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电站导流隧洞施工管理论文
电站导流隧洞施工管理论文 1工程概况 1.1设计参数 小湾水电站1#、2#导流洞均布置于左岸，进口底板高程为988.0m；出口底 板高程为984.984m；
两条导流洞平行布置，中轴线间距48m。1#、2#导流洞各由 30米长进口渐变段，60米长的堵头段和标准断面组成，两洞长分别为861.592m、 980.922m，底坡分别为0.3627%、0.3172%，衬砌断面为16×19m及16×19.5m（顶 拱不衬段）城门洞形。隧洞开挖及支护断面根据地质条件共设六种形式，开挖标 准断面尺寸有17.3×20.2、17.4×20.25、19.4×22.2、20.4×23.2四种；
隧洞沿线边墙、 顶拱进行系统喷锚支护；
不良地质地段挂网喷25cm钢纤维砼，增设工字钢拱架 加强支护。
1.2地质条件 本工程两条导流洞埋深均为30～230m，最大埋深约260m，围岩以微风化 ～新鲜岩体为主，少量弱风化和卸荷岩体主要分布在洞室的进、出口段。围岩岩 性主要为黑云花岗片麻岩及角闪斜长片麻岩，二者均夹片岩。围岩类别为Ⅰ～Ⅴ 类，其中，Ⅳ类围岩分布在进口洞段，1#、2#导流洞Ⅰ～Ⅲ类围岩分别占总长的 81%、83.8%，Ⅳ、Ⅴ类围岩分别占总长的19%、16.2%。洞身还分布有一条Ⅱ级 断层（F7），4条Ⅲ级断层为F11、F5、F19、F23等。还有若干分属Ⅳ级结构面 的小断层、挤压面和节理组，断层影响带岩体破碎。地下水以基岩裂隙潜水为主， 水位一般高出隧洞顶拱30m～200m，围岩多具微透水性。
1.3主要工程数量 石方洞挖65万m3，喷砼1.4万m3，锚杆3.3万根，挂网76t，钢拱架1096t。
1.4施工进度 小湾电站导流隧洞开挖支护计划执行情况如下：
进口施工支洞计划开、竣工时间：2002年4月1日～2002年7月31日；
实际 开、竣工时间：2002年4月1日～2002年7月20日。出口施工支洞计划开、竣工时间：2002年6月1日～2002年12月31日；
实际 开、竣工时间：2002年5月30日～2002年12月20日。
洞身计划开、竣工时间：2002年8月1日～2003年12月31日；
实际开、竣工 时间：2002年7月20日～2003年11月30日。
两条渐变段上半部的开挖及支护月平均开挖强度5000m/月；
洞身I层开挖 支护平均强度56m/月，II层开挖支护平均强度78m/月，III层开挖支护平均强度 166.26m/月；
F7断层段开挖支护平均强度28m/月。
2施工支洞布置 由于导流洞进出口工作面受上部干扰较大，前期无法施工，经业主监理统 一协调安排在上、下游各设一施工支洞进入主洞进行施工。进口施工支洞为进入 导流洞进口段上层工作面的施工支洞，全长339.899米，与1#、2#导流洞相交于 导1#0+54及导2#0+85桩号；
下层支洞长277.16米，与1#、2#导流洞相交于导 1#0+135.266及导2#0+166.263桩号；
出口上支洞总长837.543米，与1#、2#导流洞 相交于导1#0+793.76及导2#0+861.613桩号；
下支洞长163.628，与1#、2#导流洞 相交于导1#0+755.76及导2#0+823.613桩号。
3洞身开挖支护施工 3.1施工总程序 洞身自上而下分三层进行开挖支护。Ⅰ层开挖考虑到开挖机械性能及支护 施工的需要，确定开挖高度约为8～9.55m；
Ⅱ层开挖高度为10.5m；
