溪洛渡水电站左岸泄洪洞龙落尾开挖支护施工技术研究

吴登明, 张元继, 刘金娟

(中国水利水电第七工程局有限公司,四川成都 610081)

1 引 言

溪洛渡水电站是金沙江干流梯级规划方案中规模最大的水电站,由双曲拱坝、泄洪建筑物、引水发电建筑物等组成,最大坝高 278.00m,泄洪采用“分散泄洪、分区消能”的布置原则,总装机18台,单机设计容量为 770MW。

泄洪洞是溪洛渡工程的主要泄洪设施,泄洪水头、泄洪量、泄洪功率以及流速均为国内最高水平。左岸布置 1#、2#泄洪洞,由进水塔、有压段、工作闸门室、无压段、龙落尾段和出口挑坎等组成。

龙落尾段由上奥奇曲线段、斜坡连接段、反弧曲线段以及下直坡段等组成,断面形式为圆拱直墙型,根据不同围岩类别,开挖断面尺寸为 15.7m×20.6m～21.6m×23.179m(宽 ×高)。其中奥奇曲线段曲线方程式为 Z=(X2/300)+0.023X,在奥奇曲线段的起始段设置有与补气洞相通的补气竖井;斜坡段为奥奇曲线和反弧曲线之间的连接过渡段,斜坡与水平面的夹角为 22.5°;反弧段反弧半径R=300m;在反弧段与下直坡段交接处设置一道突跌式掺气坎,跌坎高度 1.5m。

2 地质条件

1#、2#泄洪洞龙落尾段上覆岩体厚 100～250m,水平埋深 50～150m。沿线地层岩性为P2β9～P2β12层致密状玄武岩及角砾(集块)熔岩。沿线地层岩质坚硬,岩体新鲜、嵌合紧密、多呈块 ～次块状结构,局部层间、层内错动带发育段岩体呈镶嵌结构。根据溪洛渡水电站坝区勘探揭示的宏观规律,左岸泄洪洞龙落尾段层间错动带较发育,洞身段约 80%布置在 P2β12层中下部致密状玄武岩内。经对坝区地应力测试成果进行分析,1#、2#泄洪洞龙落尾段沿线由于埋深不大,地应力较低,地下水不活跃,出口部位处于弱风化、卸荷带内,局部渗水、滴水。

3 施工特点

(1)龙落尾开挖体型复杂;(2)龙落尾地质条件差,开挖成型要求高;(3)龙落尾平均坡度为 22.5°,既不能按平洞施工,也不能按斜井施工;

(4)开挖过程中渣料运输、施工排水、排渣及支护难度较大。

4 开挖施工方案

根据龙落尾的体型特征,在龙落尾中部增设了施工支线,施工中采用分区、分层、多个工作面同时开挖、各工作面采用溜渣井贯通,然后进行扩挖的施工方案。

(1)增设施工支线。

增设施工支线可以解决施工排水、渣料运输问题,并且可以同时打开多个工作面进行施工,有利于节约施工成本并加快工程进度。

(2)分区、分层开挖。

1#、2#泄洪洞龙落尾段均采用“分区、分层”的开挖方式,将龙落尾分为Ⅰ ～Ⅵ区进行施工,且在Ⅳ区和Ⅴ区设置溜渣井,以便于施工排水和溜渣。各区分层情况如图 1所示。

(3)开挖方案。

图 1 泄洪洞龙落尾分区图

根据龙落尾开挖施工特点,将开挖分成Ⅵ区施工,分述如下:

①Ⅰ区为奥奇曲线段,分三层施工。第一层厚8.5m,中导洞先行、两侧跟进,采用自制台车掘进至无法前进为止。第二层按高度 2～3m向前掘进至第一层开挖面后,仍采用自制台车向前掘进;

②Ⅲ区为斜坡段,通过 1#、2#龙落尾段中部增设的施工支线进入Ⅲ区施工工作面,分别向上、下游进行开挖施工,开挖底坡 i=15%。采用“中导洞先行、两侧墙跟进”的开挖方式,以自制台车做为施工平台;

③Ⅱ区为龙落尾段出口反弧段,由泄洪洞出口明挖 L-1便道进入施工工作面。采用中导洞先行开挖,两侧墙扩挖跟进,以自制台车做为施工平台;

④Ⅳ区、Ⅴ区:根据实际情况分层开挖,分层厚度控制在每层 2.5～3.5m;且在Ⅳ区、Ⅴ区各设置了一条溜渣井,便于排水和溜渣;

⑤Ⅵ区分两层开挖,第一层(Ⅵ -1)区厚度为 10m左右,第二层(Ⅵ -2)区厚度为 1.5～4m(保护层)。 Ⅵ -1区采用 100B潜孔钻机造孔,深孔梯段爆破,周边预裂爆破;Ⅵ -2区采用手风钻水平造孔,周边采用间隔装药双光面爆破。

(4)爆破设计。

中导洞开挖光爆孔均采用手风钻造孔,孔径为 42mm,孔距为 50cm,单耗为 180～220g/m;主爆孔采用 100B进行造孔,孔径为 90mm,孔距为 60cm,单耗为 1.8～2.4kg/孔;侧墙开挖光爆孔均采用手风钻造孔,孔径为 42mm,孔距为 50 cm,单耗为 160～180g/m。

从现场情况看,半孔率为 97%,平均超挖 9.3 cm,平整度为 5.8cm,均达到了爆破设计的预期效果(图 2)。

图 2 泄洪洞龙落尾顶拱开挖效果图

(5)支护方案。

根据龙落尾自身的特点,缓坡段采用 T11多臂钻造孔,吊车辅助人工插杆、注浆及挂网,MST喷浆机喷护;陡坡段采用 100B造孔,脚手架辅助人工进行插杆、注浆、挂网及喷护作业。

5 结 语

实践证明,龙落尾开挖施工通过在其中部增设施工支线,采用分区、分层、多工作面同时开挖,各工作面采用溜渣井贯通进行排水和溜渣的方案是可行的,可供类似工程借鉴。