猴子岩水电站色古沟沟水处理工程排水洞设计施工综述

王光海，胡艺川

(国电大渡河猴子岩水电建设有限公司，四川康定 626005)

1 概述

色古沟为大渡河一级支流，位于猴子岩水电站坝址上游大渡河左岸，距坝址3.8 km，沟长10.2 km，流域面积32.1 km2，沟口高程约1705 m。根据《猴子岩水电站可行性研究报告施工组织设计》，色古沟沟口约1.5 km 范围内规划为猴子岩水电站施工期的主要弃渣场。规划容量2000万m3，堆渣高程1910 m。

2 地形、地质及水文条件

2.1 地形、地质条件

1#、2#排水洞进水口处山体雄厚，自然边坡为65°～75°，坡体基岩裸露，局部植被覆盖，出露地层为泥盆系中上统河心组(D2-3h)灰色中厚层状白云质灰岩、变质灰岩。岩石致密坚硬，无强风化带分布。据地表地质调查，岩体中以层面裂隙最为发育，并在左岸形成斜顺向坡，地表局部可见沿顺坡向层面的卸荷松动现象，边坡整体稳定。

1#排水洞进口段洞桩号0+000～0+030岩性为白云质灰岩、变质灰岩，围岩类别以Ⅳ类为主，围岩稳定性较差。桩号0+030～0+700岩性为白云质灰岩、变质灰岩，为Ⅳ～Ⅴ类围岩，稳定性差。出口段桩号0+700～0+777.4岩性为白云质灰岩、变质灰岩，围岩类别以Ⅳ类为主。2#排水洞(高洞)洞线较短，水平埋深、垂直埋深均较浅，其工程地质条件同1#排水洞(低洞)的进口段及洞身段工程地质条件。

排水洞出口位于大渡河左岸、色古沟沟口下游约380 m。出口边坡地形较陡，边坡基岩裸露，岩性为泥盆系中上统灰色白云质灰岩、变质灰岩，岩石坚硬，无强风化带分布。

2.2 水文气象条件

色古沟所处流域属川西高原气候区，高程3000 m 以上属亚寒带及寒温带气候，长冬无夏，春季多大风，天气寒冷干燥，年平均气温在6℃以下，极端最低气温可达-36℃。海拔在2800 m以下地区年平均气温为6℃～12℃，冬季长达5～7个月，最低气温在-10℃以下。河谷地区较干燥，山地较湿润。

色古沟系大渡河左岸的一级支流，沟口控制集水面积为32.1 km2，支沟洪水主要由降雨形成，具有暴涨暴落等山区性小流域洪水的一般特点。色古沟流域设计洪水采用《四川中小流域暴雨洪水计算手册》中推理法计算。由推理公式求得色古沟沟口设计洪峰流量见表1。

表1 色古沟沟口设计洪水成果表

3 色古沟沟水处理工程设计

3.1 设计标准

色古沟沟水处理工程等别为Ⅴ等，主要建筑物为5级，设计洪水标准为50年一遇，相应洪水流量为56.8 m3/s，校核洪水标准为200年一遇，相应洪水流量为78.6 m3/s。

3.2 建筑物布置

色古沟沟水处理工程由排水洞、格栅坝及挡水坝等建筑物组成。排水系统由1#排水洞(低洞)、2#排水洞(高洞)及连接竖井组成。1#排水洞进口底板高程1890 m，出口底板高程1844 m，洞身长777.04 m，纵坡5.92%;2#排水洞进口底板高程1905 m，纵坡2%，在0+094.33处采用斜井与1#排水洞连接。1#、2#排水洞断面均为城门洞型，衬砌后断面宽4 m，高4～5 m，连接竖井直径为4 m，均采用C25(底板及部分边墙采用C35混凝土)钢筋混凝土衬砌。1#排水洞出口采用挑流消能方式与大渡河衔接，挑坎高程为1844.02 m，挑坎半径10 m，挑角18°。

4 色古沟沟水处理工程施工

4.1 平洞开挖

平洞开挖如图1所示。洞挖采用人工持气腿钻在自制移动平台上钻孔并装药，采用直眼掏槽、微差分段、周边光面爆破技术施工。掏槽孔和崩落孔采用耦合装药，非电毫秒雷管起爆;周边光爆孔采用不耦合间隔装药，导爆索串接引爆。2#排水洞爆破石渣采用2 m3装载机进洞装渣，退出至洞外后，再装入15 t 自卸汽车出渣。1#排水洞采用立爪式装岩机装8 t 自卸汽车运至指定渣场。

对于围岩稳定性较差的洞段采取短进尺、多循环、弱爆破、强支护的施工工艺。开挖前，先进行超前支护，开挖后随时观测，一旦出现异状，及时分析并采取相应措施进行处理。

4.2 斜井开挖

图1 平洞开挖支护剖面图

斜井开挖如图2、3所示。斜井在1#排水洞、2#排水洞开挖完成后进行施工，平洞底板以上采用人工正导井施工，按先施工导井、再正向扩挖的顺序进行，施工顺序为:测量放样、导井钻孔、导井装药爆破、导井出渣、扩挖、出渣。

图2 斜井段开挖剖面图

图3 斜井段三个断面开挖支护剖面图

4.3 支护的时机与支护方式的选择

洞室施工强调的是适时支护。在排水洞施工中，我们总结出以下几点经验:

(1)软岩的应力调整时间短，必须及时加以封闭支撑。松散岩土需要保持洞壁的整体性，不宜冲洗和扰动，最好在出渣之前利用渣料平台提前素喷一次，将散粒体迅速粘结成整体并和空气隔离，避免散粒体不断脱落引发坍塌。由于软岩的流变特性，要在一定时期内允许其发生比硬岩大的多的变形。只要密切监视其变形和变位情况，将系统支护及时跟进，大可不必恐慌;

(2)对硬脆岩体，必须仔细清理可能掉落的块体，避免喷混凝土无法支撑其重量而掉落。由于硬岩区喷护厚度薄，喷护前必须仔细冲洗受喷面，提高喷混凝土和岩石的结合强度，避免喷层脱落引起风化;

(3)在地质条件较差地段，开挖前可根据情况在顶拱沿开挖线打一圈超前锚杆，与洞轴线大约成5°～10°的交角，可有效地稳定洞顶。对于个别松软地段，可提前进行灌浆处理;

(4)对岩石情况较好的页岩地段，爆破后需要及时安排人工仔细清理松散的岩块避免其风化脱落。为加快施工进度，可以根据实际情况在爆破3～4个循环后安排集中支护一次，使钻爆作业和支护施工交叉进行，既可以利用页岩自稳能力较强的特点取得相对多的进尺，又可避免岩体过度风化引发危险，并使施工人员得到适当的轮休;

(5)对于裂隙发育的砂岩地段，人工清理松动岩体比较困难，主要安排反铲在出渣后集中清理，以提高安全处理的可靠性。

4.4 钻爆设计和钻爆施工

洞挖采用YTP-28型气腿钻造孔，可移动钻孔平台车配合，炮孔布置如图4所示。严格按照掌子面标定的孔位进行钻孔作业，造孔前先根据拱顶中心线和两侧腰线调整钻杆方向和角度，经检查确认无误后方可开孔。炮孔造完以后，由工程师按“平、直、齐”的要求进行检查，对不符合要求的钻孔重新造孔。

图4 炮孔布置和起爆顺序图

洞内装药作业采用可移动作业平台车配合。在钻孔工序开始时，准备好各种规格药卷以及各种段别的雷管。炮孔经检查合格后方可进行装药爆破。装药严格遵守安全爆破操作规程，爆破孔采取柱状连续装药，周边孔采取空气间隔装药。装药严格按照爆破设计图(爆破参数在实施过程中不断调整优化)进行，洞内采用非电起爆网络，洞外采用电力起爆网络。装药完成后，复核检查确认无误后，撤离人员和设备并做好警戒，然后进行引爆。

开挖施工过程中需一直启动通风设备通风，爆破散烟结束后向爆渣洒水除尘，将有害气体浓度控制在允许范围内。

爆破后，由安全人员进行人工排险，清除掌子面及边顶拱上残留的危石及碎块，保证进入人员及设备的安全。岩面破碎洞段在进行安全处理后，可先喷一层5 cm 厚C20混凝土，出渣后再次进行安全检查及处理。在施工过程中，经常检查已开挖洞段的围岩稳定情况，清撬可能塌落的松动岩块。

4.5 关键部位的施工措施

(1)加强地质预报，采取物理探测仪、超前钻探或打导洞等方法，进一步探明前方地质情况。同时，注意观察钻孔岩粉变化情况，推测待挖面地质状况。

(2)采用浅钻孔、弱爆破、多循环的施工方法，减少对围岩的扰动。

(3)采取超前锚固，一掘一支护，爆破后立即喷混凝土封闭岩面，出渣后，再打锚杆、挂网、喷混凝土，必要时设置钢拱架(或格栅支架)支撑。

(4)加强施工安全监测，勤检查和巡视并及时分析监测成果和检查情况，掌握围岩应力应变情况，及时采取行之有效的支护措施。

4.6 边坡和洞口保护及围岩稳定的支护措施

进洞前，做好洞脸边坡喷锚支护和洞口锁口工作。洞口开挖自上而下进行，禁止上下交叉作业，洞口爆破采取控制爆破，减少爆破规模，避免由于爆破而发生岩石崩裂、松动塌方。出渣后，及时喷锚支护，必要时设置钢拱架(或格栅支架)支撑。进洞一段距离后，及时进行洞口段混凝土衬砌(图5)。

5 结语

在整个排水洞开挖过程中，尽管遭遇了一定的地质破碎区，但仍将平均超欠挖控制在10 cm以内，没有发生围岩塌方。在洞室开挖施工中，我们总结出了以下几点经验，供类似工程借鉴。

(1)猴子岩水电站色古沟沟水处理工程位于青藏高原边缘，常年气候干燥少雨，洞内开挖环境较差，有效地通风和良好的机械设备配置是保证施工顺利进行的关键;

(2)洞室工程施工中，特别是在大量采用风动电动设备开挖支护的情况下，风水电(包括通风、动力风、施工用水、施工排水)是施工的关键和先决条件;

(3)在开挖和支护中，支护是施工进度的关键。即便是采用手风钻开挖，也要配备强支护手段，提高支护质量，加快支护进度，确保开挖安全和施工进度;

(4)色古沟沟水处理工程工期较紧，合理的施工工序和精湛的施工技术是工程能够顺利完成的有力保障措施;

(5)在洞室底板浇筑前，对于岩石较破碎的地段可以填筑一定厚度、低标号的混凝土，在没有破坏设计结构面的情况下加强了底板混凝土强度，提高了工程质量。