Ⅲ层主要为 保护层开挖，开挖高度1.7～3.15m。
单洞开挖施工程序依次为Ⅰ层→Ⅱ层→Ⅲ层。Ⅰ层开挖支护完成后进行Ⅱ 层开挖，Ⅱ层开挖支护完成后进行Ⅲ层开挖。
各层均利用施工支洞进入主洞后分别向上、下游进行平行作业，其中从上 层施工支洞进入完成导流洞洞身Ⅰ层开挖支护；
利用下层施工支洞在主洞内向上、 下游升坡10%至Ⅱ层底面，完成导流洞洞身Ⅱ层开挖支护；
从下层施工支洞进入 导流洞底部进行Ⅲ层的开挖支护。
3.2施工队伍配置进、出口各配置一个开挖队伍，每个开挖队各设一个台车钻爆班、一个手 风钻钻爆班和一个支护班。
3.3常规洞段开挖支护施工 常规洞段共1386米，占导流隧洞洞身开挖总开挖段长的75.4%。
3.3.1施工程序 常规洞段即I、II、III类围岩段横断面开挖程序见图1：
1)洞身第Ⅰ层开挖施工程序：中导洞超前贯通后进行周边扩挖，初期支护 滞后30米进行，与后循环开挖平行作业，Ⅲ类围岩视危岩情况及时进行局部支护。
2)洞身第Ⅱ层开挖施工程序：边墙用手风钻预裂4.5m，中部液压潜孔钻垂 直钻孔梯段爆破。初期支护滞后30米进行，与后循环开挖平行作业，Ⅲ类围岩视 危岩情况及时进行随机支护。
3)洞身第Ⅲ层开挖施工程序：两侧边墙手风钻预裂到底，Ⅲ层采用手风钻 及凿岩台车分半开挖，底部光爆，初期支护滞后30米进行，与后循环开挖平行作 业，Ⅲ类围岩视危岩情况进行随机支护。
3.3.2施工方法 1#、2#导流洞Ⅰ层导洞开挖采用两台三臂台车进行两个工作面的开挖，其 余工作面开挖采用手风钻开挖。
Ⅰ层扩挖主要采用两台台车进行开挖，部分采用人工在三层平台架上8~10 台手风钻钻爆。
Ⅱ层开挖各工作面采用手风钻造4.5m深预裂孔超前爆破，液压潜孔钻梯段 拉槽先行贯通后用凿岩台车进行两端保护层水平扩挖，周边光爆。
Ⅲ层开挖采用手风钻两边墙预裂到设计底板高程，凿岩台车及手风钻水平 扩挖，底部光爆，出碴采用3m3侧卸装载机配15t及20t自卸车运输。
Ⅰ层及Ⅲ层开挖出碴主要采用3m3侧卸装载机配15t及20t自卸车运输。Ⅱ 层开挖出碴采用4m3正铲配15t及20t自卸车运输为主，辅以3m3侧卸装载机配15t及20t自卸车运输。
洞身支护以凿岩台车造孔为主、砼喷射台车湿喷工艺进行喷锚施工；
安装 锚杆采用人工配合凿岩台车进行，挂网采用人工在平台车上进行。
3.4一般不良地质段开挖支护施工 小湾导流隧洞分布有一条Ⅱ级断层（F7），4条Ⅲ级断层为F11、F5、F19、 F23，还有若干分属Ⅳ级结构面的小断层、挤压面和节理组。实际施工中除F7断 层、进出口不良地质带采用特殊施工方法施工外，其余小断层带开挖支护均采用 与常规洞段大致同一种方法施工，不同之处是：小断层带开挖时Ⅰ层中导洞开挖 时顶拱喷护5cm厚C20进行支护，Ⅰ层扩挖及Ⅱ、Ⅲ层保护层开挖后立即素喷5cm 混凝土封闭岩面，部分系统锚杆及时跟进，剩余支护适时跟进。
3.5F7断层开挖支护施工 导1#0+160~0+237及导2#0+215~0+287范围为F7断层出露洞段，F7破碎岩 带总宽约25.2米，其中主裂面有4个，总宽约0.5m~2m，由断层泥、糜棱岩组成， 其余为碎裂岩、碎块岩等，结构紧密。顺断层影响带一般具弱透水性，为地下水 赋存及运移通道，沿影响带常有集中滴水现象。
F7断层部位开挖断面为20.5×23.35的城门洞型，F7段层破碎带纵向开挖程 序与一般洞段开挖相适应分三层开挖：第一层开挖高度9.70m，第二层开挖高度 10.5米，第三层开挖高度3.15米。
