偏压浅埋大断面导流洞渐变段开挖支护施工技术

张敏 雷丹

（中国水利水电第十四工程局有限公司乌东德项目经理部 云南 昆明 651512）

1 工程说明

1.1 工程概况

乌东德水电站挡水建筑物为混凝土双曲拱坝，坝顶高程988m，最大坝高270m，电站厂房布置于左右两岸山体中，均靠河床侧布置，各安装6台单机容量为850MW的混流式水轮发电机组，总装机容量10200MW，多年平均发电量401.1亿kW·h，正常蓄水位975m，相应库容58.63亿m3。水电站施工导流采用河床一次拦断全年围堰、隧洞导流的方式，共布置5条导流隧洞，其中左岸布置2条，右岸布置3条，5条导流隧洞总长8091.5m。其中，左岸靠地下电站山里侧布置2条导流隧洞，右岸靠地下电站山里侧布置3条导流隧洞。

电站右岸导流洞按“两低一高”平行布置，其中3#、4#导流洞为低洞布置，5#导流洞为高洞布置，4#导流洞全长1604.5m，进口底板高程为812m，洞内最大底坡为0.937%，洞身设计断面为城门洞型，Ⅳ类围岩开挖断面为19.90m×27.20m（宽×高），导流洞进水口采用岸塔式设计，塔顶高程846m。导流洞K0+000～K0+050段为进口渐变段，其中K0+000～K0+020为渐变段最大开挖断面（27.90m×30.30m），K0+050段为渐变段最小开挖断面（22.90m×30.30m），K0+020～ K0+050段开挖高度为30.3m，开挖宽度从27.9m渐变为22.9m，渐变段开挖支护完成后后期底板衬砌混凝土厚度3.1m，边顶拱衬砌混凝土厚度3.0m。

1.2 施工难点分析

4#导流洞进口渐变段地质情况复杂，岩石松散破碎，自稳能力差。其岩体为因民组第一段（Pt2y1）灰～褐灰色薄层、极薄层大理岩化白云岩，地层走向30°～60°，倾向 120°～150°，倾角 45°～60°，多呈弱风化状，局部风化加剧，岩体质量主要为Ⅳ2级，并且从地层走向与边坡开挖面走向分析，其洞脸边坡结构为横向坡，更加大了开挖施工难度。

导流洞渐变段左侧隔墩边坡岩体较薄，并且受偏压力影响，施工过程中随时可能出现坍塌现场。渐变段左侧覆盖岩体水平最薄处厚度仅为13.77m，顶部最薄处仅为14.8m，受其顶部高边坡及断层影响，其隧洞地质条件较差、隧洞偏压明显，受力条件复杂。

该导流洞渐变段所面临的是Ⅳ2类围岩、开挖断面及跨度大（27.90m×30.30m）、埋深浅，受上边坡偏压力影响，并且经云南省科学技术情报研究院查新报告显示，目前公开的国内文献中，尚未见与该参数相类似工程的施工方法报道，因此其开挖支护施工方法选择是一项重大的难题。

2 工程主要程序及方法

2.1 开挖支护程序

4#导流洞进口渐变段主要开挖支护程序为：中导洞开挖（洞口悬挑锚筋桩施工）——左侧隔墩边坡刚性加固处理——Ⅰ层扩挖施工（洞顶EL844高程以上边坡锚索施工）——左侧拱对穿锚筋桩施工（左侧隔墩边坡锚索造孔下索、Ⅰ层边墙向下超前固结灌浆）——Ⅱ层中槽开挖（左侧隔墩边坡护坡混凝土开始浇筑）——左侧保护层开挖支护——与左侧隔墩边坡对穿锚索张拉完成——右侧保护层开挖支护——以下各层按Ⅱ层顺序分薄层开挖完成。

前期为了改善洞内通风条件，Ⅰ层已经开挖贯通8m×7m中导洞，为了减少渐变段与边坡明挖区的施工干扰，渐变段Ⅰ层采用从洞内向洞外进行开挖支护施工，开挖施工完成后及时进行左侧拱增加的对穿锚筋桩及隔墩边坡对穿锚索施工。

