长河坝电站引水发电系统洞室群开挖方案

陈明

（四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，四川 康定 626001）

长河坝电站引水发电系统洞室群开挖方案

陈明

（四川大唐国际甘孜水电开发有限公司，四川 康定 626001）

科学合理的施工总体规划及适宜的施工方法是大型地下洞室群快速施工的关键，本文结合长河坝水电站引水发电系统洞室群开挖施工经验,阐述大型地下洞室群施工程序、通道布置、开挖分层分块以及施工方法等，供类似工程施工参考。

洞室群；开挖；施工方法；长河坝

1 工程概况

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，为大渡河干流水电梯级开发的第 10 级电站，电站总装机容量 2 600 MW（4×650 MW），枢纽建筑物由砾石土心墙堆石坝、右岸泄水系统和左岸地下引水发电系统组成。

引水发电系统地下洞室主要包括4条压力管道、1 个厂房、4 条母线洞、1 个主变室、4 条尾水连接洞、1 个尾水调压室、2 条尾水主洞、1 个尾水闸门室、2条出线竖井以及三层排水廊道、通排风平洞和竖井、出线平洞和交通洞等，共由 41 条（个）洞室组成了一个规模宏大而复杂的洞室群。其中压力管道总长 2 339.5 m，为圆形隧洞，开挖直径11.7 m；厂房、主变室、尾调室三大洞室的开挖尺寸长×宽×高分别为：228.8 m×30.8 m ×73.35 m，150.0m× 19.3m ×25.8m，162.0m×22.5m×79.5m；尾水扩散段、连接洞、尾水支洞及尾水洞总长 3 151 m，城门洞型，主洞开挖断面尺寸为 14 m×18 m（宽×高）。

引水发电系统工程区域岩性为晋宁～澄江期花岗岩（γ2（4）），岩石致密坚硬、强度较高，围岩多呈次块～块状结构，局部镶嵌结构，以Ⅲ，Ⅱ类围岩为主，局部小断层交汇区为Ⅳ类围岩，无区域性断裂通过，但次级小断层、挤压破碎带、节理裂隙较发育，其中规模较大的断层主要分布于尾水洞中段及出口部位。压力管道、三大洞室及尾水洞等深埋洞段为中高地应力区，易发生岩爆。

2 工程特点及难点

1）地下洞室群规模大，洞室布置密集，开挖、支护施工强度高，多专业、多工种交叉作业，相互干扰大，要实现快速施工，统筹兼顾地做好全盘规划是关键。

2）三大洞室跨度大、边墙高，交叉或相邻洞室多，相邻洞室之间岩柱厚度较薄，加之地质较复杂，确保洞室的围岩稳定和洞室群整体稳定是开挖支护的重点。

3）大断面洞室顶拱、厂房岩壁梁、主机间机窝、压力管道斜井、隧洞平交口、不良地质段等特殊部位开挖质量要求高。

4）深埋洞段地应力较高，岩爆的预防和治理问题比较突出。

5）地下洞室群埋藏深，主要通道均是洞中开洞，直接与外界相连的洞室少，通风散烟困难，科学规划各期通风，创造良好的通风条件，保证施工人员的健康和安全是难点。

3 开挖总体思路

根据工程布置特点、地质条件、工期和围岩稳定等要求，引水发电系统洞室群开挖总体按照以厂房为中心、三大洞室为主线，先主体洞室后附属洞室、先洞后墙，自上而下逐层开挖、逐层支护的施工程序组织施工。

1）洞室群总体分为引水系统、厂房系统、尾水系统和附属洞室等四大块，相对独立施工。

2）多条洞室平行布置时，按照跳洞、错距的原则进行开挖，平行相邻的洞室同时开挖时错距应在 30 m 以上。

3）主副厂房与主变室错距同高程下卧，尾调室开挖可适当滞后。

4）厂房系统排水廊道开挖适度超前，以减少三大洞室施工期渗水，有利围岩稳定，同时为及时进行相应高程对穿锚索施工和监测仪器安装提供条件。

5）厂房岩壁梁混凝土浇筑前，应先完成下一开挖层的预裂及母线洞顶拱层的开挖支护，混凝土浇筑完成并达到设计强度、做好防护措施后再进行下层开挖。

6）母线洞、压力管道下平段作为厂房中下部开挖主要通道，厂房开挖至相应高程前应提前贯入厂房2 m左右，并按设计要求做好支护和锁口；尾水扩散段作为厂房机窝的施工通道，应提前开挖至机窝下方。

