长河坝大型地下洞群开挖施工安全及动态调控

黄亚奇，张曾，詹然成

(中国水利水电第七工程局有限公司二分局，成都，611730)

长河坝大型地下洞群开挖施工安全及动态调控

黄亚奇，张曾，詹然成

(中国水利水电第七工程局有限公司二分局，成都，611730)

本文结合长河坝水电站泄洪放空系统典型复杂地质大型地下洞群工程实例，针对地下洞群开挖施工安全控制展开分析研究，并对施工安全进行动态调控，采取多类型措施技术安全顺利完成复杂地质大型地下洞群开挖施工，提高了施工效率，降低了施工成本，取得良好的社会经济效益。

复杂地质 大型地下洞群 施工安全 动态调控 长河坝水电站

1 工程概述

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，是以单一发电为主的大型水库电站。电站采用水库大坝、首部式地下引水发电系统开发，总装机容量2600MW，最大坝高240m，水库正常蓄水位1690m。

泄洪放空系统由3条泄洪洞、放空洞、中期导流洞及补气洞等附属洞室组成。其中，1＃泄洪洞为深孔泄洪洞，全长1372m，纵坡10.279%，开挖断面(15.60～17.30)m×(17.60～22.15)m；2＃、3＃泄洪洞均为开敞式泄洪洞，全长分别为1508m、1540m，纵坡分别为10.848%、10.552%，开挖断面均为(15.60～20.30)m×(16.60～21.15)m；放空洞全长 1711.65m，纵坡 5.877%，开挖断面(10.30～11.20)m×(14.25～15.10)m；中期导流洞全长1421.556m，纵坡1.45%～4.69%，开挖断面(8.20～13.20)m×(11.20～16.10)m。

该泄洪放空系统地下洞群的地质条件如下: (1)地下洞群范围内小断层、挤压破碎带及裂隙密集带较为发育，裂隙发育密度较大、组数较多、延伸长度较大，岩体以次块状～块状结构为主，局部小断层与洞轴线小角度相交，围岩存在不利结构面组合，对局部围岩稳定性不利，且受不利组合影响易产生楔形失稳、掉块甚至坍塌等地质问题；(2)进出口洞段及局部洞身段岩体卸荷、风化，以镶嵌结构、碎裂结构为主，局部呈散体结构，围岩不稳定至极不稳定；(3)地下洞群埋深大，岩体蓄集较高的应变能，应力相对集中而地应力较高，为高应力区，易产生岩爆，对洞室稳定性不利；(4)地下洞群地下水以滴水为主，但局部洞段线状流水，遇断层、挤压破碎带、裂隙密集带可能产生涌水。

2 地下洞群施工特点

2.1 地下洞群断面大，规模浩大，施工安全风险大

泄洪放空系统地下洞群最大洞室开挖断面达20.3m×21.15m，洞室数量多、相互关系复杂，主要洞室总长达7.5km，石方洞挖量达180万m3，为典型的大断面地下洞群，工程规模浩大，施工安全风险高。

2.2 断层、裂隙发育、高地应力，开挖施工难度大

泄洪放空系统工程地质表明，其地下洞群小断层、挤压破碎带及裂隙密集带较为发育，存在不利结构面组合，局部洞段岩体破碎，洞室埋深大，地应力高、岩爆问题突出，总体地质条件复杂。受断层、裂隙及不利组合影响，开挖施工极易产生楔形失稳、掉块甚至坍塌等地质问题，开挖施工难度大，安全风险极为突出。

2.3 断面大、洞室长，施工通风散烟难度大

泄洪放空系统为多条长大断面洞室构成的复杂地下洞群，洞室长度均在1500m左右，洞室坡度大，各洞室相互关系复杂，且地下洞群距地面、坡面距离远，施工通风散烟难度大、粉尘及有害气体风险突出。

2.4 施工布置困难、干扰大，道路安全风险高

泄洪放空系统地下洞群各洞室相互之间水平、垂直关系复杂，各主洞室之间及主洞室与辅助洞室之间存在交叉关系，且开挖施工高峰强度需达到112655m3/月，施工作业面多，相互施工干扰大，施工通道布置困难，道路安全风险高。

2.5 施工工期紧

泄洪放空系统地下洞群为整个电站枢纽的主要建筑物，能否快速完建，对整个枢纽工程的如期蓄水、发电等有着至关重要的影响。根据泄洪放空系统工程工期分析，其地下洞群施工处于整个工程关键线路上，工期风险突出。

3 施工安全及动态调控

3.1 施工通道全面、优质布置及其安全控制

结合电站场内交通布置、工程工期要求及通风散烟等条件，部分洞室直接自场内交通公路开口进入开挖，其余洞室通过场内交通在上下游分别布置上下层施工支洞开挖施工，达到地下洞群施工通道全面、优质布置，避免了各洞室间的施工干扰，并有效控制了施工道路安全风险。

3.2 地下洞群开挖施工安全控制有效

根据洞室断面结构、系统支护参数及其地质条件，结合施工资源特性及以往类似工程成功施工经验，泄洪放空系统地下洞群采用分层分块开挖方式，洞室分三层开挖。其中，断面较大的泄洪洞第Ⅰ层采用“先中导洞、后两侧扩挖”及“左右半洞”两种分区开挖方式；第Ⅱ层采用“边墙预裂梯段爆破”及“中部拉槽、两侧边墙光面爆破”两种开挖方式，底板保护层采用“水平光面爆破”开挖方式。以此优质开挖方式，控制和减少开挖施工对洞室围岩产生较大施工扰动，确保了地下洞群开挖施工安全。

