高地应力条件下地下交叉洞室开挖施工技术应用

李国栋 朱海亚 李小利

摘要：随着能源和水资源的不断开发，水电工程的发电引水系统大多采用埋藏式地下洞群结构且处于高山峡谷的环境中。施工过程中时常受到高地应力的影响，安全风险较大。文章通过高低应力条件下地下交叉洞室开挖施工技术的应用，减小安全隐患，为类似在高地应力条件下地下交叉洞室开挖的设计、施工提供借鉴经验。

关键词：高地应力;地下交叉洞室;开挖施工技术;水电工程;发电引水系统 文献标识码：A

中图分类号：TU452 文章编号：1009-2374（2016）04-0041-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.04.021

1 工程概况

雅砻江两河口水电站为雅砻江中、下游的“龙头”水库，位于四川省甘孜州雅江县境内的雅砻江干流上。进厂交通洞为雅砻江两河口水电站重要组成部分，与4#隧道公路平交（桩号：K6+400.00），喇叭口形式布置形式。本标段工程进厂交通洞全长130.0m，断面结构尺寸为29.37×8.60～12.94×8.60（渐变段），马蹄形结构。布置具体详见图1所示：

2 地质条件

进厂交通洞上覆岩体厚度大，最大厚度约578m。出露地层岩性为T3lh2（3）、T3lh2（4）、T3lh2（5）层粉砂质板岩与绢云母板岩。岩体微风化～新鲜，无卸荷，薄层状～互层状结构，隧洞围岩以Ⅲ2类为主，洞室围岩局部稳定性差。交通洞主要Ⅲ级结构面为f13、f14、f27、f28、f29、f17等顺层展布的断层，断层走向与洞向大角度相交，有利于围岩整体稳定;围岩局部稳定主要受Ⅳ、Ⅴ级结构面不利组合影响。另外，交通洞埋深大，岩体地应力高，基岩裂隙水局部具承压性，施工中应重视对高地应力、地下水及有害气体的预防和处理。

3 总体施工方案确定

对于面临高地应力条下地下洞室开挖存在安全风险，针对本工程特点，采取“先预防后开挖，及时加强支护”的技术措施：先施工应力释放孔，避免应力集中而出现岩爆现象，然后结合进厂交通洞的特点分别采用“先中导洞，然后分区开挖成型”。

4 施工技术应用及处理流程

高地应力条件下洞室开挖施工技术应用及处理流程详见表1：

5 施工方法

5.1 预防措施

提前安排专业地质工程师地质预报。在极易发生岩爆洞及拱腰部位，爆破开挖钻孔前采用YT-28手风钻施工10～20个应力释放孔，深度6m、直径42mm。应力释放孔为空孔，施工完成后对孔内注水，避免应力集中而出现岩爆现象。

5.2 爆破施工

结合进厂交通特点，该隧洞属于渐变洞段，采取“先中导洞，然后分区爆破开挖成型”的方式施工，以减小爆破对高地应力岩体的影响。其分区及施工顺序详见图2所示：

5.2.1 爆破孔布置。

周边孔：孔距以10～15d（d为孔径，为42mm）控制，最小抵抗线与孔距之比控制在1.0～1.3之间。

掏槽孔：布置于中导洞（Ⅰ区）的断面中部。

崩落孔：按等间距布置，最小抵抗线与孔距之比控制在1.0～1.2之间。

5.2.2 爆破参数。利用戈斯帕扬公式计算得出Ⅲ类围岩爆破单位岩体消耗0.965kg的2#乳化炸药。（JC）0+000.00～（JC）0+030.00洞段分区开挖断面面积均大于20m2，故采用译波尔建议公式计算炮孔数量：

式中：、为由岩体可爆程度确定的系数，本工程隧洞围岩属中等可爆，取=30.9，=1.00，根据公路隧洞断面面积计算得炮孔总数。

对于掏槽孔采用Φ32mm药卷，装药系数取0.7～0.85;崩落孔采用Φ32mm药卷，装药系数取0.5～0.8;为保证光爆效果，周边孔采用Φ25mm药卷，并采用间隔装药结构。

5.2.3 爆破网络连接。爆破网络：采用塑料导爆管串联和并联形成爆破网络，以毫秒延发雷管实现微差爆破。

炮孔堵塞长度一般在0.7～1.0抵抗线之间，堵塞材料选用黄泥和砂子的均匀混合料或岩屑混合物。

5.3 危险源处理

爆破施工完成后，立即将施工机械设备撤离至安全区域内，采用高压冷水喷洒以降低岩石的脆性从而减弱岩爆强度，同时对发生岩爆的区域加强机械设备及人工配合钢钎排险，待安全隐患清除后，进入下一道支护作业。

5.4 支护施工

高地应力条件下地下交叉洞室开挖成型尽可少岩层暴露的时间，减少岩爆的发生。开挖爆破完成后及时对出现岩爆的区域加强支护，支护结构形式见图3所示：

开挖完成待岩爆处于稳定期后开展系统锚杆和挂网支护作业，并根据具体实际情况进行锚喷作业。支护结构形式：系统锚杆+挂网+喷射混凝土，局部围岩裂隙发育部位锚杆方向根据现场围岩裂隙的产状调整，使之与不利裂隙面大角度相交，一般系统锚杆方向与开挖作业面垂直，必要时增设型钢拱架。系统支护参数及结构布置见图4所示：

6 安全监测

系统支护完成后加强岩爆洞段监测工作，通过对围岩和支护结构的现场观察和洞拱顶下沉、收敛变化，定量预测滞后发生的深部冲击型岩爆，用于指导后续洞段开挖和支护的施工，以确保安全。安全监测数据分析见表2所示：

7 结语

通过高地应力条件下地下交叉洞室开挖施工技术在雅砻江两河口水电站工程中的成功应用，施工过程中降低了安全风险，有效减少了安全隐患，保证工程顺利开展，值得在类似高地应力条件下地下交叉洞室开挖设计和施工中推广应用。

（责任编辑：陈 洁）