大沙坝水库工程不良地质条件大断面导流洞开挖支护施工

陈 肃



大沙坝水库工程不良地质条件大断面导流洞开挖支护施工

陈 肃

(大沙坝水利工程管理局，贵州 仁怀 564500)

从导流洞进出口、渐变层和洞室3个部分对大沙坝水库导流洞开挖支护施工技术进行了阐述。导流洞开发支护方案的选择和地质条件情况密切相关，为了保证支护质量，需要在开挖过程中对围岩的变形情况进行实时监测和分析，并根据分析结果及时调整支护方案，这样才能够保证洞室内安全。表2个。

水库；导流洞开挖；大断面导流洞；支护；施工技术

水电工程在建设过程中往往面临着河流落差过大、河流狭窄的情况，需要使用隧洞导流的方式进行导流；但是很多河流往往有着很大的流量，导流标准很高，需要很大的导流断面，而且在一些不良地质条件下进行大断面导流洞的开挖支护存在着一定的难度，在施工中需要特别注意。

1 工程概况

大沙坝水库坐落在五岔河，是长江流域赤水河右岸一级支流，全流域面积116.82 km2，多年平均径流量4 110万m3，河道长32.18 km，流域内河道平均宽度4.55 km，河道平均比降32.37‰，流域形状不规则，流域内为山间丘陵和缓丘地形，总地势南高北低，海拨在365～1 542 m之间。大沙坝水库坝址以上流域面积78.43 km2，占流域总面积的67.14%，多年径流量平均值2 760万m3，主河道长19.59 km，主河道平均比降35.14‰，流域形状系数0.161。流域多年平均气温17.7 ℃，实测最高气温39.9 ℃，实测最低气温-5.5 ℃，多年平均日照1 224 h，多年平均相对湿度78%，多年平均无霜期330 d；多年平均风速1.2 m/s，多年平均瞬时最大风速9.7 m/s，实测最大瞬时风速12 m/s；多年平均降水量995 mm，最大一日暴雨量173.3 mm(1975年5月27日)。

水库区域内无水文资料，但是参考临近仁怀气象站和茅台水文站以及三合雨量站基本情况计算可得如下结果(见表1、表2)。

库区两岸山体宽厚，无低垭口及单薄分水岭分布，地表分水岭高程均在750 m以上。五岔河在库区范围内无大的跌水，坝址以上河段河流流向总体为NE向，河流平均比降32.37‰。库区均为碎屑岩及粘土岩分布，在库区中前段以泥岩为主，两岸地形坡度10°～30°，多为缓坡台地，河谷宽缓、多呈宽口的“V”型谷，中后段两岸多为砂岩出露，岸坡地形相对较陡，地形坡度25°～40°，局部为陡坡，河谷多呈“V”型谷。库区总体为浅切向斜低山谷地地貌，水库属峡谷型水库。

2 导流洞开挖支护

2.1 超前支护

通常情况下设计导流洞都选择提前进洞的方案来减少明挖工程量，但是这种方法破坏了进口洞段的地质条件。导流洞断面通常为城门洞形状，也有一些是马蹄形状，而进水闸门后往往需要设置渐变段。渐变段的设置导致拱顶跨度变大并且地质条件差，矢跨比很大，形状不利于稳定；因此，在导流洞开挖支护工作中，渐变段的施工是关键。为了减少边坡开挖而采取的晚出洞口的方法也会造成导流洞出口洞地质情况破坏，而导流洞出口洞段也是导流洞支护的关键位置。大沙坝导流洞拟布置在左岸，在取水隧道右侧，洞线和取水隧洞之间平行[1]。坝址区岩土工程结构特殊，使得导流洞和取水隧洞之间工程地质基本相同。大型导流洞使用高边坡的坡脚作为进出口洞脸边坡，自身整体边坡稳定性不高，需要进行支护，而大跨径洞室开挖考虑的稳定性问题更加复杂，在洞脸位置需要使用综合的支护措施来保持稳定。

表1 水库坝址频率径流计算成果

表2 大沙坝水库下游历史洪水

2.2 进洞前洞脸支护

洞脸位置岩石破碎，结构面发育，围岩自身的稳定性差；为了提高岩石的整体性，需要进行固结灌浆处理。洞脸上需要设置深锚索，通过深层次锚固提高边坡稳定性，洞口开挖结构线附近可以通过长锚杆和长锚筋桩锁口，特殊情况下也可以在洞脸拱顶结构线周围使用大管棚施工。渐变段如果有严重的不良地质情况，可以在洞脸和洞内设置2～3排大管棚。围岩跨度超过20 cm需要采取以上全部支护措施，围岩在三类以上，而且无断层以及节理发育，跨度小于20 m时需要使用洞口锁口。通常情况下的导流洞是介于两种情况之间的，需要按照工程实际情况制定支护方案。

