7斷層開挖支護(hù)施工

　　導(dǎo)1#0+160～0+237及導(dǎo)2#0+215～0+287范圍為F7斷層出露洞段，F(xiàn)7破碎巖帶總寬約25.2米，其中主裂面有4個，總寬約0.5m～2m，由斷層泥、糜棱巖組成，其余為碎裂巖、碎塊巖等，結(jié)構(gòu)緊密。順斷層影響帶一般具弱透水性，為地下水賦存及運(yùn)移通道，沿影響帶常有集中滴水現(xiàn)象。

　　F7斷層部位開挖斷面為20.5×23.35的城門洞型，F(xiàn)7段層破碎帶縱向開挖程序與一般洞段開挖相適應(yīng)分三層開挖：第一層開挖高度9.70m，第二層開挖高度10.5米，第三層開挖高度3.15米。

　　3.5.1F7斷層Ⅰ層開挖支護(hù)施工

　　1）施工思路及原理

　　采用新奧法施工理論為指導(dǎo)：“短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動，緊封閉，勤量測”。

　　利用三臂鑿巖臺車和砼噴車等大型機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)了斷層部位I層全斷面一次開挖、及時支護(hù)、快速循環(huán)的先進(jìn)施工工藝。

　　關(guān)鍵之一：開挖后要及時對周邊圍巖及掌子面實(shí)施一層3～5cm的素砼封閉，以形成初期簡單的柔性支護(hù)環(huán)，同時抑制圍巖的進(jìn)一步風(fēng)化，增長圍巖的自穩(wěn)時間。利用掌子面的素噴封閉措施，保持開挖掌子面與洞軸線大致垂直，以方便了大型機(jī)械作業(yè)，加快循環(huán)進(jìn)度。

　　關(guān)鍵之二：素噴后要及時打設(shè)一定數(shù)量的系統(tǒng)錨桿，盡早發(fā)揮其懸吊及支承拱作用，進(jìn)一步的加強(qiáng)圍巖的穩(wěn)定，同時快速的利用反鏟配合人工進(jìn)行工字鋼拱架的安裝，系統(tǒng)噴混凝土跟進(jìn)；剩余的系統(tǒng)錨桿適時打設(shè)。

　　2）施工程序

　　頂拱及邊墻超前錨桿施工→全斷面開挖進(jìn)尺0.5～1m→初噴5cm鋼纖維砼支護(hù)，掌子面周邊2m范圍內(nèi)素噴5cm厚C20砼封閉→初期支護(hù)錨桿及鋼拱架固定錨桿施工→安裝鋼拱架→分層噴鋼纖維砼至設(shè)計(jì)厚度→剩余系統(tǒng)錨桿支護(hù)

　　3）主要支護(hù)參數(shù)及施工方法

　　a.超前支護(hù)

　　頂拱超前支護(hù)主斷層帶采用Φ32自進(jìn)式中空注漿錨桿，長4.5m，環(huán)向間距0.5m，外插角5°～15°，排距2m；斷層影響帶頂拱超前支護(hù)使用Φ25砂漿錨桿。

　　邊墻超前支護(hù)采用Φ32砂漿錨桿，長4.5m，主斷層帶間距1m，斷層影響帶間距2m，外插角25°～30°，排距3m。

　　b.系統(tǒng)支護(hù)

　　F7斷層帶的系統(tǒng)支護(hù)采用I20a工字鋼拱架，其中主斷層帶的間距為50cm，斷層影響帶的間距為80cm。工字鋼拱架加工制作及安裝方便快捷，易于及時支護(hù)跟進(jìn)；同時由于F7斷層跨度超過20m，使用工字鋼拱架仍具備一定的柔性。

　　系統(tǒng)錨桿主要采用6m長、Φ32的砂漿錨桿（部分錨桿長度為9m）；間排距主斷層帶為1m×1m，斷層影響帶為1.5m×1.5m；主斷層帶造孔比較困難部分采用Φ32自進(jìn)式錨桿代替砂漿錨桿。

