猴子岩水电站导流洞工程施工综述

唐珂，朱永国

(国电大渡河猴子岩水电建设有限公司，四川康定626005)

1 概述

猴子岩水电站1#、2#导流洞同高程布置在大渡河左岸，由进水口、洞身段和出口明渠段组成。

导流洞进水口包括明渠段、喇叭口段和闸室段。1#、2#导流洞明渠段位于砂砾石覆盖层，长约40 m，底板采用1 m厚钢筋石笼护底，两岸边坡高程1 713 m以下为1 m厚混凝土护坡、高程1 713 m以上为挂网喷混凝土。喇叭口段基础为岩石，长约30 m，底板与两侧边墙均为1.5 m钢筋混凝土。闸室段前后错开布置，闸室顶部高程1 745 m，闸室尺寸为25 m×26 m×61 m(长×宽×高)，过流孔口由两孔矩形断面6.5 m×15 m(宽×高)渐变至一孔城门洞形断面(洞身段断面)。闸室段底板厚4 m，中墩厚5 m，边墩厚4 m，基础固结灌浆深度为8 m，间排距3 m。进口开挖边坡高约170 m，采用系统锚杆、预应力锚索与挂网喷混凝土支护。

两条导流洞断面尺寸均为13 m×15 m(城门洞型)，进口底板高程1 698 m，出口底板高程1 693 m。1#、2#导流洞洞身段分别长1 557.771 m和1 984.238 m，平均纵坡分别为3.22‰和2.53‰。1#导流洞自桩号0+928至出口段与2#泄洪洞结合布置(1#导流洞后期改建为2#泄洪洞)。1#、2#导流洞渐变段长25 m，堵头段长45 m。导流洞洞身段的衬砌型式根据不同洞段围岩地质类别及运行条件其衬砌厚度与开挖支护典型断面如图1、2所示。

1#导流洞出口边坡开挖高度约90m，采用系统锚杆、锚索和挂网喷混凝土支护，明渠底宽13～15.8 m，长约53 m，采用1.5 m厚钢筋混凝土衬砌。2#导流洞出口边坡开挖高度约50 m，采用系统锚杆、锚索和挂网喷混凝土支护，明渠底宽13～18 m，长约60 m，采用1.5 m厚钢筋混凝土衬砌。

图1 Ⅳ类围岩衬砌与开挖支护典型断面图

图2 Ⅲ2类围岩衬砌与开挖支护典型断面图

根据设计，导流洞渐变段、堵头段、Ⅳ类围岩洞段、Ⅴ类围岩洞段、部分Ⅲ类围岩变形较大的洞段以及进水塔基础、泄洪洞结合洞段均需进行固结灌浆。全部洞身段顶拱120°范围均需进行回填灌浆。

猴子岩水电站导流洞工程区岩体为志留系上统(S3)～泥盆系下统(D1)变质灰岩、绢云母石英白云片岩、泥质结晶白云岩等，其中以泥盆系下统(D1)变质灰岩为主。地质构造以次级小断层、挤压破碎带、节理裂隙为特征，无区域性断裂通过，规模较大的断层主要有F0、F3和FS－1。F0断层及其影响带宽约17～18 m，由碎粒岩、碎粉岩组成，岩性较软，局部自稳性差。F3断层宽约11～12 m，由碎粒岩、碎粉岩组成，遇水呈泥状，性状极软，围岩自身不稳，断层处渗水量较大。FS－1断层位于导流洞进口边坡与进口洞身段，带宽1～1.2 m，影响带宽约2 m，主要由破碎岩、碎粒岩、碎粉岩组成。2#导流洞洞身出口段约230 m长穿过泥洛堆积体下部，由碎裂岩、白云片岩等组成，为强风化、强卸荷岩体，裂隙发育，围岩呈碎裂结构，为Ⅴ类围岩。

导流洞进口为泥盆系下统(D11)第11层中的中厚层～厚层状白云质灰岩、变质灰岩，边坡岩体中以层面裂隙为主，层面走向与边坡走向呈小角度相交，为典型的顺向坡。进口边坡顶部堆积体分布高程为1 835～1 880 m，天然坡度约25°～35°，顺河流方向长约110 m，厚约10～15 m，总方量约6万m3，主要为崩坡积块碎砾石土，结构松散。

1#导流洞出口边坡为泥盆系下统薄～中厚层变质灰岩、白云质灰岩及志留系上统泥质结晶白云岩夹绢云母石英白云片岩，为强风化～弱上风化带岩体，微小断层、层面、裂隙面等结构面发育。