7）条件具备时，尽早完成通风竖井、排风平洞和压力管道等与外界连通的洞室开挖支护，以利于改善厂房系统的通风散烟效果。

4 开挖分层分块

综合考虑各洞室的结构布置、施工机械特点、施工通道条件以及开挖顺序等因素，压力管道上、下平段分 2 层开挖，厂房分 10 层开挖，主变室和母线洞分 3 层开挖，尾调室分 9 层开挖，尾水洞分3层开挖，尾水闸门室分 4层开挖。

5 施工通道规划与布置

工程开工前，1 号公路、5 号公路、进厂交通洞后段、厂房进风洞、厂房通风洞、主变室排风洞、尾调交通洞和厂房中导洞连接洞等已提前完成，在充分利用上述施工通道和大断面洞室预留临时斜坡通道的基础上，各主要洞室的开挖支护施工通道规划如下：

1）压力管道：上平段以进水口平台作通道，下平段新增一条横贯4条下平段的施工支洞解决通道问题，支洞断面尺寸需考虑后期压力钢管运输要求。

2）厂房：第Ⅰ层利用右端通风洞和左端中导洞连接洞作为施工通道，第Ⅱ层及Ⅲ层左幅利用通风洞作施工通道，第Ⅲ层右幅、第Ⅳ层利用进厂交通洞作施工通道，第Ⅴ，Ⅵ层利用母线洞作施工通道，第Ⅶ、Ⅷ层利用压力管道下平段作施工通道，第Ⅸ，Ⅹ层利用尾水扩散段作为施工通道。

3）主变室：第Ⅰ层、Ⅱ层左幅利用右端排风洞作施工通道，第Ⅱ层右幅、第Ⅲ层利用主变室交通联系洞作施工通道。

4）尾调室：第Ⅰ，Ⅱ-1 层利用尾调交通洞作通道；进厂交通洞至1号调压室左端墙增设一条施工支洞作为第Ⅱ-2，Ⅲ，Ⅳ-1 层施工通道；2 号调压室下游侧设置 1 条施工支洞作为第Ⅳ-2，Ⅳ-3，Ⅴ层施工通道；第Ⅵ层以下利用尾水支洞作为施工通道，两室之间中隔墙设置联系洞。

5）尾水洞：因洞轴线较长，开挖高达 18 m，通过设置 2条上层施工支洞和 2条下层施工支洞分别将尾水洞划分为上游段、中段和下游段同时施工。另为解决厂房肘管、尾水扩散段、尾水连接洞施工时与尾调室下部贯通作业的相互干扰，需要在尾调室上游增设 1条施工支洞横向连接4条尾水连接洞。

6）尾水闸门室：上部闸室利用尾闸交通洞作施工通道，下部闸门井利用底部已开挖完成的尾水洞作通道。

根据上述规划和现场实际条件变化，工程共布置了 14条施工支洞或联系洞，均采用城门洞型，其中压力管道下平段 1 条、第三层排水廊道 1条、尾调室 4 条、尾水洞 5 条、尾水出口 1 条、出线上平洞 1 条、排风平洞 1 条，使得引水系统、厂房系统、尾水系统、排风系统、出线系统等共同组成了一个既相对独立又相互联系的施工体系。

6 施工方法

所有水平洞室均按照自上而下逐层开挖、逐层支护的原则进行施工，斜竖井采用先导井后扩挖的施工方法。三大洞室顶拱层采用先中导洞、后两侧扩挖的开挖方式，顶拱以下各层采用“边墙一次预裂、中部薄层开挖、基础保护层水平光爆”的开挖方式。其他大断面洞室顶拱层Ⅱ、Ⅲ围岩采用全断面开挖，Ⅳ、Ⅴ类围岩采用先超前支护、后导洞扩挖的方式开挖，中部开挖层边墙预留 2m 厚保护层光面爆破，基础保护层采用水平光爆开挖。下面简要介绍几个重点部位的施工方法。