　　F7斷層范圍內(nèi)邊頂拱均噴25cm厚C25鋼纖維砼。

　　c.主要施工方法

　　F7斷層的施工，超前支護(hù)鉆孔主要采用三臂鑿巖臺車、自進(jìn)式錨桿灌漿采用注漿機(jī)；開挖主要采用三臂臺車鉆孔；支護(hù)以多臂鑿巖臺車造孔為主、砼噴射臺車濕噴工藝進(jìn)行噴錨施工；工字鋼拱架的制作采用液壓型鋼彎曲機(jī)。

　　3.5.1F7斷層下部開挖支護(hù)施工

　　為保證上下游交通暢通并確保施工安全，F(xiàn)7二層開挖分為兩小層并分半施工，三層開挖分半施工。半幅開挖支護(hù)完畢后再開挖另一半。

　　各層施工程序?yàn)椋?/p>

　　邊墻超前錨桿→水平鉆進(jìn)2m→素噴5cm鋼纖維砼封閉→部分系統(tǒng)錨桿及鎖腳錨桿打設(shè)→鋼拱架接腿→分層復(fù)噴到位→剩余系統(tǒng)錨桿打設(shè)（適時進(jìn)行）。

　　開挖采用鑿巖臺車水平鉆進(jìn)，周邊密孔小藥量光爆，排炮進(jìn)尺1m，每排炮后及時噴護(hù)5cm鋼纖維砼封閉巖面，抑制巖體進(jìn)一步風(fēng)化剝落；開挖3～5m后進(jìn)行一次系統(tǒng)支護(hù)，實(shí)際施工中由于邊墻超挖較大，噴砼施工難以實(shí)施，采用同標(biāo)號鋼纖維砼現(xiàn)澆，以加快支護(hù)進(jìn)度。

　　3.6漸變段開挖支護(hù)施工

　　1#、2#導(dǎo)流洞進(jìn)口漸變段長均為30m，相應(yīng)樁號范圍均為導(dǎo)0+000～導(dǎo)0+030，漸變段底板為水平段。開挖斷面尺寸從洞口0+0.00樁號25.4×25.2m漸變到0+030樁號20.4×23.2m的城門洞形斷面；漸變段邊、頂拱進(jìn)行系統(tǒng)錨桿+I20a工字鋼拱架+25cm鋼纖維砼一次支護(hù)。

　　漸變段主要分布少量弱風(fēng)化和卸荷巖體，圍巖巖性主要為黑云花崗片麻巖（MV-1）夾少量片巖，塊狀和次塊狀巖體，IV級結(jié)構(gòu)面的小斷層（f）和擠壓面（gm）較發(fā)育，主要有四組節(jié)理相互切割，圍巖多具微透水性，屬IV類圍巖，圍巖穩(wěn)定性較差；加之漸變段最大開挖跨度達(dá)25.4米，且頂部大部分平直，未形成拱；所以開挖成洞穩(wěn)定問題較突出；為此，漸變段施工中應(yīng)采取有效垂直加固措施，防止洞頂塌落，隧洞開挖嚴(yán)格按“新奧法”工藝施工，開挖鉆爆按照“先支護(hù)（強(qiáng)支護(hù)）、短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動，快封閉，勤量測”的原則施工，以確保圍巖成洞穩(wěn)定及施工安全。

　　3.6.1開挖前的垂直加固方案

　　開挖支護(hù)施工開始之前必須完成以下超前加固工作：

　　1）由于漸變段所處位置巖石破碎，IV級結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育，多組節(jié)理相互切割，圍巖自穩(wěn)性較差，為有效的穩(wěn)定開挖面，擬對1#2#導(dǎo)流洞漸變段洞頂部位EL。1036平臺布置6排輻射灌漿孔進(jìn)行固結(jié)灌漿，孔徑110mm，灌漿采用孔口循環(huán)，全孔一次進(jìn)行。

　　2）由于漸變段跨度大，大半部分頂部平直，僅兩側(cè)起拱，開挖后圍巖難以自穩(wěn)，所以頂部除了灌漿加固外，擬采用懸吊錨筋樁從上部將洞頂拉住，具體方法如下：

　　灌漿前每個孔內(nèi)先置入25m長3ф32錨筋樁，然后再進(jìn)行孔口循環(huán)灌漿。

　　3）增加水平支護(hù)：在洞口頂部開挖線以上1m外增設(shè)2排長度18m的3ф32環(huán)向錨筋樁，間排距3×3m，矩型布置，伸入弱風(fēng)化底界內(nèi)。

