特大断面导流洞开挖施工工法

叶 明 施召云

(中国水利水电第六工程局有限公司 丹东 118002)

1 前言

特大断面导流洞开挖施工工法在溪洛渡水电站左岸1号、2号、3号导流洞工程开挖施工中的成功应用，极大地提高了开挖质量，边墙成型完整，并加快了施工进度。在左岸导流洞开挖施工过程中，导流洞中下层采用两侧深孔预裂、中间梯段爆破为主的施工方法，变洞挖为明挖，并对施工设备进行了改进，大大降低了施工费用、加快了施工进度，同时充分利用工作面形成平面多工序、立体多层次的流水作业，使20多m高的洞室形成上、中、下同时作业的局面。本工法的应用，在溪洛渡左岸导流洞工程中创下了三项中国企业新记录，获得两项科技进步成果奖、9个施工样板段，经济效益和社会效益显著。

本工法在溪洛渡水电站左岸导流洞工程中成功应用后，相续又在湖北潘口水电站导流洞工程、锦屏二级水电站导流洞工程中成功应用。

2 工法特点

a.本工法根据导流洞的断面大小，将导流洞分上层和中下层进行开挖。上层采用先开挖中导洞，等中导洞全线贯通后，再进行两侧扩挖的方法，其中两侧扩挖施工时分别滞后进行。

b.本工法特大断面导流洞中下层采用两侧深孔预裂、中间梯段爆破为主的施工方法，变洞挖为明挖，大大降低了费用，加快了施工进度。

c.本工法对100B轻型潜孔钻进行了改造，使上层扩挖在10cm就能满足中下层预裂孔下钻要求，大大减少了扩挖工程量。

d.本工法在预裂孔钻孔时采用了定位样架导向技术，对造孔精度进行控制，保证了钻孔成型质量。

e.本工法采用专门的钻孔质量控制与检查体系，对预裂爆破孔和梯段爆破孔进行了质量跟踪、控制、检查等全方位质量控制，大大提高了爆破质量。

f.本工法充分利用工作面，形成平面多工序、立体多层次的流水作业，使洞室形成上、中、下同时作业的局面，大大加快了施工进度。

3 适用范围

本工法适用于水工建筑物中特大断面(面积大于120m2或跨度大于12m)的城门洞形导流洞的开挖施工，也可以供水电站其他特大断面洞室群开挖施工借鉴。

4 工艺原理

本工法选用了预裂爆破与梯段爆破相结合的施工技术，导流洞中下层采用两侧深孔预裂、中间梯段爆破为主的施工方法。本工法对轻型潜孔钻进行了改造，使上层扩挖在10cm就能满足下钻要求，大大减少了扩挖工程量。同时采用专门的钻孔质量控制与检查体系，对预裂爆破孔和梯段爆破孔进行了质量跟踪、控制、检查等全方位质量控制，减少了人为因素的影响，保证了造孔精度。并通过多次现场生产性试验，确定适宜的爆破参数及装药结构，从而确保了高边墙的预裂爆破成型质量，同时还控制了中部梯段爆破对边墙的震动影响。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

5.1.1 施工工艺总体安排

特大断面导流洞开挖施工，根据各具体工程的不同结构特点及布置特性，可采用不同的总体施工安排，但总体上的施工工艺安排为:上层中导洞开挖施工、上层两侧扩挖施工、中层开挖施工(其中在中层开挖施工中，两侧预裂爆破与中间垂直梯段爆破可以在一次爆破中先后起爆进行完成，也可以在预留爆破超前完成一定距离后再进行中间垂直梯段爆破)、下层开挖施工。其中上层、中层、下层开挖施工中根据具体情况可在上一层全部施工完成后再进行下一层的开挖施工，也可以在各层滞后立体同步进行开挖施工。

5.1.2 中层两侧预裂爆破施工工艺流程

特大断面导流洞开挖施工中层两侧预裂爆破施工工艺流程为:生产性实验(上层扩挖试验、钻机架设试验、爆破参数试验)→爆破参数设计→基岩面清理→测量放线→布孔→样架搭设→样架校核→钻机架设→造孔施工(钻孔控制)→验孔→装药爆破→爆破效果检查。

5.2 操作要点

5.2.1 上层开挖施工

根据各导流洞或地下洞室断面情况，其上层可分三部分进行开挖，上层采用先开挖中导洞，等中导洞全线贯通后，再进行两侧扩挖的方法，其中两侧扩挖施工时分别滞后进行。爆破后，先进行安全处理，然后根据围岩情况适时进行系统安全支护。另外，在上层两侧边墙开挖时，与中层接触段的2.5m高度范围内进行扩挖，并且对该范围内不进行支护施工。

