关于松塔水电站导流泄洪洞开挖衬砌的施工方法

张秀芹

（山西省晋中市水利建筑工程总公司 山西晋中 030600）

1 工程简介

松塔水电站位于山西省寿阳县潇河主流松塔河上，松塔水电站枢纽工程建筑物包括大坝、供水发电洞、导流泄洪洞、岸边溢洪道，以及坝后发电站和电站尾水渠以后的集水池。

导流泄洪洞设在大坝左岸约40m的岸坡上，位于溢洪道和供水发电洞之间，由圆形有压隧洞段和无压隧洞段组成，洞长452.50m，有压洞洞径5.5m，无压洞段为城门洞型，底宽6m，直墙高7m。有压隧洞出口设平板事故检修闸门和弧形工作闸门，采用挑流消能。

2 导流泄洪洞开挖

2.1 洞身开挖程序

准备工作→钻机、人工就位（水风电就绪、测量布孔）→上、下断面钻孔（火工用品准备）→装药、联线→起爆→通风、排烟、清危→喷锚、支护→出渣清理→下一循环。

根据地质资料显示隧洞围岩类别主要为Ⅳ和V类，在开挖过程中需边开挖边进行锚喷支护。洞室开挖采用全断面掘进，光面爆破的方法进行，3台7655风钻同时钻孔，一次性爆破，同时对拱部的软弱岩石进行及时支护。爆后石渣由一台ZL50装载机配合8 t自卸汽车运至弃渣场，底部的虚渣由人工清理。在隧洞底部两侧设排水沟，便于洞内渗水的排出。考虑到地形所限，同时为便于出渣，隧洞开挖从进口至出口掘进，一个工作面进行施工。开挖顺序为：打眼→放炮→排险（撬除活动、松动的危险物）→出渣→一期支护。依次循环进行。

2.2 洞身开挖方案

测量放线开挖轮廓应考虑预加沉降量，Ⅴ类、Ⅳ类分别预留12cm、8cm的沉降量，具体预留量应按施工监控量测数据进行调整。

洞身围岩设计为Ⅴ、Ⅳ类采用围岩按全断面开挖。仰拱开挖，采用短进尺弱预裂爆破，紧跟掌子面用人工配合挖掘机把仰拱虚渣挖除干净进行仰拱施工。

洞身施工应遵循“先探后挖、支护在先”的原则，按照“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、早支护、勤量测、早封闭”的原则稳步前进，以确保安全。

洞身开挖是隧道施工的重要环节，按新奥法组织实施。开挖断面尺寸必须符合设计要求，且按围岩类别先留有沉降量（以后按量测结果再进行修正），开挖作业中，不得损坏已有的支护、设备，同时保护好测量桩号和测量用的测点，做好地质构造的核对和素描，地质变化处和重要地段，应有照片记载。当全洞开挖贯通距离剩下15m时，改为小洞先开通，再扩大为断面，直到贯通为止。

围岩采用简易钻孔台车钻孔，光面爆破全断面开挖。为提高光面爆破效果，控制好开挖断面轮廓，整个隧道断面一次性钻眼爆破。

2.3 隧洞超、欠挖控制

（1）隧洞开挖过程中，超挖量随岩质、裂缝状况、开挖方式和方法而异，超挖过多，不仅因出渣量和衬砌量增多而提高工程造价，而且由于局部挖掉围岩会产生应力集中问题，因此开挖过程中应严格按设计要求作业，按规范规定的允许超挖值尽量减少超挖量；欠挖时如采取补炮，则势必造成较大的超挖，浪费工料，且二次扰动围岩，故施工时，也应严格按规范要求的限值严格控制，根据爆破效果及时调整爆破参数。

（2）洞身开挖控制措施（激光断面仪量测）。为了保证工程质量，在开挖中采用激光断面仪检测开挖轮廓线是否达到设计弧度和控制超欠挖在规范允许误差值内，使初砌支护和二次衬砌达到设计厚度。

