柏叶口水库隧洞的施工

郭永刚

（山西省水利水电勘测设计研究院 太原 030024）

1 工程概况

柏叶口水库枢纽工程具有供水、防洪、发电、灌溉等综合功能。枢纽工程由混凝土面板堆石坝、溢洪道、泄洪兼发电引水洞和电站组成。

泄洪发电洞靠近大坝坝头左端，由进口段、洞身段及出口段组成,为有压圆型隧洞，衬砌后直径5 m，石方洞挖长度为600.00 m.石方洞挖Ⅱ类围岩直径6.1 m，开挖断面积为29.2 m2；Ⅲ类围岩直径6.2 m，开挖断面积为30.2 m2；Ⅳ类围岩直径为6.3 m，开挖断面积为31.2 m2.

坝址区岸坡陡峻，河谷两岸冲沟切割较深。区内大面积出露下太古界界河口群变质岩，岩性以混合花岗岩、变粒岩为主。逯家岩村以北出露岩浆岩，岩性为花岗岩。河床覆盖层主要为卵石混合土、混合土卵石层。

区内断层及节理裂隙发育，区域主应力场方向NW～SE向。抗震基本烈度为Ⅶ度，地震动峰值加速度值为0.10 g，地震动反应谱特征周期0.4 s.

2 开挖支护方案

2.1 进出口洞段开挖方案

根据隧洞出口段为砂砾石夹孤石地质的特点和工期要求,采用1 m3反铲挖掘机对砂砾料洞进行洞挖，并用装载机装5 t自卸汽车运到弃渣场。掘进0.5 m时立一榀钢拱架（根据现场实际情况定掘进进尺）。人工浇模阻混凝土为主的方案。施工严格遵循“短开挖、小扰动、强支护、及时密闭、勤观测”的原则。按照施工准备→测量放线→超前小导管支护→开挖→型钢支撑、锁脚锚杆→人工浇模阻混凝土→转入下一循环的开挖工艺流程。

2.2 洞身段开挖方案

泄洪洞地质为花岗岩、变粒岩夹砾岩，开挖断面为中小型断面，围岩分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类围岩，施工时根据围岩情况，采取短进尺、弱爆破、光面爆破、快循环、快支护、强支护的方法进行。采用手风钻钻孔，全断面光面爆破的开挖方法，在每一循环进尺开挖完成后，在洞内采用ZL50侧翻装载机装渣，洞内和洞外均采用5 t自卸汽车运渣。Ⅱ、Ⅲ类围岩段的开挖循环进尺为2.5 m，每个作业面平均每天可完成两个循环的开挖.。起爆网络采用非电起爆网络，所采用的火工材料为2#岩石炸药、2#岩石乳化炸药、导爆索、毫秒雷管、导电线、电雷管。工作面钻孔深度为3.0 m，工作面钻孔数量为71个，钻孔总深度为213 m，每天每个作业面开挖进尺为5.0 m.开挖工艺流程为施工准备→测量放线→钻孔→吹孔、装药、封堵、联网→起爆→通风排烟、危石处理→出渣→隧洞喷锚一次支护→转入下一循环。

3 开挖工艺

3.1 出口段开挖工艺

3.1.1 打超前导管

采用YT-28型手风钻对顶拱范围内进行钻孔，打超前支护导管φ48，间距300 mm，单根长3 m，每段23根。

3.1.2 掘进

用1 m3反铲挖掘机对砂砾料洞进行洞挖，并用装载机装5 t自卸汽车运到弃渣场。掘进0.5 m时立一榀钢拱架（根据现场实际情况定掘进进尺）。

3.1.3 钢拱架支护

采用16号工字钢进行洞内支护，每榀钢支撑由5段连接而成，连接件用250 mm×160 mm，厚14 mm钢板，边墙钢拱架立柱底座用300 mm×300 mm，厚14 mm钢板支撑。为确保钢支撑稳固，两榀钢支撑之间用钢筋φ25连接起来。钢拱架间距约为0.5 m，共约为85榀。（详见图1）。

3.1.4 打锁脚锚杆

对钢拱架两边立柱打锁脚锚杆，采用YT-28型手风钻进行钻孔，双排锚杆加固，锚杆φ25，单根长3 m，每榀12根。

3.1.5 人工浇模阻混凝土

模阻混凝土标号为C30，混凝土厚度为185 mm.模板采用小钢模板拼接起来，螺杆内拉支撑加固，洞内搭设脚手架，顶拱用钢管支撑模板加固。现场出口附近铺一块水泥平地，用装载机运料到水泥平地，加温水拌和混凝土。用装载机配合人工分层浇筑，先浇筑两边墙与底部，然后人工用吊桶垂直运输浇筑顶拱混凝土。详见图1、图2