2#导流洞出口边坡为志留系下统的泥质结晶白云岩、钙质绢云母白云片岩，为强风化、强卸荷岩体，层面裂隙发育，以碎裂结构为主，总体为Ⅴ类岩体。

2 围堰工程

2.1 进口围堰

导流洞进口采用土石围堰，围堰堰体采用土工布防渗，围堰基础防渗采用控制性水泥灌浆，灌浆深度为15 m。挡水标准为全年10年一遇洪水(Q=4 450 m3/s)，考虑洪水涌浪与河岸淤渣等影响，堰顶高程为1 707 m。

2.2 出口围堰

1#、2#导流洞出口围堰分开布置，均利用开挖预留的岩埂、在岩埂上砌筑浆砌石围堰的结构形式。出口围堰的挡水标准为全年10年一遇洪水(Q=4 450 m3/s)。考虑洪水涌浪与河岸淤渣等影响，堰顶高程为1 708 m。

3 开挖与锚喷支护

3.1 进口边坡

对边坡顶部堆积体覆盖层直接采用反铲进行开挖削坡、翻渣。开挖削坡后，采用锚杆、挂网喷混凝土支护，底部设2 m高混凝土挡墙，挡墙基础布置插筋以增强挡墙的抗滑力。

岩石边坡开挖采用先预裂、后开挖的浅孔梯段爆破施工。预裂孔的深度在同一级边坡高度为20 m;爆破开挖分层厚度一般控制在5～10 m。由于进口边坡为典型的顺向坡，岩体层面裂隙发育，边坡局部塌方在施工前期时有发生，高程1 743m、1 763m、1 783m的马道未能形成。后通过降低开挖爆破的层厚，每开挖一层及时进行锚杆、挂网喷混凝土支护才有效解决了坡面局部坍塌问题，保证了施工安全。

进口边坡预应力锚索均为无粘结型，分为150 t、200 t、300 t三种规格。采用HM－70型锚杆钻机钻孔，孔径一般为130～160 mm;对于难以成孔的孔段，采用固结灌浆进行固壁处理。

3.1.2 进口边坡变形的处理

2009年11～12月，进口边坡开挖至1 723～1 733 m高程时，多点位移计监测单月最大增幅37.32 mm，锚索测力计单月最大增幅464.562 kN;开挖边坡及其顶部覆盖层喷混凝土出现多条拉裂缝，宽2～20 mm。监测结果表明边坡出现了较大变形。设计单位经补充勘探和复核分析后，于2010年4月提出了加固处理方案:保留1#、2#导流洞之间1 718 m高程以下岩埂，同时将1#、2#导流洞进口闸室整体前移5 m，对1#、2#导流洞正面边坡1 763～1 723 m高程的预应力锚索加密加强，新增3 000 kN预应力锚索162束。原设计方案为2 000 kN预应力锚索，间排距6 m×6 m，加密后的锚索间排距为3 m×3 m。

2010年7月，在完成1 723 m高程以上边坡加密锚索施工后，采取控制爆破、加强支护等措施，于2010年11月完成了1 723 m高程以下闸室开挖，2011年3月，闸室段混凝土浇筑至1 723 m高程。截止目前，安全监测资料表明进口边坡整体已处于基本稳定状态。

3.2 洞身段

3.2.1 开挖与支护

洞身段的开挖支护分上下半洞进行，先通过1#、2#施工支洞的上层支洞进行上半洞(顶拱部分)施工，随后利用1#、2#施工支洞的下层支洞进行下半洞的开挖支护。上半洞的开挖采用手风钻钻孔、全断面掘进、周边光爆的方法，视地质情况，锚杆、拱架支撑、挂网喷混凝土紧跟开挖面进行。对于地质条件差、地下水发育的局部洞段，分两层进行上半洞的开挖支护，上层采用中导洞先行、两侧跟进的方法，中导洞开挖后及时进行拱架支撑与锚杆的施工，两侧扩挖后及时完成全部顶拱范围的拱架支撑与锚杆施工，中导洞的顶部与两侧扩挖的周边同样采用光面爆破。

下半洞的开挖大致分为两种方法。方法一:潜孔钻拉中槽深孔梯段爆破，边墙及底板预留保护层、采用光面爆破。边墙开挖后，及时进行系统锚杆与喷混凝土施工。对于Ⅳ类、Ⅴ类围岩，将上部的拱架支撑及时向下引接，形成完整的支撑结构。方法二:分上下两个台阶，先开挖上台阶，再开挖下台阶(一般厚3～4 m，类似保护层开挖)。上下台阶均采用手风钻钻水平孔爆破，两侧及底部光面爆破、不留保护层。