Ⅴ、Ⅳ围岩分别每5m、8m，采用激光断面仪对开挖断面进行检测，将检测结果进行分析，掌握开挖局部超欠挖情况，指导在开挖中炮眼间距和角度的调整。

2.4 其他问题

工程施工中将设立地质专业组，配备必要的设备仪器，负责施工过程中对水文、地质变化的描述记录，分析地质变化的趋势，与设计单位密切联系，评估地质情况，作出地质预报；对于可能出现的地质突变，如流砂、流泥、漏水，提出建议措施，加强监测，掌握动态。

进入设计图指明的不良地质段前，采取超前钻孔探明情况，采取预防措施，不得盲目冒进，施工中对围岩加强检查和监控量测。

不良地段施工，严格施工纪录，加强现场的指挥控制，认真贯彻弱爆破、短开挖、强支护、勤量测的施工方法，树立稳步前进，安全第一的指导思想，杜绝盲目抢进度。

贯彻信息反馈指导施工的原则。当量测发现变形量加大和变形加速时，应暂停开挖，分析原因，并采取有效的防控措施。同时上报设计、监理、建设单位。

当地质情况可能突变，如有流砂、流泥与涌水等异常征状时，应立即上报监理、建设、设计单位并制定周密的应急施工方案和安全措施，备足抢险材料和设备，做到有备无患，积极主动。

在安排施工进度时，针对工程地质变化大，机电设备突发性故障机率高，和其它不可预见因素的影响可能性，计划进度留有余地，以便即使出现某些不利的情况，仍能保证总工期兑现。