图1 砂砾料洞钢支撑结构图（单位：mm）

图2 砂砾料洞钢支撑细部图（单位：mm）

3.2 洞身段开挖工艺及作业措施

3.2.1 测量放线

测量放线采用常用的水准仪和全站仪进行。所采用的测量仪器自身的精度要符合水利水电工程测量用仪器的精度要求。施工测量放样采用前方交会法，然后根据设计提供的洞轴线控制点坐标，定出洞轴线中心桩和开挖边线、高程等，作为施工控制依据，并将测量成果报监理工程师，批准后方可开始开挖施工。在开挖工程中，根据需要逐步向洞内引测，并在适当的部位设立测量标志桩和控制点，以控制整条隧洞的开挖质量。

每个月进行一次测量检查、复测,确保测量控制工序质量。

3.2.2 钻孔作业

全部采用带气腿的YT-27型手风钻进行钻孔，钻孔时分上下两部分同时进行钻进，钻下半部分炮孔时，将手风钻支在洞底直接进行钻进，钻上半部分炮孔时，搭设掌子面工作台，而后将手风钻支在工作平台上进行钻孔。风钻工严格按照设计钻爆图进行钻孔作业。各钻手分区、分部位定人定位施钻,实行严格的手作业质量经济责任制。每排炮由值班人员按“平、直、齐”的要求进行检查。周边孔偏差不得大于5 cm/m,爆破孔偏差不得大于10 cm.石方洞挖炮孔布置见图3.

图3 石方洞挖炮孔布置图

3.2.3 装药爆破

钻孔完毕后，要及时对每个炮孔进行吹孔。吹孔完毕后根据经爆破试验并经监理工程师审批后的参数（详见表1）借助平台车进行装药，在对掏槽孔和辅助孔（崩落孔）装药时，先将一个药卷放进炮孔口，接着顺序装入两到三个药卷，最后用木制炮棍轻轻将药卷推至炮孔深处。

周边孔采用间隔不偶合装药结构，装药时，每个药卷之间按设计留有一定的间隔，一般在周边孔孔口只装半个药卷。装药后，用事先拌制好的炮泥或者其它封堵材料对每个炮孔进行封堵，孔口封堵要密实。装药应先将药卷放进炮孔口，再用木制炮棍轻轻推至炮孔深处，装药后，用塑料袋或将硬纸片用水浸湿后进行封堵，炮孔封堵一定要紧密、牢固。装药完成后,由技术员和专业炮工分区分片检查,联结爆破网络,撤退工作面设备、材料至安全位置,导火索起爆、导爆索、导爆管传爆,毫秒微差爆破,周边光面爆破。装药结构见图4.

图4 装药结构图

3.2.4 通风散烟

爆破后采用2台SSF系列力轴流通风机正压通风。

3.2.5 安全处理、清底

爆破后要处理掌子面及顶拱安全。出渣后再次进行安全检查及处理,并用反铲扒除工作面积渣,为下一循环钻爆作业做好准备。

3.2.6 隧道贯通

表1 石方洞挖爆破参数表

隧道接近贯通前,两端施工应加强联系,统一指挥,并采取浅眼低药量,控制爆破,当两开挖面间的距离30 m时,一端爆破,另一端人员撤离工作面，剩余15 m时,必须停止一个工作面作业并做好警戒，改为单向开挖,直到贯通为止。做好调整通风系统的准备工作。贯通时,必须由专人在现场统一指挥，停止掘进的工作面必须设置栅栏及警标,2个工作面入口必须有人警戒。贯通后,先进行通风，方可恢复工作。

4 结语

柏叶口水库泄洪发电洞石方开挖量约28 063.06 m3，其中Ⅱ类围岩段260 m，开挖量7 592 m3，Ⅲ类围岩段280 m，开挖量8 456 m3，Ⅳ类围岩段67 m，开挖量2 090.4 m3.进出口明挖工程量9 924.66 m3.依靠科学的爆破开挖工艺，以及对不良地质洞段采取超前预支护、短进尺、快循环、快支护、强支护的特殊处理支护措施，泄洪发电洞提前15天完成开挖目标任务，隧洞贯通误差为：横向-17 mm；纵向+4 mm；竖向+42 mm，符合水利施工规范的要求。为以后类似项目的施工积累了宝贵经验。