3.2.2 不良地质洞段

由于猴子岩水电站导流洞地应力较高，洞身开挖施工期间多处出现较大变形，外观表现为格栅拱架变形，喷混凝土开裂脱落。其中，1#导流洞0+330～0+380段与2#导流洞K0+670～K0+750、K0+780～K0+890段变形量较大，变形持续时间长。为保证施工期及导流洞后期运行安全可靠，根据设计通知，对不良地质洞段、变形较突出的部位，采取了预应力锚杆加强支护的措施，较好地解决了洞身段顶拱变形的问题。设计预应力锚杆的长度为9 m，入岩深度8.8 m，间排距2.5 m，直径32 mm，预应力为150 kN。预应力锚杆的钻孔与安装均由锚杆台车施工，注浆机具选用砂浆泵。

对于2#导流洞穿过泥洛堆积体洞段，施工过程中参建各方均高度重视，严格按照设计图纸进行格栅拱架、系统锚杆、挂网喷混凝土施工，施工过程中未出现塌方或明显变形。

3.2.3 塌方段的处理

在洞身开挖过程中，2#导流洞K0+430～K0+460、K0+750～K0+775的顶拱以及K1+088～K1+108段左侧边墙由于岩石破碎或不利结构面的组合，先后发生塌方，塌方最大高度为3.1～4.5 m，最大跨度达11 m左右，塌方量分别达到380 m3、785 m3、400 m3。对于顶拱塌方段及其相邻部位，采用I18型钢拱架支撑、挂钢筋网、喷混凝土、及早施工系统锚杆等加强支护措施，拱架尽量紧贴岩面。对于脱空超出50 cm的部位，增设纵横向钢支撑和副拱，以确保围岩稳定与施工安全。对于边墙塌方段，采用型钢拱架、系统锚杆、喷混凝土封闭、回填混凝土等加固处理措施。

3.3 出口边坡

土石方明挖采取自上而下开挖，先覆盖层，后石方分层开挖的方式。石方开挖采用自上而下分层开挖，建基面预留1～2 m厚保护层。保护层开挖采用分层浅孔、孔底设柔性垫层电火花起爆。

边坡支护在分层开挖过程中逐层进行，上层支护保证下层开挖安全，岩石状况较好部位可滞后一个开挖梯段，岩石差的部位紧跟开挖工作面及时进行支护。每层边坡开挖完成后，立即进行脚手架的搭设，然后在脚手架上进行各类支护作业施工。利用锚杆外露部分挂钢筋网，喷混凝土在该部位各类锚杆施工结束后进行。锚索施工在每一级边坡马道开挖形成后预留工作面搭设专门排架进行施工。

4 混凝土施工

4.1 进水口混凝土施工

4.1.1 进水塔1 723 m高程以下混凝土施工

闸室底板厚4 m，分两层通仓浇筑，先浇筑1 696m高程以下底板及齿槽混凝土，然后进行边墩和中墩部位固结灌浆施工，随后浇筑1 698 m高程以下底板混凝土。塔身混凝土施工实行中墩、边墩流水作业，浇筑分层厚度为3～4 m。进水塔底板和1 706 m高程以下中墩、边墩混凝土浇筑采用自卸汽车运输、长臂反铲入仓，边角部位采用6～9 m3混凝土搅拌车运输、HBT60混凝土泵入仓，钢筋、模板以20 t汽车吊吊装为主、人工搬运为辅。1 706m高程以上中墩、边墩以及塔身混凝土浇筑，采用6～9 m3混凝土搅拌车运输、汽车泵入仓，钢筋、模板采用20 t建筑塔机吊运入仓。

4.1.2 进水塔1 723 m高程以上混凝土施工

在闸室段1 723 m高程以下混凝土浇筑完成后，导流洞已具备过流条件。对1 723 m高程闸门槽孔洞做好封闭措施，再进行1 723 m高程以上的混凝土浇筑。采用6～9 m3混凝土罐车运输，溜槽配合混凝土泵、真空溜管入仓，钢筋、模板采用20 t建筑塔机吊运入仓。