5.2.2 中层开挖施工

特大断面导流洞中层开挖采用两侧预裂爆破、中间垂直梯段爆破的施工方法。其中预裂爆破孔采用YQ100B钻机垂直钻设，梯段爆破孔为达到良好的堆渣效果，采用斜孔布置，与水平夹角为85°，采用D7液压钻机进行钻设。为了保证钻机能够沿设计边线下钻，对钻机进行改进设计，使预裂钻孔开钻需要的超挖从25cm降低到10cm以内。在上层开挖时沿两侧边墙2.5m高度范围内超挖10cm。

在进行中层开挖前需进行一定的生产性试验，确定爆破参数、钻孔参数、炮孔布置方式及钻孔精度控制方法。通过生产性试验探索出优良的施工工艺与合理的爆破设计。

5.2.2.1 基岩面清理

为保证开孔准确和钻孔质量，首先沿边墙设计轮廓线位置采用人工配合反铲清出1.5m宽的条带，排除积水。

5.2.2.2 测量放线

先由测量人员准确地放出预裂孔的孔位和高程，用红油漆在侧墙上做好标记，详细地将每个孔的测量记录填写到导流洞下层开挖预裂孔施工放样记录表中，现场与施工队的技术人员交底，并由双方签字确认。

5.2.2.3 样架搭设与校核

施工人员按照设计轮廓线安设钢管样架，固定钻机，进行钻机就位、调正。钻机样架采用1.5英寸脚手架钢管搭设，设置纵横向联系杆和三角形斜支撑，并与边墙锚杆或插筋(没有锚杆部位打插筋)联接牢固，确保钻机固定牢固、稳定，在钻进过程中不得出现轻微晃动、偏移等影响钻孔位置、垂直度的现象。

5.2.2.4 造孔施工

边墙预裂爆破孔采用改进型轻型潜孔钻机造孔，孔径为90mm，孔距为80cm。

严格按照测量放样记录表中的数据准确计算出各孔的孔深，并将计算结果填入预裂孔施工放样记录表中。

钻孔精度主要采取以下措施进行控制:

a.采用定位样架导向技术，保证钻机就位后，其开孔位置，钻孔方位角、倾角均与设计指标完全一致。

b.严格执行开孔段和钻进过程中的三次校钻制度，即:开钻20cm检查、钻进1m检查、钻进3m和钻进5.0m检查。

c.钻进过程中每2～3根钻杆加一个扶正器，有效防止钻进过程中“飘钻”现象的发生。

d.严格控制钻进速度。开钻时用小风压缓慢推进，孔深0～1m内钻速控制在40min/m，孔深1～8m内钻进速度控制在15～20min/m。

5.2.2.5 预裂孔装药爆破

按设计装药结构，用胶布将药卷和导爆索绑扎在竹片上，人工送入孔内。底部1.0m范围内加强装药、上部孔口段减弱装药。堵塞时，先在药卷顶部堵塞纸团或纺织袋，然后再填塞钻孔岩屑，严禁混入块石，堵塞长度要求不小于设计堵塞长度。

5.2.2.6 预裂爆破效果检查

每次爆破完成，清除石渣，露出开挖面后，由专职质检员及技术人员对爆破成型质量进行检查，收集相关数据，作为下次预裂爆破参数调整的依据。

5.2.2.7 梯段爆破

采用液压钻钻孔，钻孔偏差不大于20cm。在爆破技术人员的指导下，由炮工按设计装药结构和起爆网络装药、连网。每次爆破过后，对爆堆形状和爆破块度进行检查，作为调整爆破参数调整的依据。

5.2.3 下层开挖施工

导流洞下层开挖高度在2.0～4.1m之间，采用YT－28手风钻水平钻孔，滞后中层开挖100～150m，周边孔光面爆破。

6 材料与设备

6.1 工程材料

特大断面导流洞开挖施工主要涉及的材料就是钻孔施工时的辅助材料及爆破材料，其中辅助材料主要为边墙预裂爆破钻孔样架搭设及加固材料，样架搭设主要采用1.5英寸脚手架钢管及其专业扣件，加固材料主要为随机锚杆。