　　漸變段開挖前圍巖超前加固方案見圖3。

　　3.6.2漸變段的開挖支護(hù)方案

　　漸變段I層開挖方案采用4×4小導(dǎo)洞超前，洞口10m大跨度段分兩半分別進(jìn)行開挖支護(hù)，其余20m段全斷面一次擴(kuò)挖到位。漸變段的支護(hù)參數(shù)與F7斷層近似，采用自進(jìn)式超前錨桿、工字鋼拱架、鋼纖維砼；施工方法也與F7斷層近似。在實(shí)際開挖過程中，開挖下部時，收斂觀測資料顯示2#洞右邊墻變位較大較快，發(fā)現(xiàn)后及時在整個2#洞右邊墻增加了125KN級9m長預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)，間排距1×1m，有效抑制了邊墻的進(jìn)一步變形。

　　預(yù)應(yīng)力錨桿采用特制水泥卷，錨固段采用快凝型水泥卷，自由段采用慢凝型水泥卷；錨固段和自由段藥卷式注漿體一次注入，錨桿安裝完畢后7.5～8.5小時內(nèi)進(jìn)行張拉，施工工藝簡單，施工速度快，同時藥卷式注漿容易保證注漿飽滿度。

　　3.7導(dǎo)流洞出口開挖支護(hù)施工

　　導(dǎo)流隧洞出口穿過f19斷層，并受f23斷層影響，結(jié)構(gòu)面較為發(fā)育，地質(zhì)條件較差，施工中采取下列有效措施：

　　1）1洞出口12m段及2#洞出口20m段由洞挖改為槽挖，將f23斷層切除，二次襯砌支護(hù)改為明拱。

　　2）1#洞出口30m段采用地質(zhì)鉆在洞內(nèi)沿頂拱造斜孔進(jìn)行灌漿固結(jié)巖體。

　　3）導(dǎo)流隧洞出口30m段采用2×2m小導(dǎo)洞超前貫通，摸清隧洞準(zhǔn)確的地質(zhì)狀況。

　　4）均采用超前錨桿、鋼支撐及超前錨桿支護(hù)，開挖方法與F7斷層近似。

　　5）出口5m段自外向內(nèi)分半開挖支護(hù)，開挖前洞臉設(shè)雙排預(yù)應(yīng)力錨桿鎖口，洞臉邊坡布六排錨筋樁及4排1000KN級系統(tǒng)支護(hù)。

　　6）出口30m段洞內(nèi)系統(tǒng)支護(hù)均由原設(shè)計(jì)砂漿錨桿改為9m預(yù)應(yīng)力錨桿。

　　4結(jié)語

　　小灣水電站導(dǎo)流隧洞開挖支護(hù)分采用“新奧法”施工，安全、快速的穿越了F7斷層、進(jìn)口大斷面漸變段不良地質(zhì)段、出口不良地質(zhì)段。

　　導(dǎo)流隧洞分三層開挖支護(hù)，第一層采用臺車和手風(fēng)鉆開挖；第二層采用手風(fēng)鉆進(jìn)行上部預(yù)裂、潛孔鉆中部拉槽、鑿巖臺車水平進(jìn)行保護(hù)層開挖；第三層采用手風(fēng)鉆進(jìn)行周邊預(yù)裂、鑿巖臺車及手風(fēng)鉆開挖；施工質(zhì)量得到了有效控制，1#洞平均超挖為0.204cm，2#洞平均超挖為0.182cm。

　　導(dǎo)流隧洞施工期觀測結(jié)果表明：1#、2#導(dǎo)流隧洞圍巖變形觀測測值呈收斂狀態(tài)，沒有突變現(xiàn)象發(fā)生；錨桿應(yīng)力受力較好，觀測結(jié)果穩(wěn)定；聲波測試表明，導(dǎo)流隧洞開挖時，爆破參數(shù)控制較好，對圍巖松馳圈影響范圍較小。說明小灣導(dǎo)流隧洞開挖支護(hù)方案是科學(xué)的。