白鹤滩水电站1#泄洪洞龙落尾开挖施工技术

万　臣，　于 志 强，　邓 昌 奇

(中国人民武装警察部队 水电第八支队，重庆　401305)



白鹤滩水电站1#泄洪洞龙落尾开挖施工技术

万臣，于 志 强，邓 昌 奇

(中国人民武装警察部队 水电第八支队，重庆401305)

以白鹤滩水电站1#泄洪洞练兵工程为例，通过采用新增支洞设计、扩挖已有支洞、合理分区分层开挖的施工方法，解决了1#泄洪洞龙落尾缓倾角长斜井开挖难题，在工程实践中取得了良好的应用效果。

白鹤滩水电站；泄洪洞龙落尾；开挖技术

1　工程概况

白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，其1#泄洪洞由上平段和龙落尾段组成。泄洪洞进口工作闸门下游接明流上平段，洞身断面为城门洞型，上平段下游接龙落尾段，龙落尾段由渥奇曲线段、斜坡段和反弧段组成。斜坡段为渥奇曲线与反弧之间的连接过渡段，1#泄洪洞斜坡坡度为1∶4，而反弧段则位于斜坡段下游，反弧半径为300 m。1#泄洪洞反弧段后面直接接挑流鼻坎。

1#泄洪洞龙落尾段布置3道掺气设施，分别位于渥奇曲线末端、斜坡段中部和反弧起点上游40 m，3道掺气设施均为底掺气+侧掺气组合。每道掺气设置独立的通风洞，由洞外向洞内补气。除掺气坎独立补气系统外，在“龙落尾”段起点附近通过竖井(衬后直径6 m)与通风主洞连接直接向洞内补气。由于龙落尾独特的体型特点，其开挖主要是缓倾角长斜井的开挖，且其处于整个工程的关键线路，因此，该段开挖是整个泄洪洞开挖的重难点工程。

2　地质条件

龙落尾段上覆岩体厚度约52～110 m，主要穿过P2β21、P2β14、P2β13、P2β12、P2β11层斜斑玄武岩、含灰岩角砾(集块)玄武岩、玄武质碎屑砂岩、微晶玄武岩等微风化～新鲜岩体，桩号K2+232～K2+358段洞室轴线以上为弱风化岩体。以坚硬岩为主，P2β14层玄武质碎屑砂岩强度稍差。

龙落尾段断层较发育，主要发育有F28、f545、f549、f550、f567等，平均发育密度约0.5条/10 m。断层及影响带范围内岩体破碎，易掉块。隧洞围岩以次块状和块状结构为主，部分为镶嵌结构，围岩类别以Ⅲ1类为主，Ⅱ类次之，少量为Ⅲ2类，断层及其影响带范围内围岩类别为Ⅳ类。

3　施工特点

(1)龙落尾坡度为1∶4，约14°，难以一次开挖成型，需布置斜井进行开挖。

(2)龙落尾段地质条件差，开挖成型质量要求高。

(3)渥奇曲线段开挖断面渐变，开挖施工质量保证难度大。

(4)施工道路布置困难、坡度大，开挖扒渣、出渣、清渣难度较大。

4　开挖施工方案

4.1新增支洞设计

根据龙落尾体型特征，在现有2#施工支洞的基础上增加了4#施工支洞。4#施工支洞主要用于龙落尾下半段的开挖及混凝土浇筑，可以避开泄洪洞出口的施工干扰，有利于节约施工成本、加快施工进度。4#施工支洞设计为城门洞型(图1)，断面形式为7 m×9 m(宽×高)，分两期开挖，第一期开挖至龙落尾上层，第二期抽槽降坡开挖至龙落尾出口底板高程处。

4.2扩挖已有的支洞

龙落尾2#施工支洞为已开挖成型的支洞，主要用于龙落尾斜坡段的开挖及混凝土浇筑任务，2#施工支洞可以为龙落尾提供2#施工支洞上、下游两个工作面，使龙落尾施工可以多个作业面同时展开作业。然而，根据现场实际情况，考虑到已有的2#施工支洞(城门洞型)空间高度不够，无法满足龙落尾上层的开挖要求，因此，对已有的2#施工支洞进行扩挖，从而为龙落尾斜坡段上层部位的施工提供作业面和施工通道。

