水电站尾水管检修闸门室快速揭顶施工研究

摘要：本文针对白鹤滩水电站左岸引水发电系统尾水管检修闸门室受施工周边条件所限，导致揭顶施工质量差的问题，通过施工布置、快速揭顶施工流程设计、锚杆施工、三角体开挖，提出一种全新的施工技术。将该项技术应用于实际不仅可以实现快速揭顶，还可以解决支护空间不足的问题，保障了施工安全。在实际施工过程中，还需要结合具体情况，对锚杆的长度进行合理设计，保证锚杆能够顺利完成插杆。

关键词：水电站；左岸；尾水管；闸门室；快速揭顶

中图分类号：TV73""""""""" 文献标志码：A

尾水管检修闸门室是水利工程中的关键部分，其作用是当水利工程设备进行检修时，能够迅速切断水流，为检修工作提供干燥的环境。然而，在传统的尾水管检修闸门室施工方法中，通常采用的是全断面开挖的方式，这种方式不仅施工周期长，还对环境影响较大[1]。目前，随着科技的不断进步，快速揭顶施工方法逐渐进入人们的视线。这种方法主要是在尾水管检修闸门室的顶部进行局部开挖，然后利用特殊的设备和技术进行快速揭顶，应用这种方式，来提高项目的施工效率。

1工程概述

1.1工程地质条件

左岸尾水管检修闸门室围岩以完整～较完整的坚硬玄武岩为主，边墙围岩以Ⅱ类、Ⅲ1类为主，其中Ⅱ类占35%，Ⅲ1类占58%，顶拱围岩基本为Ⅱ类。在地应力作用下，岩体不会产生整体的塑性变形和破坏，洞室的整体稳定性较好。

安排技术人员进行现场勘探，明确顶拱陡倾角裂隙相对发育，可能组合形成块体，但方量有限，影响局部稳定。同时，洞室区地应力量值中等偏高，方向与其轴线大角度相交，洞室在开挖过程中将产生一定程度的片帮乃至中等岩爆现象[2]。

在洞室边墙中下部，分布少量第二类柱状节理玄武岩，厚度约30m，在此区域进行开挖施工，易产生局部变形与松弛。其中，在斜切边墙中存在错动带，取样后发现该区域的整体岩性较为软弱，如果未能按照规范施工，那么该区域容易发生剪切变形[3]。经过综合勘察后发现，在洞室边墙中上部和顶部位置露出的角砾熔岩区域，由于其地应力较高，因此发生塑性变形的概率也较高，且错动带在外水压力作用下，可能存在渗透变形风险。

1.2主要工程量

为规范工程项目的施工，对项目快速揭顶施工中涉及的开挖支护工程量进行综合分析，相关内容见表1。

2施工布置

为保证工程项目的顺利施工，按照规范对施工通道进行布置。

其中开挖渣施工道路主要有以下4条。①有用料出渣道路：工作面→尾水管检修闸门室南侧交通洞→进厂交通洞延伸洞→3#公路→上游临时桥→4#公路→大田坝存料场。②有用料出渣道路：工作面→尾水管检修闸门室北侧交通洞→通风兼安全洞→5#公路→3#公路→上游临时桥→4#公路→大田坝存料场。③无用料出渣道路：工作面→尾水管检修闸门室南侧交通洞→进厂交通洞延伸洞→3#公路→矮子沟弃渣场。④无用料出渣道路：工作面→尾水管检修闸门室北侧交通洞→通风兼安全洞→5#公路→3#公路→矮子沟弃渣场。

混凝土水平运输道路有两条。①水电七局白鹤滩施工局60拌合站→3#公路→5#公路→通风兼安全洞→尾水管检修闸门室北侧交通洞→工作面。②水电七局白鹤滩施工局60拌合站→3#公路→进厂交通洞延伸洞→尾水管检修闸门室南侧交通洞→工作面。

在此基础上，应明确尾水管检修闸门室开挖支护所需的风水电，均从左岸厂区风水电接入系统。前期系统风水电未形成时，尾水管检修闸门室北侧开挖支护所需风水电从原0244标的系统风水电接入[4]。其中尾水管检修闸门室南侧施工临时供水主要从布置在进厂交通洞延伸洞内的临时DN150主水管，用DN50水管延伸布置到工作面，尾水管检修闸门室北侧施工临时供水主要从原0244标的主供水管，用DN50的水管延伸布置到工作面。

洞内排水主要为地下水和基岩裂隙水和施工废水[5]。尾水管检修闸门室高程为645.5m，施工排水均采用污水自流的方式。南侧污水经闸门室南侧，进厂交通洞排入布置在进厂交通洞内的临时集水坑，北侧污水经尾水管检修闸门室北侧交通洞，厂顶北侧交通洞排入原0244标排污系统。

尾水管检修闸门室两侧施工均采用机械通风。尾水管检修闸门室南侧施工，采用布置在进厂交通洞延伸洞口的1台2×AVH140.132.4.8风机，通过。2.0m的风向工作面压风，尾水管检修闸门室北侧施工，采用布置在尾水洞检修闸门室南侧施工支洞内的1台1×AVH140.132.4.8风机，通过。2.0m的风向工作面压风。

