龙洞水电站排风洞深厚崩坡堆积体洞挖施工技术

王 黎， 任 军 伟

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 工程概述

龙洞水电站位于四川省康定县境内的大渡河右岸一级支流——瓦斯河上，为低闸引水式电站。电站枢纽建筑物由首部枢纽、引水系统、地下厂房等组成。龙洞水电站水库正常 蓄 水 位 高 程 为

2 440 m，总库容11.1万m3，为径流式电站。工程的开发任务为发电，同时兼顾下游生态及景观用水，无灌溉、防洪、通航等其它综合利用要求。地下厂房位于金龙水电站厂房与小天都库尾之间的瓦斯沟左岸，总装机容量为165 MW。

地下厂房工程中排风洞位于厂房右侧，洞口为崩坡积块碎石土和块碎石，厚度较大，强卸荷围岩洞段围岩以Ⅳ、Ⅴ类为主，成洞条件差,覆盖层水平深度约为26.5 m。

排风洞为发电厂房的进风通道，隧洞总长218.85 m，进洞高程为2 160.7 m，终 点 高 程 为2 164.59 m，覆盖层段开挖断面为4.8 m×5.1 m。

针对以上工程特点，且因覆盖层比较厚并随洞径延伸较长，在施工过程中先进行一定范围开挖形成稳定边坡后，再进行锁口及明洞施工，从而形成了施工安全保护屏障，最后进行覆盖层洞挖施工，成功地解决了崩坡堆积体不良地质段隧洞洞挖施工的难题。

笔者主要阐述了龙洞水电站排风洞深厚崩坡堆积体不良地质段隧洞的洞挖施工方法。在覆盖层进洞中的主要难点是堆积体松散、锚杆施工造孔难度大、开挖成型难度大、开挖后稳定性差。施工中严格按照平洞台阶分区的思路施工并根据以往的施工经验及现场情况对方案进行了优化，依次解决了以上各种难题。

2 洞口边坡的施工

2.1 洞脸边坡的开挖

排风洞出口段顶部位于上山公路下方，埋深较浅，加之其均为覆盖层，故先对边坡进行了一定程度的开挖。洞脸边坡坡顶开挖在高程2 172 m后按坡度1∶0.75向下削坡，在洞顶上0.5 m的高度开始变坡，垂直向下开挖。

2.2 洞脸边坡的支护

当洞口边坡开挖成型后，考虑到坡面为崩坡积堆积块碎石土堆积体并经现场调查得知，堆积体中、下部表面多被孤块石覆盖，普遍架空，故待洞脸边坡开挖完成后立即素喷5 cm封闭岩面，待素喷混凝土结束后再进行锚杆、挂网喷混凝土系统支护。又因边坡普通砂浆锚杆造孔施工难以成孔，遂采用自钻式注浆锚杆，规格为φ27、L=4 m，间排距为1 m，梅花形布置。挂网采用φ8@15 cm，喷C25混凝土厚15 cm。排风洞洞脸边坡形式见图1。

3 洞口锁口及明洞施工

3.1 锁口施工

在堆石体洞口处，由于围岩无胶结、结构松散、成洞条件极差，为保证洞口边坡稳定，洞室开挖前对洞口以上及周边的松散围岩进行了预固结灌浆处理。在此类地质条件下，钻机难以自钻成孔，遂采用手风钻钻孔将钢花管打入围岩，然后通过钢花管对围岩进行预固结灌浆，以固结松散的堆石体，从而有效地提高了成洞能力。

在洞口明挖施工过程中，及时进行了锁口施工。锁口施工采用超前小导管注浆的方法进行，在距边顶拱开挖结构线 20 cm处打第一层超前管棚，距边顶拱开挖结构线40 cm打第二层超前管棚。管棚采用φ42钢管制作，长3 m，环向间距20 cm，外仰角10°～15°。洞口段开挖完成后采用钢支撑对洞口进行进一步的锁口处理，钢支撑采用I16，间距为50 cm，拱间采用φ25，L=1 m@25 cm钢筋作连接筋，以确保各拱架形成整体，共同受力。拱架锁脚锚杆采用自进式锚杆，φ27，L=4 m，交错布置在拱架两侧。锁口施工支护形式见图1。

图1 排风洞洞脸剖面图

3.2 明洞施工

为保证施工安全并为进洞提供一个安全屏障，为防护洞顶边坡坡面上松动的危石滚落，于洞外连续设置了3榀钢支撑，拱架施工同锁口段，以形成明洞段。之后进行洞口及明洞段混凝土衬砌施工，明洞段衬砌按照设计要求的门洞结构形式，厚度为80 cm，设双层钢筋，混凝土标号为C20，底板混凝土厚度为50 cm，洞段长6 m。明洞洞顶端头设混凝土挡墙，挡墙高度为200 cm，厚度为50 cm。

