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水电站引水隧洞施工技术

姚宇
摘要：某水电站引水隧洞线路长、地质条件差，施工过程中面临的涌水、岩爆、通风困难等问题，本文对该工程中的这些问题所采取的施工技术进行分析，望对类似引水隧道工程有所帮助。
关键词：水电站；引水隧洞；施工技术
一、工程概况
某二级水电站总装机容量4800MW，单机容量600MW。水电站利用雅砻江下游河段150km长大河弯的天然落差，通过长约16.67km的引水隧洞，截弯取直，获得水头约310m。工程枢纽主要由首部拦河闸、引水系统、尾部地下厂房三大部分组成，为一低闸、长隧洞、大容量引水式电站。四条引水隧洞穿过锦屏山连接闸坝与厂区枢纽。水电站引水系统采用4洞8机布置形式，从进水口至上游调压室的平均洞线长度约为16.67km，中心距60m，洞主轴线方位角为N58°W。引水隧洞立面为缓坡布置，底坡3.65‰，由进口底板高程1618.00m降至高程1564.70m与上游调压室相接。引水隧洞洞群沿线上覆岩体一般埋深1500～2000m，最大埋深约为2525m，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点，为世界上规模最大的水工隧洞工程。本单位承建的C5标段主体工程项目为东端3#、4#引水隧洞施工。3#引水隧洞里程为引（3）2+500～16+633.380，长14133m；4#引水隧洞里程为引（4）4+700～16+618.175，长11918m；3#引水隧洞主要采用直径12.4m的TBM施工，4#引水隧洞主要采用钻爆法施工，断面形式为直径13m的类圆形断面。
二、施工难点
（一）不良地质
引水隧洞埋深大，隧洞沿线岩石强度相对较低，高地应力造成的岩爆、大变形问题突出；地下水具有压力大、稳定流量大、随机性强等特点，是引水隧洞施工的关键技术问题。引水隧洞无论采用钻爆法施工还是掘进机（TBM）施工，高地应力和地下水問题将是制约施工进度的关键因素。除地下水和高地应力问题对施工工期和施工安全的影响外，大断面隧洞开挖、富水洞段混凝土衬砌等也是需要解决的关键技术问题。
（二）隧洞较长、独头掘进深，施工通风排烟较困难
本标段引水隧洞长着为5050m，独头掘进最深达1858米。由于隧洞长度较长，通风排烟困难，保证掌子面及隧洞内的空气新鲜、能见度高，是洞内施工的有力保障，是加快施工进度的先决条件，是施工难点之一。
三、水电站引水隧洞施工技术
（一）支护
隧洞每次循环开挖完成后，进行一次支护，根据围岩类别、地质条件而确定支护形式，I类围岩采用系统锚杆局部增设随机长锚杆和喷护混凝土；Ⅳ类围岩采用挂网及钢格栅拱架支护，钢格栅间距一般
为80cm，当遇岩石破碎构造发育地质条件差的部位间距为50cm。钢格栅在加工厂制作，隧洞内紧贴岩面安装焊接而成，钢格栅主筋选用Ф22mm，间距为20cm，副筋为Ф12mm。利用副筋连接主筋，钢格栅连接处则选用厚度5mm的钢板，并预留固定孔，钢拱架两端用焊接形式连接，把两端半圆钢格栅固定焊接，钢格栅与钢拱架间用少量的钢筋焊接而进行连接固定，连接后形成圆形钢拱骨架。
钢拱架形成后进行挂网，选用8mm的钢筋，间距20cm的方格网，然后喷混凝土，喷护厚度20cm，混凝土内掺入速凝剂和早强剂，喷护采用二次补喷的方法，一次喷5～6cm，待凝后第2次喷护达到厚度要求，使喷混凝土与钢拱架钢筋网能够很好结合，并使喷混凝土厚度均匀，能够有效形成应力承载圈，并把岩体本身作为承受应力荷载的结构体，加强围岩整体的力学强度，充分发挥岩体的承载作用，承担由于开挖后的岩体应力和山岩压力等荷载。