3.3 特殊地质段开挖施工安全控制技术

针对泄洪放空系统地下洞群突出的高地应力、岩爆问题，在洞室顶拱及边墙布设水平及斜向应力释放孔，有效控制和减少岩爆安全风险。应力释放孔孔径50mm，孔深4.5m～6.0m，水平应力释放孔环距30cm～50cm，排距3.0m～4.5m，斜向应力释放孔间排距1.5m×1.5m。

针对地下洞群断层、裂隙及破碎带开挖施工安全，采取超前花管、超前固结灌浆、超前锚杆、超前锚筋束、型钢钢架及系统锚筋束等综合预防、加固安全控制措施，有效控制和减少塌方、掉块等安全风险。超前花管采用壁厚 δ＝6.0mm的φ108mm热轧无缝钢管，环向间距50cm，纵向间距10m，外插角1°～3°。超前固结灌浆孔沿洞室顶拱及边墙水平斜向布置，孔径90mm，孔深15m～20m，倾角20°，环距2.0m～3.0m，排距10m～15m，采用分段卡塞纯压式灌浆。超前锚杆采用φ25mmL＝4.5m、φ28mm＝6.0m砂浆锚杆在洞室顶拱布设，锚杆倾角5°～10°，环向间距40cm～60cm，排距 3.0m～4.5m。超前锚筋束采用3φ28mmL＝9.0m、3φ32mmL＝12.0m在洞室顶拱布设，倾角5°～10°，环向间距50cm～80cm，纵向间距6.0m～9.0m。型钢钢架在不侵占结构断面的基础上设置，采用I20b工字钢，间距0.5m～1.0m，钢架间采用φ25mm钢筋连接，并采用C25喷射混凝土将型钢钢架封闭。洞室系统支护锚杆调整为3φ28mmL＝9.0m、3φ32mmL＝9.0m锚筋束以加强围岩稳定。

图1 复杂地质地下洞群超前固结灌浆结构布置

3.4 地下洞群开挖施工安全预防及调控技术

泄洪放空系统地下洞群开挖断面大、地质条件极为复杂，开挖期施工安全极为突出。针对特殊地质洞段，采用超前地质探测技术对地质情况进行超前预测、预报，对预测数据进行分析，并根据预测分析结果及时优化调整开挖方式。采用专业仪器对地下洞室开挖爆破震动进行监测，根据爆破震动监测数据及分析结果，及时优化调整爆破设计及爆破参数，控制和减少爆破震动对洞室围岩的影响。以此，为地下洞群的开挖施工安全提供技术支撑，达到施工安全预防及控制。

3.5 通风及空气质量安全控制技术

3.5.1 施工通风安全控制

针对泄洪放空系统地下洞群较为突出的通风散烟问题，根据工程永久建筑物特点、结合施工通道，优先进行补气洞、补气竖井等永久建筑物施工，尽早贯通，尽早形成“低进高出”的通风循环方式，以较好地改善洞室通风条件，并在洞室进出口布置短小通风支洞尽早与洞外贯通，以形成较好的自然通风条件。同时对通风状况进行监测，采用流体力学分析软件对不同施工阶段的通风流场形态进行分析，并根据分析结果对通风方案进行优化调整。

3.5.2 空气质量安全控制

泄洪放空系统地下洞群采用水幕喷雾装置及V型水幕降尘装置，有效降低洞室内粉尘，改善空气质量。自动水幕喷雾装置主要有喷雾泵、自动供水箱、控制器、传感器和高压喷雾器组成，工作原理是:在自动控制水箱内充足水量的情况下，根据冲击波或手动方式，喷雾泵将水箱内的水输送至高压喷雾器，然后转化为高雾化、高速水雾形成封闭粉尘的水雾流立体段，有效捕捉粉尘和有毒烟气，以净化作业环境，改善劳动卫生条件。V型水幕喷雾降尘装置采用钢管加工制作完成，由主管、支管及花洒组成。工作原理为:在钢管内接入压力水，压力水通过管道及管道端头花洒喷出形成水雾，达到有效的喷雾降尘效果。

图2 V型水幕喷雾装置在地下洞群降尘中的应用

4 结语

本文结合长河坝水电站泄洪放空系统复杂地质大型地下洞群工程实例，针对地下洞群开挖施工安全控制展开分析研究，并对施工安全进行动态调控，采取多类型措施技术达到施工道路安全控制、洞室开挖施工安全预防及控制、洞室开挖施工通风与空气质量安全控制，安全顺利完成复杂地质大型地下洞群开挖施工，提高了施工效率，降低了施工成本，取得了良好的社会经济效益。

〔1〕周良元，周盈旺.地下洞室开挖施工技术[J].东北水利发电，2009，(4):20～23.

〔2〕孙开畅，姜德全，孙志高.向家坝电站地下厂房洞室开挖施工技术[J].东北水利发电，2010，(11):15，16，32.

〔3〕唐崇正，聂光利.向家坝水电站地下主厂房开挖关键技术[J].四川水力发电，2009，28(4):68～71.

〔4〕赵川，胡晓林，林运军，杨佐斌.地下洞室工程施工支护理念探讨[J].云南水力发电，2006，(4):45～47，50.

〔5〕黄长宽.超前注浆管棚法在隧道开挖支护设计中的应用[J].云南水力发电，2003(增):39～40.

TV524.7∶TV554.1

B

2095－1809(2016)05－0093－03

黄亚奇(1983－)，男，四川遂宁人，工程师，工学学士，从事水利水电工程施工技术及管理工作；

张曾(1985－)，男，宁夏中卫人，工程师，工学学士，从事水利水电工程施工技术及管理工作；

詹然成(1987－)，男，重庆长寿人，助理工程师，工学学士，从事水利水电工程施工技术工作。