4.3分区、分层开挖

1#泄洪洞龙落尾采取分区、分层开挖的方式。考虑到龙落尾的体型特征以及现场施工便利、施工安全等，将龙落尾分为Ⅰ～Ⅷ层进行开挖。在开挖过程中需预留施工道路分区、分层进行开挖、支护，主要分三个大区进行，各区再划分小区，依次为：第一区为龙落尾上缓坡段(第I至II层)；第二区为龙落尾斜坡段(第Ⅲ-1～Ⅵ层)；第三区为龙落尾下缓坡段(第Ⅵ-1至Ⅷ层)。各区的分层情况见图1。

4.4开挖方案

图1　1#泄洪洞龙落尾开挖分层图

4.4.1龙落尾开挖

根据龙落尾的体型特点，将开挖分成三区Ⅷ层进行开挖。

(1)龙落尾上缓坡段。

如图1所示，龙落尾上缓坡段分为两层开挖施工。第Ⅰ层可以利用已开挖的上平段下游第一层施工作业面进行开挖掘进，采用中导洞先行、后边墙扩挖的方式进行爆破。其中中导洞的尺寸为9 m×9 m，采用周边光爆，楔形掏槽形式，非电毫秒雷管联网、微差控制爆破，造孔设备采用YT28手风钻。待泄洪洞上平段中层开挖结束后，顺接进行龙落尾第Ⅱ层的开挖施工。第Ⅱ层采用中间抽槽梯段爆破、两边边墙预裂爆破的开挖方式，造孔采用YQ 100B潜孔钻和阿特拉斯CM351液压钻，向前掘进至第Ⅰ层开挖面后，仍按照9%的坡度向前掘进约30 m。

(2)龙落尾斜坡段。

由2#施工支洞进行开挖，按照朝上、下游分别进行开挖的方式形成出渣道路。首先，从已有的2#施工支洞按照i=8%的坡度向下游开挖龙落尾第Ⅴ层，依然采用中导洞先行、边墙扩挖的施工方法，先对第Ⅴ层上游开挖完成后进行第Ⅴ层下游顶拱扩挖，最后进行第Ⅴ层上游部分顶拱扩挖施工。对于第Ⅴ层上游部分的顶拱部位，由于原有的2#施工支洞高程不够，无法为其提供作业平台，因此，采取了对2#施工支洞扩挖的方式予以解决。2#施工支洞扩挖采用全断面光爆开挖，边扩挖、边回填的方式，利用开挖弃渣回填2#施工支洞洞底改建路基，抬高2#支洞洞底高程并形成斜坡道路，从而为第Ⅴ层上游顶拱开挖和第Ⅳ层开挖提供作业平台和施工通道。

第Ⅴ层开挖结束后，即可利用扩挖后的2#施工支洞按照i=14%的坡度向上游进行第Ⅳ层的开挖作业。第Ⅳ层的开挖由下游向上游推进，开挖方法与龙落尾第Ⅰ层的开挖方法相同，直至与第Ⅰ层贯通为止。第Ⅳ层开挖结束后，即可按i=8%的坡度、以中间抽槽梯段爆破、两边边墙预裂爆破的方式由下至上进行第Ⅲ-1层的开挖作业。第Ⅲ-1层开挖结束后，采取对2#施工支洞回填路基进行降坡开挖，利用新成型的2#支洞施工通道、参照第Ⅲ-1层的开挖方式由下至上最终完成龙落尾第Ⅲ-2层的开挖。

(3)龙落尾下缓坡段。

龙落尾下缓坡段的开挖主要以4#施工支洞为施工通道。新增加的4#施工支洞主要分两期进行开挖，第一期开挖至龙落尾的上层部位，主要为龙落尾第Ⅵ-2层开挖提供便利和通道；第二期抽槽降坡开挖至龙落尾底板高程处，为龙落尾第Ⅶ、Ⅷ层的开挖提供作业平台和通道。

