淺析引水隧洞交叉口爆破開挖施工

孫根江

（中國安能第三工程局有限公司武漢分公司，湖北 武漢430200）

硬梁包水電站位于四川省甘孜藏族自治州瀘定縣冷磧鎮(zhèn)境內(nèi)的大渡河干流上。硬梁包水電站工程規(guī)模為二等大（2）型，電站4 臺機組總裝機容量108 萬kW，采用混凝土閘和面板堆石壩+左岸引水系統(tǒng)+地下廠房的樞紐總布置方案。引水系統(tǒng)建筑物包括引水隧洞、調(diào)壓室、壓力管道等。

引水隧洞為兩條平行布置的隧洞，引水隧洞在平面布置上共設(shè)置5 個轉(zhuǎn)彎點，轉(zhuǎn)彎半徑200m 或80m，1#、2#引水隧洞兩洞中心間距為60.0m，內(nèi)徑為13.1m，進水口底高程1215.00m，末端調(diào)壓室處隧洞底高程1198.00m, 縱坡分別為i1=0.001192、i2=0.001183，洞長分別為14316.909m、14420.679m。本文探討起止樁號0+050～3+995，樁號范圍設(shè)置有1#施工支洞、2#施工支洞作為施工期交通通道，工程施工完畢后，兩條施工支洞均要求進行封堵。

1 交叉部位基本情況

1.1 1#上層施工支洞平交于1#引水隧洞樁號1+127.023、終于2#引水隧洞樁號1+178.829 右側(cè)邊墻處，相交處底板高程均為1220.60m。下層施工支洞平交于1# 引水隧洞樁號1+187.859、終于2#引水隧洞樁號1+239.621,相交處底板高程均為1214.98。

1.2 2#上層施工支洞平交于1#引水隧洞2+917.152 樁號、終于2#引水隧洞樁號2+970.481 右側(cè)邊墻處，相交處底板高程均為1218.49。2# 下層施工支洞平交于1# 引水隧洞樁號2+976.492、終于2#引水隧洞樁號3+028.298，相交處底板高程均為1212.87。

2 施工方法

引水隧洞與施工支洞交叉口上、下游各30m 范圍內(nèi)，若圍巖類別為Ⅲ1 或Ⅲ2 類時，按照Ⅳ類圍巖典型斷面進行開挖及襯砌，因此，該部位最小開挖斷面為7.5m，上層施工支洞頂部高出引水隧洞頂約20cm，引水隧洞與施工支洞交叉口上、下游各30m 范圍內(nèi)遵循先護后挖，邊挖邊擴或先對巖體進行加固后再開挖等方法，主要施工順序、方法敘述如下：

2.1 開挖順序

施工支洞與1#引水隧洞主洞交叉口段按照上、下游面的順序依次進行開挖，開挖前首先按要求做好鎖口支護，在做好鎖口支護后拆除主洞范圍內(nèi)鋼支撐及鋼筋掛網(wǎng)噴混凝土，然后按要求進行鉆孔爆破施工。

施工支洞與2#引水隧洞主洞交叉口段先沿支洞進展方向按照8×7m 開挖斷面至引水隧洞主洞，于2#引水隧洞中心線處達到主洞洞頂高程后再逐步擴挖至引水隧洞標準斷面。

施工支洞與主洞平交段系統(tǒng)支護應(yīng)緊跟開挖作業(yè)面，根據(jù)開挖后揭示的地質(zhì)條件，采用長錨桿、鋼筋網(wǎng)噴混凝土、鋼支撐等方式加強支護，采取一掘一支護，穩(wěn)步前進，即開挖一循環(huán)先噴混凝土，然后施工錨桿、掛網(wǎng)，再噴混凝土至設(shè)計厚度，如此循環(huán)掘進。圍巖穩(wěn)定特別差時，爆破后立即噴混凝土封閉巖面，出渣后，再打錨桿、掛網(wǎng)、噴混凝土，必要時根據(jù)要求增設(shè)鋼支撐、鋼格柵或進行臨時混凝土襯砌等方案增加支洞交叉口支護能力。

2.2 開挖方法

引水隧洞與施工支洞交叉口上、下游各30m 范圍內(nèi)上層開挖采用中導(dǎo)洞先行（導(dǎo)洞尺寸8m×6.67～8.0m），兩側(cè)擴挖及時跟進的方法，為便于引水隧洞上層主洞段底板與上層施工支洞底板高程順接，施工支洞交叉口兩側(cè)按6%降坡（開挖高度由6.67m 漸變?yōu)?m）。

2.3 鎖口

主洞與支洞等交叉部位在開挖前，應(yīng)按施工圖紙做好鎖口和超前支護以確保安全。從1#施工支洞開挖揭露的情況看交叉口段為灰白色花崗巖，巖石微新，斷層碎裂結(jié)構(gòu)為主，少量散體結(jié)構(gòu)，巖石大部分為軟巖，斷層與洞軸線夾角小，洞壁有散水，圍巖類別為Ⅳ類。

在主洞交叉口段開挖前先進行鎖口支護，即頂拱120°范圍內(nèi)設(shè)一排Φ42，L=5m，δ=3.5mm 超前小導(dǎo)管兼固結(jié)灌漿，小導(dǎo)管距開挖輪廓線30cm，上傾角15°，間距35cm。

