复杂地质条件下导流隧洞开挖技术

2018/24CHENGSHIZHOUKAN
城市周刊一、概述
苗尾水电站位于云南省大理州云龙县旧州镇境内的澜沧江河段上，是澜沧江上游河段一库七级开发方案中的最下游一级电站。

电站坝址距大理、昆明公路里程分别为207km 、544km 。

电站以发电为主，正常蓄水位1408.00m ，相应库容6.60亿m3。

电站装机容量1400MW ，多年平均发电量64.45亿kW.h ，保证出力346.60MW 。

苗尾水电站导流隧洞共两条，布置于坝址左岸，进口位于回槽子沟上游约350m 处，出口位于石沙场沟沟口，1#导流隧洞长1174.5米，2#导流隧洞长1069.82米，两洞总长2244m ，具体洞特征见表。

导流隧洞特性表
导流洞地层岩性为砂质绢云板岩及变质石英砂岩，强风化岩体厚约5~30m ，岩体破碎，饱和抗压强度低，抵抗围岩变形能力差，围岩类别以Ⅲ~Ⅴ类为主，其中Ⅲ类围岩约占50%，Ⅳ类围岩约占40%，Ⅴ类围岩约占10%，通过导流洞洞身段上覆岩体厚20m ~240m ，沿洞通过主要断层及破碎带有F122、F109、F125、F124、F139、F135、F151、F127、F126、F156、F153、F155共12条，岩层层面、断层及破碎带与洞轴线斜交，夹角60~70°，岩体中微裂隙发育，岩体极为破碎，多呈散粒体状结构，并且层间多夹有0.5～1mm 厚的千枚岩薄膜、有滑腻质感，遇水易软化，顶层至侧拱部及相邻边墙极易出现顺层坍塌，中下层下挖过程中受岩层走向、倾向等因素影响，右边墙（山里侧）易顺层滑移失稳。

洞身前端及通过回槽子沟洞段为IV 类围岩，断层及其影响带、进口段为V 类围岩，存在产生塌方的可能；出口段（F153以后段）、有F153、F155断层通过的洞段，洞向转向N21°W ，岩层层面、断层及破碎带与洞轴线近平行，由于洞室较大，且岩石为板状岩石，顶拱自稳差、成拱困难，边墙易出现“内鼓”变形破坏，且F153、F155断层与层面及缓倾角的拉张裂隙相互切割，可能形成不稳定块
体，属V 类围岩。

苗尾水电站导流隧洞具有高度高、跨度大、相隔近，而且特殊地质段围岩特碎、岩层极薄、散粒状、岩性不一、地质条件复杂、特殊地质段较长、工期紧张等特点，探讨一套如何安全、稳妥的开挖支护方案是导流隧洞开挖的关键，经过中国水利水电第十四工程局有限公司精心组织、技术攻关，成功实现了复杂地质条件下导流隧洞安全优质开挖，现工程已交付使用。

二、开挖支护方法
由于苗尾水电站导流隧洞工程地质条件较差，洞室开挖后其围岩稳定性差，施工难度大，合同规定导流隧洞采用单洞截流、双洞度汛方案，合同工期紧，因此，选择和确定既能保证施工安全、质量和工期，又能节约施工成本的施工方案，是本工程施工技术的关键。

经过我公司研究分析，我们主要采取了以下施工方法进行施工。

1.进出口及进出口洞段开挖。

进出口采取“控制爆破、自上而下、逐层开挖、逐层支
护”的开挖支护程序。

各部位采取自上而下分层开挖，开挖至每一马道高程后，先施工马道的锁口锚杆或锁口锚筋束，为满足边坡稳定、限制卸荷松弛，边坡支护在分层开挖过程中逐层进行，上层的支护应保证下一层的开挖安全顺利进行。

所有永久、临时边坡均优先采用预裂爆破，预裂爆破时边坡外侧未爆岩体的最小厚度大于预裂孔深的1.5倍，以限制未经预裂隔振的主爆孔爆破震动对边坡产生破坏影响。

开挖梯段高度控制在10m 以内，钻爆孔径φ105mm 以内。

开挖过程中，根据不同部位控制单响药量，预裂爆破最大单响药量控制在50kg 以内，距边坡规格线和水平建基面20m 范围内的缓冲区爆破最大单响药量尽量控制在90kg 以内、最大不超过120kg ，其它区域爆破单响药量根据爆破质点振动速度要求通过爆破试验确定，尽量减小爆破震动对边坡的扰动影响，确保边坡稳定。

靠近洞口5m 范围内采用浅孔梯段微差控制爆破开挖，最大单响药量控制在30kg 以内，减小爆破振动对洞口段围岩的扰动（见图1）。

导流洞洞身进、出口洞段均为V 类围岩，采取三层开挖，顶拱层均采用“核心土法”开挖，每排炮开挖严控循环进
复杂地质条件下导流隧洞开挖技术
龙贵宾
中国水利水电第十四工程局有限公司
摘要：针对苗尾水电站导流隧洞，围岩破碎、呈散粒状、沿洞轴线各段岩性不一、地质条件复杂，选择了采取多种技术方法，克服地质复杂多变等特点，以“技术为龙头、精细化组织施工、共性部位快速开挖、特殊部位特殊开挖和支护”的指导思想，采取多种开挖、支护工艺及措施，完满的完成工程任务。