4.2 洞身段混凝土施工

4.2.1 底板混凝土施工

经设计同意，洞身底板与两侧边墙混凝土施工分缝部位低于底板表面15 cm，有利于保证洞身衬砌的外观质量。除渐变段外，底板混凝土施工分块标准长度为12 m，与钢模台车相适应。在洞身围岩类别变化处设置变形缝，变形缝一侧存在分块长度为5.84～12.4 m的非标准长度。底板混凝土由6～9 m3混凝土搅拌车运输，泵送入仓，人工抹面收光。

4.2.2 标准洞段边顶拱混凝土

直线段边顶拱混凝土衬砌采用12 m钢模台车施工，钢筋台车超前钢模台车至少12 m。混凝土由6～9 m3混凝土搅拌车运输，泵送入仓。浇筑速度控制在每小时1 m以内，两侧边墙混凝土上升应均衡，浇筑高差小于80 cm。洞身转弯段边顶拱混凝土衬砌施工时，将12 m钢模台车拆分为2个6 m钢模台车，弯段内侧两台车并拢，外侧两台台车间的空隙采用预制的异形模板衔接。

4.2.3 渐变段边顶拱混凝土

进口渐变段混凝土分两仓施工，一仓长15 m，一仓长10 m。边顶拱混凝土衬砌采用满堂脚手架支撑钢木组合模板。混凝土由6～9 m3混凝土搅拌车运输，泵送入仓。边墙和中墩每仓上升高度为3～4 m，中墩先行浇筑至拱顶，中墩两侧顶拱分两仓浇筑，分缝位置距离中墩外缘约20 cm。边墙顶部预留50 cm与顶拱一起浇筑。

4.2.4 堵头段边顶拱混凝土施工

堵头段长45 m，分4段浇筑，衬砌分段长度为6～12 m。边顶拱混凝土衬砌采用满堂脚手架支撑，两侧边墙模板采用1.5 m×1 m钢模板拼装，顶拱采用30 cm和10 cm宽的小型钢模板拼装。混凝土由6～9 m3混凝土搅拌车运输，泵送入仓。两侧边墙分仓高度为3～4 m，边墙上部预留1 m与顶拱同仓浇筑。

4.3 出口明渠混凝土施工

出口明渠底板和两侧边墙混凝土分开施工。底板按照设计分块长度通仓浇筑，边墙分仓高度为3～5 m。混凝土由6～9 m3混凝土搅拌车运输，混凝土泵送入仓为主，有条件的仓位辅以溜槽入仓。

5 灌浆工程施工

同一施工部位的钻孔灌浆遵循先回填灌浆、后固结灌浆的程序。回填灌浆采用在预埋管中钻孔的方法，YT28手风钻钻孔，待混凝土达到70%强度后进行灌浆。固结灌浆在回填灌浆结束7 d后进行，采用YT28手风钻或圆盘钻机钻孔，浅孔采取全孔一次灌浆的方式，深度超过6 m的固结灌浆采用自上而下分段灌浆法，每孔分为2段，先灌靠近衬砌侧，均采用L－800型高速制浆机制浆，送浆泵TTB180/10送浆，3SNS－A高压注浆泵灌浆，灌浆自动记录仪记录灌浆全过程。

6 质量检测与评价

根据监理测量复核，导流洞上下段洞挖贯通误差均在规范允许范围之内，其中1#洞轴线横向偏差19 mm、纵向误差31 mm、竖向偏差6 mm，2#洞轴线横向偏差11 mm、纵向误差25 mm、竖向偏差15 mm。根据围岩松动圈声波检测及钻孔全景成像对比分析，洞身围岩松弛圈深度一般为2～4 m，说明开挖爆破对围岩损伤不大。

混凝土浇筑外观质量总体较好，无蜂窝、麻面。根据对混凝土试验检测结果进行分析，混凝土抗压强度、抗冲磨指标均满足设计要求。经物探检测分析，洞身衬砌混凝土总体振捣密实，与围岩结合较好。回填灌浆与固结灌浆质量经检查孔取芯及压水试验检测分析，各主要指标均满足设计要求。

分流验收前国家电力建设工程质量监督总站的质量监督意见为:猴子岩水电站导流洞工程共评定单元工程质量3 118个，合格率100%，优良率92.8%。

7 结语

猴子岩水电站两条导流洞合计长达3.5 km，开挖断面较大。由于受进口顺层坡面裂隙发育、洞身段地应力高且挤压破碎带分布密集等不利地质条件影响，施工难度较大。猴子岩水电站导流洞于2008年9月开始施工，2011年3月底顺利通过分流前验收并如期实现过流。施工过程中，克服了进口边坡变形、洞身段多处塌方、变形等困难，为类似地下洞室工程的施工积累了一定经验。