小導(dǎo)管采用手風(fēng)鉆造孔，然后利用水平鉆機的沖擊和推力將小導(dǎo)管沿引導(dǎo)孔頂入至孔底，導(dǎo)管采用φ42mm，δ=3.5mm的鋼管加工而成，尾部焊套箍，頂部做成錐形，管壁按梅花型布鉆小孔，孔眼直徑φ6～8mm，間距為10～20cm。安設(shè)小導(dǎo)管時對準管孔方向和角度，必要時借助液壓或風(fēng)動推進器頂入，鋼管入巖長度不小于管長的90%，外露部分在襯砌設(shè)計線以外。各排縱向搭接長度為1.0～1.5m。選用水泥漿注漿，注漿前對開挖面及距掌子面5m 范圍內(nèi)邊、頂拱噴混凝土封閉，噴厚5～10cm，注漿壓力0.1～0.5Mpa，必要時可在孔口處設(shè)置能承受規(guī)定的最大注漿壓力和水壓的止?jié){塞。

3 交叉口質(zhì)量控制

3.1 工藝措施

（1）采用控制爆破、間隔開挖，相鄰洞室同向爆破作業(yè)面間隔并不小于30m。

（2）隧洞Ⅲ類圍巖開挖按上層中導(dǎo)洞（8m×8m）開挖→上層兩側(cè)擴挖→下層全斷面開挖等“三步法”組織施工。

（3）為增強圍巖穩(wěn)定，Ⅳ、Ⅴ類圍巖區(qū)域上部開挖順序根據(jù)地質(zhì)預(yù)測的結(jié)果選擇左右半洞法（左半洞尺寸7.59m×8m）或者導(dǎo)洞先行（導(dǎo)洞尺寸8m×8m），或者雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。

（4）上層兩側(cè)擴挖Ⅲ類圍巖滯后導(dǎo)洞10～30m 跟進施工，Ⅳ、Ⅴ類圍巖滯后導(dǎo)洞1-2 循環(huán)。

（5）上層導(dǎo)洞和兩側(cè)擴挖Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖單次進尺分別按3.5m、2m、1m 控制。下層掏槽單次進尺7m，下層保護層單次進尺3m。

3.2 質(zhì)量保證措施

（1）聘請爆破專家現(xiàn)場指導(dǎo)開挖工藝、爆破方案等。

（2）精準測量布孔，嚴格控制鉆孔孔位偏差和角度偏差。

（3）區(qū)分不同圍巖類別，分別進行爆破工藝試驗，優(yōu)選爆破參數(shù)和爆破方法，并在過程中根據(jù)爆破效果動態(tài)調(diào)整。

4 工程施工重點

4.1 巖石洞挖的質(zhì)量控制是本項目施工的重點

根據(jù)本工程施工技術(shù)要求明確，“所有地下開挖應(yīng)嚴格按照施工圖紙所標明的設(shè)計開挖線進行放線，不允許任何型式的欠挖”，同時還需要嚴格控制超挖，降低工程成本造價。因此，如何把控好巖石洞挖鉆爆質(zhì)量的控制是項目施工的重點。

4.2 支護中注漿質(zhì)量控制是重點。

引水隧洞設(shè)計有普通砂漿錨桿、預(yù)應(yīng)力錨桿，以及臨時加強支護增加的錨桿束、管棚、注漿小導(dǎo)管等多種支護形式，頂拱等部位作業(yè)平臺高以及仰角注漿、長錨桿注漿施工難度較大易出現(xiàn)灌漿不密實等問題，因此灌漿質(zhì)量是控制重點。

4.3 不良地質(zhì)段開挖支護施工是重點

引水隧洞開挖支護過程“如遇斷層、不利結(jié)構(gòu)面及軟弱巖層時應(yīng)采取臨時支護措施加強支護，施工期臨時支護由承包商自行考慮……”，因此，根據(jù)圍巖類別，選用合適的加強支護型式及參數(shù)是本工程控制的重點。

4.4 邊頂拱混凝土襯砌跟進下層開挖施工是重點

基于本項目Ⅳ、Ⅴ類圍巖考慮，為避免Ⅳ、Ⅴ類圍巖開挖暴露過久蠕變問題，下層開挖完成后二次結(jié)構(gòu)混凝土襯砌需及時跟進施工，因此，施工過程及時進行邊頂拱砼襯砌是重點。

4.5 環(huán)保、水保管理工作是重點

工程所在地位于貢嘎山風(fēng)景名勝區(qū)外圍保護區(qū)，靠近進出海螺溝自然風(fēng)景區(qū)的重要旅游通道，施工出渣、骨料等運輸?shù)缆吠緩郊涌むl(xiāng)、安灣村等鄉(xiāng)、村街道，環(huán)境敏感，環(huán)境保護、水土保持工作要求高，是本工程管理重點。

施工支洞與引水隧洞交叉口施工是引水隧洞施工中的重難點部位，質(zhì)量要求高、安全隱患大，因此做好該部位的技術(shù)準備工作尤其重要。根據(jù)巖石類別選擇不同的支護方式，精密組織，嚴格按照施工方案確保引水隧洞安全順利施工。