2.3 进出口渐变段开挖支护

进口位置渐变段跨度很大而拱度很小，需要考虑洞脸边坡上和马道上的锚筋桩或预应力锚杆，悬吊下部岩体。导流洞进出口渐变段是整个导流洞开挖支护的难点。从结构特点上分析，进口渐变段比出口段更不利于稳定[2]。进洞之前，为了保证洞脸稳定性，需要进行超前支护，而为了保证安全，则需要采取一定方法调整开挖程序和支护措施。为了保证拱顶稳定，需要采取措施进行上层的支护和开挖。

2.3.1 中部预留岩柱

开挖洞室时首先开挖两侧，临时支护之后开挖中部预留岩柱，最后进行整个拱顶的支护加强。先超前支护洞脸位置，之后开挖上层左侧导洞，并立即进行喷锚支护及上层左侧超前注浆小导管施工和右侧开挖以及系统支护，最后开挖中部预留岩柱，进行中部拱顶支护和中部拉槽、底板保护层开挖支护。这种方法能够有效减小围岩的松弛，但是需要较多的施工工序和比较长的开挖以及支护时间，而且临时支护不能对围岩应力变形进行有效限制，混合土砌筑之前可能发生塌方。

2.3.2 左右半洞开挖法

这种方法首先进行洞脸超前支护和上层左侧半洞开挖和喷锚支护，再进行右侧开挖和支护，然后进行中部拉槽开挖和边墙保护层开挖和支护，最后进行底板开挖和支护。这种方法不留岩柱，减少了施工工序，缩小了一次开挖的拱顶跨度，施工进度更快，在地质条件情况允许的情况下应该优先考虑这种方法。

2.3.3 中导洞方法

这种方法在洞室中先开挖中部导洞，顶部进行支护后开挖两侧，洞脸超前支护之后进行中导洞的开挖和锚固支护，之后进行左右侧开挖和锚固支护，最后进行二三层的锚固和支护。这种方法和左右半洞开挖相似，但是这种方法先开挖中导洞，开挖两侧增加了临空面，能够有效减小爆破对两侧边墙的影响，边墙地质情况不利的情况下可以选择这种方法。

2.3.4 全断面开挖法

这种方法在洞室开挖时上层一次性开挖到位，岩石条件好，无断层和节理并且跨度不大的洞室在洞脸做好超前支护之后可以采取全断面一次开挖到位。出口段的开挖支护和支护可以结合地质条件情况参考进口渐变段的方案进行。

无论采用哪种开挖方法，开挖过程中支护需要紧跟工作面，采取钢支撑、挂网喷混凝土或者喷钢纤维混凝土、系统锚固等方法进行支护。进洞较深且上部不能施工时可以在洞内开挖结束之后进行施工，从洞内施工径向锚筋或锚筋桩或者预应力锚杆悬吊。大型导流洞进出口跨度很大，直立边墙高，地质条件不良，开挖过程中需要对围岩变形情况进行严密的实时监测，并根据检测结果及时调整支护方案，保证支护稳定。

2.4 不良地质处理

洞内施工难点在于不良地质条件的处理，主要包括断层破碎带、溶洞和围岩较差情况下的施工。断层破碎带走向和洞轴线夹角较小时，破碎带会在洞身不同位置出露，开挖中需要制定合理的开挖程序，对断层需要进行超前支护，开挖后要加强支护。导洞开挖方案是在上半洞开挖时根据断层位置在非断层出露侧开挖导洞，之后做好上半洞超前支护，然后再进行其他位置的开挖和支护。这种方案有着很高的安全系数，能够保障开挖施工人员的人身安全。半洞开挖方案在上半洞开挖过程中首先根据断层出露位置开挖断层未出露侧，后利用已经开挖的半洞进行侧面断层支护，超前支护完成之后再开挖断层侧半洞。岩溶地区导流洞经常遭遇溶洞，开挖施工之前应准备足够的抽水设备和排水设施，死溶洞一般抽干水回填混凝土即可；为了减轻外水压力，需要在回填混凝土的位置增设排水装置。

3 结 语

不良地质条件下大断面导流洞施工重点在洞身和过渡层的开挖支护，通常情况下需要调整开挖程序并采取一定的超前支护措施，然后采取分区开挖的方式，边挖边支护，这样才能够保证洞室内的安全。

[1] 马志峰.大断面导流洞进出口开外支护设计与施工[J].水力发电，2011(12).

[2] 聂文俊，叶 明.导流洞进出口段加强支护设计与施工[J].四川水力发电，2007(1).

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责任编辑 吴 昊

2014-10-11

陈 肃(1977-)，男，工程师，主要从事水利工程管理工作。