当隔墩边坡增加钢支撑支护全部施工完成，上部至少三排锚索钻孔施工并下索完成后可进行渐变段Ⅱ层开挖施工，同时应加快隔墩边坡EL844高程以上边坡锚索施工及隔墩边坡的混凝土护坡施工，渐变段Ⅱ层开挖完成后隔墩边坡的护坡混凝土浇筑至EL826高程。浇筑护坡混凝土时锚索位置需预留锚墩坑，并埋设钢垫板，待后期张拉完成后采用混凝土封平。

Ⅱ层及以下各层开挖均采用从洞内向洞外进行，下挖时必须保证隔墩边坡上对应对穿锚索已经钻孔及下索完成，待各层开挖支护完成后及时对出露的锚索进行张拉施工。同时隔墩边坡部位护坡混凝土及EL844高程以上边坡锚索施工应加快施工进度，为渐变段后续下挖后边坡稳定做铺垫。

2.2 主要采取支护措施

2.2.1 隔墩边坡加固措施

右岸4#导流洞进口渐变段左侧隔墩边坡岩石松散破碎，并且覆盖岩石较薄，为了保证4#导流洞渐变段开挖过程中隔墩边坡稳定，对开挖完成隔墩边坡增加刚性加固处理，在EL.811m～844m高程增加I20b钢支撑紧贴边坡上，钢支撑纵向采用Φ36钢筋进行连接，钢支撑及连接钢筋间距50cm，钢支撑与系统锚杆焊接加固完成后采用喷20cm厚C25钢纤维混凝土进行封闭，增强边坡的刚度，从而为后期锚索张拉时边坡整体受力打下基础。

由于隔墩边坡较薄，岩石自稳能力差，遇水软化快等特点，边坡及渐变段施工时均在岩石面采用钢支撑进行加强支护，这犹如给软弱的隔墩穿上一层盔甲，为了保证两层钢性支护之间的岩体长期稳定，增加对穿锚索是首要选择。因此在隔墩边坡EL.815m～839m高程范围增加与4#导流洞渐变段之间的1500kN对穿无粘结锚索支护，锚索间距3m×3m，同时为便于对隔墩边坡及时进行锚固，对穿锚索在4#导流洞进口渐变段开挖前从边坡侧向导流洞内进行造孔，造孔深度超出4#导流洞左边墙结构线1m，造孔完成后在孔内安装φ140PVC管，待渐变段开挖时锚墩位置出露后及时进行锚索后续工序的施工。

4#导流洞渐变段Ⅰ层开挖完成后，其左侧拱距EL844m高程马道厚度仅为9m左右，为了防止下层开挖时左侧拱受上部偏压坍塌，在844m高程马道与左侧拱之间布置3排3Φ32对穿锚筋桩，间距2m。

2.2.2 减小上部偏压力采取加固措施

由于隔墩边坡与4#导流洞渐变段之间的岩壁较薄，加之渐变段下挖过程中，隔墩边坡所受上部山体偏压力将逐渐增大，为了减小该偏压力对隔墩边坡破坏，在4#导流洞顶部边坡EL.844m～900m高程布置25m～50m不等的1000kN预应力无粘结锚索。

2.2.3 导流洞渐变段加固措施

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导流洞渐变段在原设计系统锚杆及喷混凝土支护基础上，首先增加Ⅰ20b间距75cm型钢进行加强支护，同时顶拱开挖过程中增加Φ28，L=6m，间距40cm，排拒3m超前锚杆进行超前支护。渐变段下挖过程中为了保证边墙成型效果及增加自稳能力，在Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ层开挖完成后分别在两侧边墙增加Φ56，L=6m，α=20°向下超前无盖重固结灌浆，灌浆完成后孔内安装Φ32，L=6m超前锚杆。

为了保证洞脸部位开挖质量，在4#导流洞洞脸上方EL.854m高程马道上布置3排3Φ28悬吊锚筋桩，锚筋桩间距为2m，排拒为1m。并且由于EL.854m马道距离导流洞洞口高程较小，加之岩石破碎，为了使马道岩石受力均匀，EL.854m马道悬吊筋桩施工时外露40cm，并在末端设50cm弯钩，锚筋桩施工完成后，在该段落马道上浇筑长29m×厚0.6m×宽2.7m的C25钢筋混凝土地梁进行加固。