2.5 隧洞坍塌预防措施

要预防隧洞施工坍塌，首先做好地质预报，选择相应的安全合理的施工方法和措施。在施工中注意掌握下述要点：

①先排水。在施工前和施工中均应采取相应的排水措施，尽可能将坑外之水截于坑道之外。

②短开挖。各部开挖工序间的距离尽可能尽量缩短，以减少围岩暴露时间。

③弱爆破。在爆破时，要用浅眼、密眼，并严格控制用药量或用微差毫秒爆破。

④强支护。针对地质情况，确保支护结构有足够的强度。

⑤快衬砌。衬砌工作顺紧跟开挖工作面进行，力求衬砌尽快成洞。

⑥勤检查、勤测量。

对围岩发现有变形或异状，要立即采取有效措施及时处理隐患。

2.6 隧洞坍塌处理措施

1）防止坍塌扩大范围

坍方发生后，首先应防止坍方继续扩大：

①在坍方范围顶部、侧壁上的危石及大裂缝，应先行清除或锚固。

②对坍方范围前后原有的支护进行加固，以防止坍方扩大。

③在坍塌范围内架设支撑或喷射混凝土，必要时加设锚杆。

④加快衬砌。对坍方两侧应尽快作好局部衬砌，以保证坍塌方不再扩大。

2）处理坍塌措施

①如坍塌体积较小，且坍方范围内已进行了喷锚，或已架设好较为牢固的构件支撑，可由两端或一端先上后下地逐步清除坍渣，随挖随喷射混凝土，随架设临时构件支撑支顶。

②如坍塌体积较大，或地表已下沉，或因坍体堵塞，无法进入坍方范围进行支护时，则可注浆加固坍体，然后用“穿”的办法在坍体内进行开挖、衬砌。

③处理坍塌的同时，应加强排水即“治坍先治水”。

3 导流泄洪洞衬砌

初期支护及二次衬砌是洞身最主要的结构支护，围岩应力重分布后，初期支护与围岩作为整体结构一起受力，可以说初期支护最为重要。

初次支护方式为锚喷支护，即喷射混凝土、锚杆钢筋网片等进行柔性支护。

3.1 施工顺序

喷锚程序如下：

通风排烟清危→工作面清洗→喷管台车就位→喷混凝土作业→锚杆安装→复喷作业→养护→下一循环。

洞身开挖成型后，尽快封闭围岩，锚喷支护紧跟施工，锚杆施工采用风钻钻眼。

3.2 施工方法

1）施工放样。锚杆定位由三角形模板定位，定位由拱顶向下用红油漆点出。喷射混凝土厚度用预埋铁丝进行控制。

2）喷射混凝土施工。根据我公司施工经验，混凝土喷射机械采用郑州康达PH-30B湿、潮两用型喷射混凝土机。

在喷射混凝土施工前应根据设计要求，做好配合比，保证喷射混凝土的流畅。喷射混凝土施工时用矿用斗车将骨料及水泥运至工作面，按配合比拌后用JW—375强制式搅拌机拌和，PH-30B型混凝土喷射机喷射混凝土衬砌。喷射混凝土施工之前，在岩壁上均匀打设短锚筋。用以检测喷射方向大致垂直于岩面。初喷边顶拱7～10cm，二次喷射在初喷混凝土终凝后进行，直至设计厚度，喷射作业喷射料束环形旋转水平移动，一圈压半圈进行扫射。

喷射前应检查开挖断面尺寸，清除开挖面松动岩块及在拱脚与墙角处的岩屑与杂物，用高压风、水冲洗喷面，处理漏滴水及渗水。

喷射时喷头与受喷面宜垂直，距离应与风压协调，以0.6～1.2m为宜。当突然断水或断料时，喷头应迅速移离受喷面，严禁用高压风或水击未终凝的混凝土。

需挂钢筋网喷射混凝土时，钢筋网要在初喷射混凝土后铺挂；局部采用双层钢筋网时，第二层钢筋网要在第一层钢筋网被混凝土覆盖后铺设。

架立格栅钢架喷射混凝土时，钢架与围岩之间的空隙必须用喷射混凝土弃填密实；喷射顺序要从下向上对称进行，先喷射钢架与围岩之间空隙，后喷射钢架与钢架之间的混凝土。

3）在有水地段进行喷射作业时，应采取下列措施：

改变混凝土配合比，增加水泥用量，先喷干混合料，待其与涌水融合后，再逐渐加水喷射。

喷射时，先从远离出水点处开始，再逐渐向涌水点逼近，将散水集中，安设导管，将水引出，再向导管逼近喷射。

当涌水严重时，设置泄水孔，边排水边喷射。

喷射作业分段，分片由下面上顺序进行，每段长度根据围岩情况控制在1～4m。喷射作业必须紧跟开挖面及时喷射。喷射后4h方能进行爆破作业。

4)混凝土养护

喷射混凝土终凝后2h，应立即开始喷洒水养护，养护日期不得少于14天,喷洒水次数以能保持混凝土充分湿润为度。

5)钢筋网安装。初期支护挂网采用单层钢筋网，洞外分块预制，洞内紧贴岩面起伏铺设，块间搭接不小于15cm，应和锚杆焊接牢固，减少喷混凝土时晃动，减少回弹。

钢筋网安装应注意的问题：

（1）安装应分批检查施工质量。

（2）清除干净底脚处浮渣，超挖处垫钢（木）垫块，拱脚接头板用砂子埋住，以防混凝土堵塞接头板螺栓孔。

（3）按设计布设定位钢筋及纵向连接筋，段间连接安设垫片拧紧螺栓，确保安装质量。

（4）严格控制中线及标高。

6）隧洞锚杆衬砌施工

锚杆施工 钻孔采用7655气腿式风钻钻孔。

锚杆施工程序：

锚杆：定孔位—打孔—洗孔—插锚杆—待强—上垫板。

4 结束语

隧洞施工要特别注意安全施工，特别是爆破安全和洞身支护安全，由于围岩强烈破碎，坍塌严重，所以每进一米，就及时进行支护。