4 覆盖层洞挖及支护施工

根据排风洞覆盖层断面特性及覆盖层洞段地质特性进行了分析研究，对排风洞覆盖层洞挖分上下两个台阶开挖，先开挖上台阶，再进行下台阶的开挖，上台阶采用“环形开挖预留核心土”的开挖方法，在施工中特别注意做好开挖前的超前支护，开挖后及时进行临时支护和永久衬砌，确保已成型的隧洞的安全。

4.1 超前支护

由于覆盖层洞段岩层松散，无胶结且孔隙率极大，施工难度极大，在开挖过程中极易产生洞室坍塌甚至冒顶等情况，因此，需对覆盖层段洞挖进行超前支护。支护措施为采用打φ42花管并进行灌浆处理，其灌浆工艺要求同锁口灌浆。超前小导管设计参数为：φ42，L=3 m，环向间距为20 cm，外仰角为10°～15°，搭接长度不小于1 m。小导管施工过程中，严格造孔质量，确保所有小导管在同一拱圈线上并与钢拱架点焊连接。

4.2 人工开挖上台阶

采用人工凿挖法开挖，ZLC50C装载机出渣。上、下台阶高差为3 m，上台阶预留土心以便施工，上台阶工作面距下台阶不超过5 m，将循环进尺控制在0.5～ 0.8 m。为保证开挖掌子面的稳定，在人工开挖达到进尺要求后，及时对开挖的裸露围岩喷一层6 cm厚的C20混凝土进行封闭，然后再进行钢拱架的架设施工。

为保证第一次支护施工时不侵占混凝土衬砌断面，覆盖层洞段在开挖施工过程中在设计断面的基础上扩挖了20 cm。

4.3 架设上台阶拱支撑

拱支撑采用I16工字钢制作，洞口处连续安装3榀拱支撑，其它拱支撑的间距为0.3～0.5 m(根据开挖地质条件合理进行调整)，在架设过程中，关键是将两榀拱支撑焊缝焊好。在进行拱支撑安装时，上台阶处设置了一个由φ48钢管制作的3 m×3 m×2 m规格的安装操作台。拱支撑安装到位及时焊接连接筋，连接筋采用φ25钢筋制作，连接筋长度为1 m，连接筋环向间距为50 cm。

4.4 下台阶开挖

仍然采取人工凿挖法开挖，ZLC50装载机出渣，将每循环进尺控制在0.8～1.2 m。

4.5 架设竖支撑

竖支撑采用I16工字钢制作，将拱支撑落脚在竖支撑上，拱支撑与竖支撑之间采用钢板进行焊接。在进行竖支撑安装时要保证竖支撑与拱支撑之间钢筋的焊接质量。竖支撑安装到位及时焊接连接筋，连接筋采用φ25钢筋制作，连接筋长度为1 m，连接筋环向间距为50 cm。

4.6 小导管施工

由于覆盖层岩层松散，无胶结，开挖洞段形成后的侧压力较大，容易产生边墙失稳现象。为保证侧墙第一次支护的安全，需对侧墙进行固结灌浆处理，采用通过自钻式φ42小导管进行灌浆的方法，小导管长度L=3 m，间排距为1 m×1 m，梅花形布置，灌浆施工工艺同洞口灌浆。

4.7 锁脚锚杆

普通锁脚锚杆在一定程度上起着固定拱脚的作用。由于覆盖层无法成孔,采用普通锚杆无法施工,因此，锁脚锚杆选用φ27自进式锚杆，长度为3 m，将露出部位的长度控制在20～30 cm，将露出部位与钢拱架的拱脚焊接牢固。

4.8 挂网喷混凝土

每循环及时进行挂网喷护支护，以确保施工人员的安全。

4.8.1 钢筋网的安装

钢筋网采用φ8钢筋制作，间排距为15 cm×15 cm，钢筋网和拱架及连接筋之间通过焊接连接，将钢筋网铺设在纵向连接筋与开挖线之间，并随受喷面的起伏顺开挖面进行铺设，与实际开挖面的间隙不大于3 cm，同时将钢筋网通过焊接与钢拱架连接为整体。

4.8.2 喷C25混凝土

混凝土喷护厚度为20 cm，喷射混凝土面必须保证其平整，将整个第一次支护的受力骨架覆盖，使第一次支护形成一个受力的整体。必要时，应在混凝土中加入适量的钢纤维，以增强混凝土的柔性强度。

5 结 语

龙洞水电站厂房系统排风洞洞挖施工通过边坡开挖支护、复杂地质条件平洞台阶分区施工、超前小导管注浆、超前管棚等技术的综合运用，解决了崩坡堆积体不良地质段隧洞的掘进施工，该工程的施工工艺和工程措施，为同类不良地质条件下的隧洞施工提供了宝贵经验。