6.2 工程设备

工程设备主要是手风钻、多臂钻、自卸汽车、液压反铲、装载机、改进型轻型潜孔钻机等，根据工程需要配置。

7 质量控制

7.1 质量管理措施

a.在定位架搭设前进行测量放线，完成后，必须向现场技术人员进行交底。

b.样架搭设位置要准确，并牢固可靠，正式投入使用前必须进行验收。

c.对预裂孔的孔径、孔距、孔向和孔深偏差等进行控制。严格三检制，验收合格后需对孔口进行保护。

d.加强装药结构、联网质量控制。

7.2 技术措施

a.成立专门的技术小组，按工序编制施工作业指导书，并进行详细的技术交底。

b.加强过程中的技术指导，及时解决存在的问题。

c.及时进行数据收集和质量评价。

8 安全措施

施工中始终坚持“安全第一、预防为主”的方针，积极做好安全工作。

a.建立健全安全保证体系、安全监督体系，制定完善的安全管理规章制度。

b.加强安全教育培训，提高全员安全素质。

c.认真开展安全活动。

d.进行深入细致的安全大检查，建立奖罚机制。

e.在各施工区、道路、生活区等设置足够的照明系统。

f.按规定配带安全防护用品，遵章守纪，听从指挥。

g.爆破人员持证上岗，严格防护距离和爆破警戒，爆破后及时通风。

h.爆破后及时进行危石及碎块处理。

i.开展施工期变形监测工作，掌握围岩变化状态。

9 环保措施

a.严格遵守国家和地方政府有关环境保护的法令、法规和合同规定，对施工活动范围内的环境予以认真保护。

b.保证生产、生活场地整洁卫生，工完场清，保证场洁。

c.保护施工区和生活区的环境卫生。

d.减少施工现场的噪音、粉尘，加强施工道路的养护。

e.各作业面的生产废水通过临时排水沟汇集到集水池，用水泵抽排，通过污水管排放至洞外污水沉淀池，处理达标后排放。

10 效益分析

a.在溪洛渡左岸导流洞开挖施工过程中，导流洞中下层采用两侧深孔预裂、中间梯段爆破为主的施工方法，并对施工设备进行了改进、大大降低了施工费用，加快了施工进度，节约工期至少3个月，创造了较大的经济效益。

b.该工法的应用，在溪洛渡左岸导流洞工程中创下了3项中国企业新纪录，2项科技进步成果奖，9个施工样板段，其社会效益明显。

c.本工法通过减化施工程序安排，采用样架进行钻孔精度控制等方法，设计轮廓线位置的开挖成型质量优良，为后续的地下工程开挖施工提供了新的技术方法和质量控制指标，促进了预裂爆破技术在地下工程施工中的进一步运用。

11 应用实例

11.1 金沙江溪洛渡水电站左岸导流隧洞工程

溪洛渡水电站左右岸各布置了3条导流洞，左岸为1～3号导流洞，导流洞平面上呈单弯道布置，洞身为城门洞形特大断面，普通洞段开挖断面为(20～21.6)m×(22～23.6)m(宽×高)，闸室段最大开挖断面为34m×32m(宽×高)，堵头段最大开挖断面为26m×28m(宽×高)，左岸导流洞洞身段总长 5003.168m，总计石方洞挖260万m3，平均月开挖强度15.2万m3，高峰期月最大开挖强度达27.1万m3。该工法在工程中成功应用，优化了传统的施工工艺、节约了施工成本，获得中国水利水电建设集团公司科学技术进步一等奖和中国电力科学技术奖三等奖，9个施工段被三峡集团溪洛渡工程建设部评为样板段工程，具有明显的经济效益和社会效益。

11.2 锦屏二级水电站导流隧洞工程

锦屏二级水电站位导流洞工程位于拦河闸坝右岸，呈双弯道布置，上游平面转角为39.33°，下游平面转角为30.02°，平面转弯半径均为100.00m，隧洞全长592.93m。

特大断面导流洞开挖施工工法在锦屏二级水电站导流洞工程的应用，提前完成了施工，多次受到二滩业主、监理、设计和专家的赞誉。

11.3 湖北潘口水电站导流洞工程

潘口水电站导流洞洞身断面为15m×18m(宽×高)的城门洞形特大型断面，总长534m。

特大断面导流洞开挖施工工法在湖北潘口水电站导流洞工程的成功应用，取得了良好经济效益和社会效益，此工法的实施和施工现场合理的组织，使施工工期提前近2个月，受到潘口水电站业主、设计、监理各方好评。