2.3 主要开挖支护施工方法

2.3.1 渐变段主要开挖方法

4#导流洞进口渐变段分7层采用从洞内向洞外方式进行开挖支护施工，其中第Ⅰ层9m，Ⅱ层4.5m，Ⅲ～Ⅵ层开挖高度3m，Ⅶ层开挖高度4.8m。Ⅰ层采用全断面扩挖的施工方法，Ⅱ～Ⅶ层采用中间拉12.5m槽两边预留7.7m保护层开挖方法，两侧保护层采用先左后右的顺序进行开挖支护施工。开挖采用钻架台车配合人工YT28手风钻造孔，装2#岩石乳化炸药，非电毫秒雷管引爆，电雷管起爆，周边孔采用光爆形式，开挖循环进尺按1.5m～2.0m控制。由于渐变段岩石破碎，为了减少爆破对隔墩的扰动，局部特别破碎段保护层采用无爆破开挖方法，施工时主要采用挖机直接开挖及破碎锤开挖的方法。出渣采用1.6m3反铲装20t自卸汽车运至渣场。

2.3.2 渐变段洞身主要支护施工方法

导流洞渐变段系统支护主要有系统锚杆及喷混凝土，以及增加超前锚杆、钢支撑、悬吊锚筋桩等，超前锚杆采用人工YT28手风钻造孔人工安插后注浆，钢支撑采用厂内加工完成后运至施工现场，人工拼接安装，安装时每个节点采用4根Φ22，L=3m锚杆固定，与系统锚杆相邻的部位可采用直角拐子筋与系统锚杆焊接牢固；悬吊锚筋桩采用100B潜孔钻机造孔，现场人工焊接制作完成并安装后注浆；系统锚杆采用三臂凿岩台车造孔，平台车配合人工注装；喷混凝土采用8m3混凝土搅拌车运至施工现场，Meyco喷车现场施喷。

2.3.3 隔墩边坡支护施工方法

隔墩边坡EL844m高程以上端头锚索采用搭设满堂脚手架进行施工，施工时采用YG-80型锚索钻机造孔后人工下索张拉。隔墩边坡EL844m～812m高程与导流洞对穿锚索利用边坡支护排架采用YG-80型锚索钻机进行造孔，造孔完成后及时下索，下索完成后拆除排架，后期采用25t吊车配合人工对钢锚墩进行安装及锚索张拉。

4#导流洞渐变段左侧拱与EL844马道间增加3排3Φ32对穿锚筋桩，间距2m。由于该部位与原洞脸边坡施工锚索存在交叉，因此在保证钻孔时不破坏洞脸部位锚索前提下加快施工进度是关键。该部位锚筋桩钻孔前首先对原锚索设计角度进行详细分析，其次对锚索原造孔人员在实际造孔时存在偏差进行了解，综合考虑后确定锚索最终走向，最后确定锚筋桩的造孔角度。为了保证孔位精度，造孔前采用搭设样架的方法，并对每个孔的孔位及孔斜进行严格控制，锚筋桩造孔采用100B潜孔钻机，人工现场焊接加工锚筋桩，造孔结束后采用人工及时进行安装后注浆封闭，导流洞内锚筋桩与钢拱架之间需焊接牢固，马道上外露50cm埋入后期浇筑的马道底板混凝土内，保证了该部位的长久稳定。

3 结语

4#导流洞进口渐变段具有开挖断面大，岩石松散破碎、自稳能差、遇水软化快等特点，并且岩墩较薄，受上部偏压力较大等因素影响，施工难度较大，业主及监理十分重视该部位的施工并对整个过程进行全程监控。在项目部的精心组织、合理安排下，顺利完成该渐变段的开挖支护施工，施工过程中根据洞内洞外的临时及永久监测情况分析，边坡及导流洞未出现较大变形，而且开挖结构面成型良好，开挖结束后，开挖质量及方法取得业主、设计和监理一致好评，为以后在复杂地质条件下偏压浅埋大断面导流洞渐变段开挖支护施工积累了新的施工经验。陕西水利

[1]水工建筑物地下开挖工程施工技术规范(SL 378-2007)[S].