3快速揭顶施工流程设计

根据尾水管检修闸门室的结构特点、通道条件、施工机械性能，尾水管检修闸门室高程顶部揭顶（645.50m以上部分）自上而下分3层进行开挖，各层再分区进行开挖。第Ⅰ层分层高度为7m，第Ⅱ层分层高度为9m，第Ⅲ层分层高度为6m[6]。在施工过程中，首先，从布置在第Ⅲ层的中导洞两端分别升坡开挖（6m×7m）形成第Ⅰ层施工通道，其次，从北侧向中部对中部导洞进行开挖支护（6m×7m），南侧向中部进行全断面开挖支护（12. 1m×7m），在中部连通后，从南向北开挖北侧剩余三角体（先进行导洞开挖支护，再对两侧边墙及安装场顶拱进行扩挖支护），在北侧开挖支护完成后，从北向南开挖南侧剩余三角体（全断面进行开挖支护，断面为12. 1m×7.0m，安装场断面为12. 1m×8.5m），再次，对中部Ⅱ1层进行开挖（6m×9m），对岩锚梁保护层、岩锚梁进行开挖支护，最后，完成第Ⅲ层的两侧边墙扩挖支护和锚索施工。具体施工程序如图1所示。

4锚杆施工

从中导洞升坡至Ⅰ层开挖为临时洞室开挖，在施工过程中存在岩石掉块等风险，因此为保障人员及设备安全，在每次爆破后，施工、监理、设计、业主4方在现场查勘后，增加随机锚杆以保障施工期安全。

由现场实际爆破效果来确定尾水管高程645.5m以上开挖钻爆设计参数。由于工程未开工，因此初始根据设计提供引水发电系统工程的地质条件，结合导流洞施工爆破经验，编制爆破图和爆破设计参数[7]。表2为6m×7m断面爆破设计参数。

炸药单耗为1.04kg，光爆孔线装药密度为156g/m，预期进尺2.5m，爆破效率为92.6%。

分序支护的原则为利用设计锚杆长短交错布置的设计型式，在开挖后，采用短锚杆（I序锚杆）跟进开挖10～20m、长锚杆（II序锚杆）滞后短锚杆80～90m的分次施工方式。由于短锚杆钻孔速度快，因此可利用开挖时的钻孔时间，同时采用多臂钻进行I序锚杆跟进作业，在开挖掌子面放炮出渣阶段，为避免影响出渣，多臂钻退后在距离掌子面100m左右进行II序锚杆钻孔作业。

Ⅰ层底板和中导洞顶拱高程要大于中导洞1倍洞径，因此第Ⅰ层底板高程为660.5m，离尾水管检修闸门室顶拱高度仅为7m，无法满足顶拱中部系统锚杆（L=9m）的一次施工。同时，为保证施工进度，将支护系统锚杆按先后顺序分为Ⅰ序、Ⅱ序，并对其进行施工。Ⅰ序：系统锚杆全孔位6m钻孔施工，并完成6m锚杆施工。Ⅱ序：9m施工。在施工过程中，采用增加钻杆的方式，即在6m杆部分送入锚杆孔内后，外部架杆延长钻杆，达到9m钻孔。孔径大于锚杆直径且锚杆为钢筋材质，因此存在一定韧性，且开挖过程中存在超挖现象。

5三角体开挖

在完成尾水管检修闸门室Ⅰ层南北侧贯通后，对南北侧剩余三角体进行施工。在施工过程中，发现局部三角体过高无法进行一次施工，经研究，中部导洞部分采用两层、两次进行扩挖，即先施工下部、垫渣形成初步平台，上部按照水平隧洞施工方式，采用平推的方式进行施工。图2为开挖施工工艺流程图。

同时为保证边墙结构面的施工质量，端墙部位采用多臂钻朝上造竖向孔进行预裂爆破，且因操作空间的局限性，仅能采用二臂钻进行施工，同时向上爆破装药难度大，因此确定向上爆破预裂4m。具体以南侧剩余三角体为例，如图3所示。

左岸尾水管检修闸门室岩锚梁施工为尾水管检修闸门室施工的重点、难点工程，通过与左岸厂房岩锚梁施工相互印证，同步进行试验，择优选择爆破数据，过程中根据爆破情况进行动态调整，保证左岸尾水管检修闸门室岩锚梁施工能够高质量、高效率完成。

中间顶部剩余三角开挖因地质条件差，时有岩爆发生，且单通道单工作面进行施工，在施工过程中，支护空间不够，因此须加杆进行锚杆施工，同时在岩锚梁施工前，配合厂房进行岩锚梁试验。尾水管检修闸门室处于深埋深段，洞室区地应力量值中等偏高，在开挖过程中，洞室将产生一定程度的片帮甚至中等岩爆现象。因此，预防岩爆引发安全事故是保障尾水管检修闸门室开挖安全的重点。

根据左岸导流隧洞施工经验，若遇岩爆易发以及柱状节理段，则紧急喷钢纤维混凝土，再进行短系统锚杆支护保障施工安全。图4为岩爆易发段开挖方法示意图。

6结语

随着我国水利水电事业的飞速发展，尾水管检修闸门室的施工技术和效率问题愈发凸显。传统的尾水管检修闸门室施工方法耗时费力，无法满足现代工程快速、高效的需求。因此，优化尾水管检修闸门室的施工工艺，提高施工效率，成为当前水利水电工程领域亟待解决的问题。为落实此项工作，本文进行研究，并得到以下几个结论。1）与传统的全断面开挖方法相比，快速揭顶施工通过局部精准开挖，能够大幅缩短施工周期。应用这项技术能够有效地提高尾水管检修闸门室的施工效率，缩短工程周期，从而加快水利水电工程的整体进度。2）传统的开挖方法往往会对周边环境造成较大的影响，而快速揭顶施工则通过局部精确开挖，大大减少了对周边环境的影响。应用这项技术有助于保护工程周边的生态环境，实现工程建设与环境保护的和谐共生的目标。

参考文献

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