关键词：复杂地质条件下；导流隧洞；
开挖技术
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尺1.5m左右，开挖前采用小导管或大管棚超前预支护，其中导流洞进口渐变段及出口段增设悬吊锚筋束，并利用锚筋孔对岩体预灌浆，开挖后及时用锚杆、钢支撑支护，喷混凝土封闭。

顶拱以下各层采取“薄层开挖、及时支护”，先左、右两侧开挖支护，钢支撑及时到位，形成可靠的承载结构后，再开挖中部。

2.洞身开挖。

洞身自上而下总体分三层开挖支护，Ⅰ层开挖高度8.0～10.0m，Ⅱ层开挖高度为7.5～8.0m，Ⅲ层开挖高度1.65～3.15m。

Ⅰ层：选用钻爆台车配手风钻钻爆，3.4m3 装载机配15t、20t自卸车出渣，按“弱爆破或机械无爆破、设计轮廓线光爆、短进尺、勤支护”的原则施工，排炮循环进尺0.8～3.0m，先系统支护，再加强支护，最后，应急加强支护施工，施工中，不断优化调整开挖支护方案，以保施工安全。

Ⅲ类围岩洞段，采用超前锚杆进行预支护，抑制松动高度，开挖支护分区、分部进行。

Ⅱ层：Ⅳ、Ⅴ类围岩段分两小层长台阶法组织施工，上台阶开挖超前下台阶30m以上，以达到薄层开挖、薄层支护，确保高边墙稳定之目的。

Ⅲ类围岩段边墙采用YQ-100D改进型轻型潜孔钻超前预裂至第Ⅱ层底板面，液压潜孔钻造孔梯段爆破开挖，边墙及时支护；Ⅳ类围岩洞段各小层分左、右半幅采用手风钻造孔浅孔梯段爆破开挖，各层开挖时先进行岩石强度低、节理裂隙较发育一侧的开挖并进行锚杆、钢支撑及喷混凝土支护，然后再进行另一侧的开挖支护；Ⅴ类围岩段顶拱以下各层采取“薄层开挖、及时支护”，先左、右两侧开挖支护，钢支撑及时到位，形成可靠后的承载结构后，再开挖中部。

出渣以8.25m3反铲装为主，1.4m3反铲、3.4m3装载机装为辅，20t、15t自卸车运输至弃渣场。

Ⅲ层：采用凿岩台车水平钻爆开挖，周边光面爆破，出渣以3.4m3装载机配15t自卸车为主。

3.支护施工。

不良特殊地质洞段开挖支护措施主要是因地制宜、选
择合理支护措施，并及时支护，开挖支护中采取“超前探测、短进尺、弱爆破、早封闭、强支护”的施工方法，对多种支护形式并存边顶拱采取由“浅到深、由表及里”的支护程序，即：先喷一层混凝土→打短锚杆→架设钢拱架→喷钢纤维混凝土至设计厚度→长锚杆，若遇塌孔严重部位，则安全喷混凝土后打部分自进式锚杆后，先进行无压重固结灌浆，以保证施工安全和洞室成型质量。

主洞内初期主要支护参数：开挖完成后初喷5cm厚混凝土对工作面进行封闭，防止岩石掉块；之后施工系统锚杆，III类围岩有普通砂浆锚杆和张拉锚杆，砂浆锚杆Φ25 L=6~9米、Φ32预应力锚杆（长度一般为6~12米）；III类围岩以下首先挂钢筋网和初喷5cm厚混凝土对工作面进行封闭，再安装钢支撑，最后喷10~20cm厚C25钢纤维混凝土；V类及断层部位还需进行固结灌浆稳定围岩，边墙采用水平无盖重固结灌浆，压力0.3~0.5Mpa，水平采用Φ32预应力锚杆（长度一般为6~12米）固定。

三、施工安全监测
安全监测是工程管理的眼睛，苗尾导流洞在开挖的过程中系统的布置有多个监测项目，及时埋设围岩收敛测桩和变形监测仪器，正常情况下量测断面按5m间距布设，观测次数1次/天，但在特殊部位，特别是在隧洞进口渐变段、与施工支洞交叉段、不良地质洞段（如，进出口洞段、断层段、断裂带段）须加密布置观测点，量测断面按2m~3m间距布设，并增加观测次数到2次/每天，进行加密监测，密切关注隧洞收敛情况，根据各种监测数据进行安全分析和预报，对不稳定围岩或块体实施准确预测和适时有效锚固直到稳定，再进行下一工序施工。

四、防排水措施
苗尾水电站导流隧洞施工期间导流排水也是保证开挖安全的重要措施，首先开挖完成后，在进行系统支护进也把系统排水孔施工完成，及时导出围岩内裂隙水，给围岩减压，在喷混凝土时用盲管引流到底板，隧洞底板在开挖过程中隔80m~100m设集水坑，集中渗水后统一从系统排水管抽排到洞外沉甸池，经沉甸后再排到河流。

五、结束语
苗尾导流隧洞开挖历时2年多，过程采取多种技术方法，克服地质复杂多变等特点，以“技术为龙头、精细化组织施工、共性部位快速开挖、特殊部位特殊开挖和支护”的指导思想，采取“中导洞全断面、半洞错距开挖”、中下层采取“中间拉槽预留保护层、半幅错距”开挖，超前注浆导管、锚杆、钢支撑、掺钢纤维喷混凝土支护等工艺及措施，完满的完成了无安全事故、工程质量优良的任务。

作者简介：龙贵宾（1981-），男，广西宾阳，经济师、工程师，长期从事水利水电工程施工技术及管理工作。

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