6.1 厂房顶拱层开挖

厂房顶拱层开挖是厂房开挖支护的重点，共分为3块施工。首先利用厂房右端通风洞和左端中导洞连接洞作为施工通道从两端进行中部扩挖，中部顶拱系统支护完成后再进行两侧扩挖支护，上、下游两侧扩挖按不小于 30 m 错距进行，左、右端墙预留 3 m 保护层。Ⅱ，Ⅲ类围岩每排炮进尺3 m，支护滞后开挖 20~30 m；不良地质段按照“短进尺、弱爆破、强支护”的原则施工，每排炮进尺1.0~1.5 m，必要时进行超前支护，开挖后及时进行系统支护。厂房顶拱层开挖采用自制架钻台车配手风钻钻爆，周边光面爆破，光爆孔间距 50 cm，锚杆钻孔采用三臂凿岩台车，喷混凝土采用麦斯特湿喷台车。

6.2 岩壁梁岩台开挖

岩壁梁是地下厂房的重要构筑物，开挖质量要求高、工艺要求严格，是地下厂房系统施工的重点和难点，正式开挖前需在相似部位进行爆破试验，以获得合理的施工工艺和钻爆参数。

此工程岩壁梁布置在厂房第Ⅲ开挖层，为尽量减小爆破对岩壁梁围岩扰动，确保岩台开挖成型，岩壁梁上部、外侧预留保护层厚 2 m 和 4 m，该层分为中槽Ⅲ-1，外侧保护层Ⅲ-2 和岩台Ⅲ-3，3块按错距不小于 30 m 依次开挖，岩台开挖采用垂直孔加斜孔双向爆破方式。开挖施工程序为：中槽两侧预裂→中槽开挖→上直墙光爆孔造孔、保护→外侧保护层开挖→下拐点锁口锚杆→下直墙锚喷支护→岩台斜面光爆孔造孔→岩台开挖。

中槽预裂孔间距 100 cm，采用液压钻造孔，岩台下直墙光爆孔间距 70 cm，采用 YQ 100E 轻型潜孔钻造孔，上直墙和斜面光爆孔间距 30 cm，采用手风钻造孔。为保证钻孔精度，所有轮廓线光爆孔均采用钢管搭设导向样架，斜面光爆孔另逐孔搭设导向管。

6.3 深竖井开挖

此工程出线竖井深 203 m，开挖直径 9.5 m，采用先导井后扩挖的施工方法，导井采用 LM 200型反井钻机施工。首先反井钻自上而下钻设 φ216 mm 导孔，导孔施工过程中应通过控制钻速、稳定钻杆和及时测量孔向等手段防止跑偏，贯通后在孔底更换扩孔钻头，由下至上形成 φ1 400 mm 导井，然后分两次扩挖：反井钻拆除后搭设第一次扩挖井架，两台同步卷扬机配吊笼载人施工，采用略加改造的气腿式手风钻一次性完成全部径向钻孔，再由下至上分段装药爆破，形成 φ3 400 mm 溜渣井。第二次扩挖至设计断面，自上而下分层钻爆、支护，人工扒渣至溜渣井，为保证井口稳定和下部施工安全，二次扩挖下降 12 m 后先浇筑井口段 10 m 衬砌混凝土锁口，待二次扩挖井架、人行爬梯、提升设备等搭设调试完成后再继续向下扩挖。

7 结语

长河坝电站引水发电系统洞室群开挖支护过程中通过科学合理规划、采用先进施工机械以及应用地下工程成熟施工方法等，形成了“平面多工序、立体多层次”施工布局，实现了快速施工目标，厂房自 2010 年 12 月 1 日开工至 2013 年 6 月26 日开挖支护完成，用时 31 个月。总结本工程洞室群施工经验，提出以下几点建议供参考。

1）在进水口边坡施工难度大、工期不易保证的情况下，应考虑设置上平段施工支洞，以便能及时开始上平段和斜井施工。

2）母线洞与厂房、压力管道下平段与厂房、尾水连接洞与尾调室等大洞室交叉段贯通时易出现垮方，引起高边墙变形，加固处理难度大、耗时长，贯通前可考虑在相应洞段设置钢支撑。

3）中高应力地区大断面洞室顶拱喷护宜采用挂网喷混凝土，若无钢筋网，即便是喷钢纤维混凝土，后期也易产生剥落、掉块现象，威胁下方施工安全。

4）为防止厂房永久防渗帷幕出现薄弱“窗口”，施工支洞布置应尽可能不穿帷幕线。

TV74

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1002－0624（2014）07－0018－03

2013-11-27