径向锚杆作用是把相邻块状岩体串联在一起，承担径向荷载，减少钢格栅荷载的不均匀受力，阻止不稳定岩体的滑动，促使围岩裂隙面挤压紧密，形成承担荷载的整体的承载圈。底拱120。以上设置径向锚杆，间距3m，锚杆直径采用25mm-35mm的螺纹钢，锚杆采用锚固剂进行锚固，龄期达到7d后进行拉拔试验检查，要求每根锚杆不小于80kN的拉力，经试验全部满足要求，使每根锚杆周围形成稳定的拱圈。
（二）岩爆防治
1、根据围岩情况设计爆破参数和钻爆图，经监理工程师同意，先进行光面爆破试验，从而选择合理的爆破参数，以确定钻孔和爆破符合规定要求。在隧洞开挖过程中，将根据围岩条件的变化随时调整钻孔和爆破方式，并将修正后的参数报监理工程师审批，使爆破达到一个好的效果。为减少超欠挖和对围岩的扰动，类围岩采用光面工爆破，Ⅴ类围岩采用预裂爆破的方式作业。
2、钻空前必须测出开挖断面的中线、水平和轮廓线，并根据爆破图标出炮眼位置。钻孔时严格控制周边孔的角度和方向，其误差不大于5cm，底脚眼不超出开挖端面轮廓线8cm。
3、装药：爆破采用2号岩石硝铵炸药，周边眼采用φ25mm药卷，其余采用φ32mm药卷。装药前先将炮眼内的泥浆、石粉用高压风吹洗干净，所有炮眼均用炮泥堵塞，堵塞长度遵守规范要求。
光面爆破和预裂爆破效果应达到以下要求：（1）残留炮孔痕迹应在开挖轮廓面上均匀分布；（2）炮孔痕迹保存率：完整岩石在80%以上，较完整和完整性差的岩石不少于50%，较破碎和破碎岩石不少于20%；（3）邻两孔间岩面平整，孔壁不应有明显的爆震裂隙；（4）相邻两茬炮之间的台阶或预裂爆破孔的最大外斜值，不应大于15cm；（5）预裂爆破后，必须形成贯穿连续性的裂缝。
（三）地下水处理
根据工程地质、岩溶水文地质条件及长探洞和辅助涧开挖、堵水的施工经验，以及对地下水处理认识的进一步加深，确定引水隧洞施工中地下水处理采用“先探后掘、以堵为主、堵排结合”的设计原则。由于各工作面地下水出水相互联系。处理时机上强调“择机封堵”。
对于不同类型的地下水处理思路不同。对于渗滴水和线状渗水，因其量少、压力低，可在隧洞开挖过后再进行注浆处理，以不影响隧洞掘进进度。对于高压集中大涌水点的处理主要围绕“探、排、控、堵”4个过程进行：（1）“探”，是指采用超前预报等手段预先探明隧洞前方的地质条件。（2）“排”.将大涌水从主要工作区或交通要道引开，排入专用的排水通道。（3）“控”，采取工程措施控制大涌水。（4）“堵”，当工程上不需要继续排水减压或有其他要求时.可对大涌水进行封堵从而彻底解决大涌水问题。
（四）通风技术
隧洞施工中，由于开挖爆破炸药的分解不完全和内燃机运转时排放的大量有害气体，必须及时通风净化空气。同时，隧洞施工的作业人员需要不断补充新鲜空气，规范规定每人每分钟应拥有3m3/min新鲜空气。目前国内隧洞施工中的通风问题通常采用通风机械与风管压入的方法解决。当压人式通风难以满足要求时，根据国内外的施工经验，一般都采用压入式和吸出式两套风管混合通风。如我国目前单向掘进长度最长（5238m）的盘道岭隧洞，通风方式采用88—1型2×55kW轴流式通风机，风量为1OOm3/min，爆破后吸出污浊气体出碴时压入新鲜空气的交替变换通风方式；又如单向掘进长度为3666m的鲁布革引水隧洞，采用DF—lOOJW37型可逆式轴流风机，
风量为1OOm3/min，爆破后逆向转动吸出污浊气体，其他时间则向洞内压人新鲜空气，在开挖面另加一台PF一60SW15型轴流风机，保证工作面通风良好。
本引水隧洞施工采用混合式通风。在隧洞进出口分别选用BI（J66—1）型矿井轴流通风机，吸风量为167m3/min。为保证掘进工作面作业人员平均拥有的新鲜空气不小于3.0m3/min，在两个工作面各配置一台I（J66—1）型矿井轴流风机向掌子面送风。
参考文献：
[1]袁永定.天花板水电站引水隧洞施工技术[J].水力发电， 2011年6期.
[1]唐儒敏，李虎章.锦屏二级水电站引水隧洞软岩大变形洞段二次开挖支护施工技术[J].水利水电技术， 2012年5期.

-全文完-