3.5.1F7断层Ⅰ层开挖支护施工 1）施工思路及原理 采用新奥法施工理论为指导：“短进尺、弱爆破、少扰动，紧封闭，勤量 测”。
利用三臂凿岩台车和砼喷车等大型机械设备实现了断层部位I层全断面一 次开挖、及时支护、快速循环的先进施工工艺。
关键之一：开挖后要及时对周边围岩及掌子面实施一层3~5cm的素砼封闭， 以形成初期简单的柔性支护环，同时抑制围岩的进一步风化，增长围岩的自稳时 间。利用掌子面的素喷封闭措施，保持开挖掌子面与洞轴线大致垂直，以方便了大型机械作业，加快循环进度。
关键之二：素喷后要及时打设一定数量的系统锚杆，尽早发挥其悬吊及支 承拱作用，进一步的加强围岩的稳定，同时快速的利用反铲配合人工进行工字钢 拱架的安装，系统喷混凝土跟进；
剩余的系统锚杆适时打设。
2）施工程序 顶拱及边墙超前锚杆施工→全断面开挖进尺0.5~1m→初喷5cm钢纤维砼 支护，掌子面周边2m范围内素喷5cm厚C20砼封闭→初期支护锚杆及钢拱架固定 锚杆施工→安装钢拱架→分层喷钢纤维砼至设计厚度→剩余系统锚杆支护 3）主要支护参数及施工方法 a．超前支护 顶拱超前支护主断层带采用Φ32自进式中空注浆锚杆，长4.5m，环向间距 0.5m，外插角5°~15°，排距2m；
断层影响带顶拱超前支护使用Φ25砂浆锚杆。
边墙超前支护采用Φ32砂浆锚杆，长4.5m，主断层带间距1m，断层影响带 间距2m，外插角25°~30°，排距3m。
b．系统支护 F7断层带的系统支护采用I20a工字钢拱架，其中主断层带的间距为50cm， 断层影响带的间距为80cm。工字钢拱架加工制作及安装方便快捷，易于及时支 护跟进；
同时由于F7断层跨度超过20m，使用工字钢拱架仍具备一定的柔性。
系统锚杆主要采用6m长、Φ32的砂浆锚杆（部分锚杆长度为9m）；
间排 距主断层带为1m×1m，断层影响带为1.5m×1.5m；
主断层带造孔比较困难部分采 用Φ32自进式锚杆代替砂浆锚杆。
F7断层范围内边顶拱均喷25cm厚C25钢纤维砼。
c．主要施工方法 F7断层的施工，超前支护钻孔主要采用三臂凿岩台车、自进式锚杆灌浆采 用注浆机；
开挖主要采用三臂台车钻孔；
支护以多臂凿岩台车造孔为主、砼喷射台车湿喷工艺进行喷锚施工；
工字钢拱架的制作采用液压型钢弯曲机。
3.5.1F7断层下部开挖支护施工 为保证上下游交通畅通并确保施工安全，F7二层开挖分为两小层并分半施 工，三层开挖分半施工。半幅开挖支护完毕后再开挖另一半。
各层施工程序为：
边墙超前锚杆→水平钻进2m→素喷5cm钢纤维砼封闭→部分系统锚杆及 锁脚锚杆打设→钢拱架接腿→分层复喷到位→剩余系统锚杆打设（适时进行）。
开挖采用凿岩台车水平钻进，周边密孔小药量光爆，排炮进尺1m，每排 炮后及时喷护5cm钢纤维砼封闭岩面，抑制岩体进一步风化剥落；
开挖3~5m后进 行一次系统支护，实际施工中由于边墙超挖较大，喷砼施工难以实施，采用同标 号钢纤维砼现浇，以加快支护进度。
3.6渐变段开挖支护施工 1#、2#导流洞进口渐变段长均为30m，相应桩号范围均为导0+000～导 0+030，渐变段底板为水平段。开挖断面尺寸从洞口0+0.00桩号25.4×25.2m渐变 到0+030桩号20.4×23.2m的城门洞形断面；
渐变段边、顶拱进行系统锚杆+I20a工 字钢拱架+25cm钢纤维砼一次支护。
渐变段主要分布少量弱风化和卸荷岩体，围岩岩性主要为黑云花岗片麻岩 （MV-1）夹少量片岩，块状和次块状岩体，IV级结构面的小断层（f）和挤压面 （gm）较发育，主要有四组节理相互切割，围岩多具微透水性，属IV类围岩， 围岩稳定性较差；