第Ⅵ-2层的开挖方式仍然沿用光面爆破，分中导洞及边墙扩挖，与第Ⅰ层的开挖方法相同。第Ⅵ-1、Ⅶ层的开挖方式则与第Ⅱ层的开挖方法相同，而对于第Ⅷ层的开挖方法则采用水平光面爆破的方法，造孔设备采用YT28手风钻，底板厚度为2～4 m。具体的开挖顺序为：4#施工支洞第一期开挖支护→WⅥ-2层中导洞开挖支护→WⅥ-2层两侧边墙开挖支护→WⅥ-1区中层开挖支护→4#施工支洞第二期降坡开挖支护→WⅦ区中层开挖支护→WⅧ层底板开挖支护。

4.4.2通风竖井的开挖

通风竖井的开挖采用先导井、后扩挖的施工方法进行开挖，先采用LM-300反井钻机钻φ250的导孔，钻至井底与泄洪洞上层贯通，拆掉导孔钻头、换上扩挖钻头由下向上进行扩孔，扩孔后导井直径为1.4 m，然后自上而下分层进行开挖。竖井扩挖采用YT-28手风钻钻孔，人工装乳化炸药进行钻爆开挖，扩挖施工循环进尺为2 m。

扩挖施工每循环完成后立即进行系统支护，然后进入下一循环开挖。为便于物资运输，拟定在每个竖井上口设置型钢井架，配置一套JM10型慢速卷扬机系统，扩挖施工时卷扬机用于运送物资及移动吊篮。

4.4.3掺气坎开挖

龙落尾段共设有三处掺气坎，掺气坎部分结构扩挖渐变结构较复杂，在较短的距离(4 m、6 m)范围内自小断面向大断面、然后又由大断面向小断面变化，且变换偏角较大，扩挖深度不一，致使在开挖施工中无法一次成型。实际施工中，将掺气坎扩挖段暂时留出，待向前开挖5～6 m距离、利于钻机摆放再回头进行掺气坎周边轮廓的开挖。对掺气坎扩挖槽的死角部位和无法进行周边光爆孔造孔的部分，采用直孔配合斜孔掏槽的方式进行开挖。造孔作业中，控制孔深、减少超挖；对于局部欠挖处，后期采用液压破碎锤凿除。

5　结　语

白鹤滩水电站1#泄洪洞龙落尾开挖是整个泄洪洞的重点和难点。经过项目部科学组织、精心筹划，采用新增施工设计、扩挖已有支洞、分区分层开挖的施工方法，使白鹤滩水电站1#泄洪洞龙落尾段的开挖工程达到了预期效果，不仅提高了项目部工程练兵的技术和水平，而且也进一步丰富了施工经验，可为下一步开展类似工程练兵提供参考和借鉴，从而提高遂行任务的能力。

[1]黄亚梅，张军.水利工程施工技术[M].北京：中国水利水电出版社，2014.

[2]张守金，康白赢.水利水电工程施工组织设计[M].北京：中国水利水电出版社，2008.

[3]吴登明，张元继，刘金娟.溪洛渡水电站左岸泄洪洞龙落尾开挖支护施工技术研究[J].四川水力发电，2010，29(6)：44-45.

[4]吴世明，刘金娟.溪洛渡水电站左岸泄洪洞龙落尾开挖施工技术[J].四川水力发电，2010，29(S2):42-44.

(责任编辑：李燕辉)

2016-07-12

TV7;TV52;TV554

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1001-2184(2016)04-0050-03

万臣(1987-)，男，湖北宜都人，工程师，硕士，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

于志强(1980-)，男，河南新野人，工程师，学士，从事水利水电工程施工技术与管理工作；

邓昌奇(1986-)，男，四川乐山人，工程师，硕士，从事水利水电工程施工技术与管理工作.