加之渐变段最大开挖跨度达25.4米，且顶部大部分平直，未形 成拱；
所以开挖成洞稳定问题较突出；
为此，渐变段施工中应采取有效垂直加固 措施，防止洞顶塌落，隧洞开挖严格按“新奥法”工艺施工，开挖钻爆按照“先支 护（强支护）、短进尺、弱爆破、少扰动，快封闭，勤量测”的原则施工，以确 保围岩成洞稳定及施工安全。
3.6.1开挖前的垂直加固方案 开挖支护施工开始之前必须完成以下超前加固工作: 1）由于渐变段所处位置岩石破碎，IV级结构面较为发育，多组节理相互切割，围岩自稳性较差，为有效的稳定开挖面，拟对1#2#导流洞渐变段洞顶部位 EL.1036平台布置6排辐射灌浆孔进行固结灌浆，孔径110mm，灌浆采用孔口循环， 全孔一次进行。
2）由于渐变段跨度大，大半部分顶部平直，仅两侧起拱，开挖后围岩难 以自稳，所以顶部除了灌浆加固外，拟采用悬吊锚筋桩从上部将洞顶拉住，具体 方法如下：
灌浆前每个孔内先置入25m长3ф32锚筋桩，然后再进行孔口循环灌浆。
3）增加水平支护：在洞口顶部开挖线以上1m外增设2排长度18m的3ф32 环向锚筋桩，间排距3×3m，矩型布置，伸入弱风化底界内。
渐变段开挖前围岩超前加固方案见图3。
3.6.2渐变段的开挖支护方案 渐变段I层开挖方案采用4×4小导洞超前，洞口10m大跨度段分两半分别进 行开挖支护，其余20m段全断面一次扩挖到位。渐变段的支护参数与F7断层近似， 采用自进式超前锚杆、工字钢拱架、钢纤维砼；
施工方法也与F7断层近似。在实 际开挖过程中，开挖下部时，收敛观测资料显示2#洞右边墙变位较大较快，发现 后及时在整个2#洞右边墙增加了125KN级9m长预应力锚杆支护，间排距1×1m， 有效抑制了边墙的进一步变形。
预应力锚杆采用特制水泥卷，锚固段采用快凝型水泥卷，自由段采用慢凝 型水泥卷；
锚固段和自由段药卷式注浆体一次注入，锚杆安装完毕后7.5～8.5小 时内进行张拉，施工工艺简单，施工速度快，同时药卷式注浆容易保证注浆饱满 度。
3.7导流洞出口开挖支护施工 导流隧洞出口穿过f19断层，并受f23断层影响，结构面较为发育，地质条 件较差，施工中采取下列有效措施：
1）1洞出口12m段及2#洞出口20m段由洞挖改为槽挖，将f23断层切除，二 次衬砌支护改为明拱。
2）1#洞出口30m段采用地质钻在洞内沿顶拱造斜孔进行灌浆固结岩体。3）导流隧洞出口30m段采用2×2m小导洞超前贯通，摸清隧洞准确的地质 状况。
4）均采用超前锚杆、钢支撑及超前锚杆支护，开挖方法与F7断层近似。
5）出口5m段自外向内分半开挖支护，开挖前洞脸设双排预应力锚杆锁口， 洞脸边坡布六排锚筋桩及4排1000KN级系统支护。
6）出口30m段洞内系统支护均由原设计砂浆锚杆改为9m预应力锚杆。
4结语 小湾水电站导流隧洞开挖支护分采用“新奥法”施工，安全、快速的穿越了 F7断层、进口大断面渐变段不良地质段、出口不良地质段。
导流隧洞分三层开挖支护，第一层采用台车和手风钻开挖；
第二层采用手 风钻进行上部预裂、潜孔钻中部拉槽、凿岩台车水平进行保护层开挖；
第三层采 用手风钻进行周边预裂、凿岩台车及手风钻开挖；
施工质量得到了有效控制，1# 洞平均超挖为0.204cm，2#洞平均超挖为0.182cm。
导流隧洞施工期观测结果表明：1#、2#导流隧洞围岩变形观测测值呈收敛 状态，没有突变现象发生；
锚杆应力受力较好，观测结果稳定；
声波测试表明， 导流隧洞开挖时，爆破参数控制较好，对围岩松驰圈影响范围较小。说明小湾导 流隧洞开挖支护方案是科学的。
