鍋浪蹺水電站蝶閥室開挖支護施工工藝淺析

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(中國水利水電第十工程局有限公司二分局，四川 都江堰，611830)

1　工程概況

天全鍋浪蹺水電站系青衣江一級支流天全河梯級開發(fā)中的龍頭水庫，位于四川省雅安市天全縣紫石鄉(xiāng)境內(nèi)，距縣城37km，為單一發(fā)電工程。本工程為混合式開發(fā)，壩址位于兩河口下游約700m處，廠址位于下游約11km處的傍海腔，與已建的腳基坪水電站大壩銜接。

蝶閥室位于壓力管道上平段(管0+050)，承擔蝶閥運行及檢修工作。蝶閥室開挖斷面為長28m、寬13.5m、高22.5m的城門洞形，屬超大斷面。根據(jù)設計藍圖，蝶閥室利用5#支洞擴挖，兩側(cè)分別與4#施工支洞和壓力管道上平段相交，高度高于5#支洞頂拱16m。

根據(jù)蝶閥室地質(zhì)條件揭示圍巖均為花崗巖，圍巖以Ⅳ、Ⅴ類為主，巖體中次級斷層和剪切破碎帶均較發(fā)育，并存在蝶閥室穿過斷層破碎帶可能產(chǎn)生坍塌和涌水問題。

2　主要施工難點

(1)施工蝶閥室時，蝶閥室交匯處的4#施工支洞、5#施工支洞及壓力管道上平段均已開挖完成，蝶閥室面臨無施工通道可上頂部的問題，如何解決施工通道是蝶閥室開挖的難點；

(2)5#支洞已經(jīng)形成，如何控制在5#支洞頂部大斷面開挖是個難題；

(3)蝶閥室為超大斷面，地質(zhì)條件差，結構破碎，致使開挖、支護施工困難。

圖1　蝶閥室位置

3　施工工藝

3.1　施工程序

整個蝶閥室開挖施工分四步進行：第一步主要進行導洞及溜渣豎井的開挖施工，以提供施工及出渣通道；第二步主要進行頂層頂拱部位開挖，以形成中間層施工平臺，洞渣通過溜渣豎井進行清理轉(zhuǎn)運；第三步在頂層已成型的平臺上對中間層進行分層臺階式豎向開挖，并直接以5#洞承接洞渣；第四步主要對5#支洞進行改造施工，擴寬其上下游兩側(cè)至蝶閥室邊界，并進行最后的底板挖除施工。

圖2　施工工藝流程

3.2　U形導洞和溜渣井開挖

根據(jù)現(xiàn)場實際勘察和分析，考慮到施工機械的操作結合蝶閥室的結構、位置，導洞設計為3.0m×3.5m城門洞型，為施工提供通道。導洞在蝶閥室范圍內(nèi)以蝶閥上游側(cè)為外側(cè)邊界，起點頂拱中心與壓力管道頂拱最高點重合，底板自壓力管道軸線處1186.12m高程起坡，經(jīng)U型折返至5#洞軸線頂與蝶閥室右端墻邊界相交處。導洞為確保至5#洞頂中心處時底板與5#洞頂保持2.0m距離從而確保安全，分為以5#洞軸線為分界的兩個坡度段，第一段水平長度L=19.885m，高H=5.22m，坡度i=26.25%；第二段水平長度L=28.459m，高H=7.085m，坡度i=24.90%。

U形導洞成形后，于導洞末端坡底1198.425m高程處緊鄰蝶閥右端墻進行溜渣豎井開挖，豎井D=2.0m，導井開挖的同時進行5#洞至蝶閥室邊界的軸向延伸開挖施工，斷面同5#支洞，形成集渣平臺的同時縮短溜渣豎井長度。

圖3　導洞及溜渣井布置

3.3　蝶閥室開挖

整個蝶閥室高度為22.5m，5#支洞頂部有13.93m高的蝶閥室開挖，5#洞身和底部有8.57m高的蝶閥室開挖。5#洞頂部的蝶閥室開挖主要分兩大層：頂層(6.2m)、中間層(7.73m)頂層平臺形成后，中間層進行分層臺階式豎向開挖，層高分別為2.50m(第一層)、2.50m(第二層)及2.732m(第三層)，第三層洞穿5#洞頂，形成寬度2.0m的開口，使5#洞洞身直接承載洞渣。臺階寬度1.5m，在進行下層開挖時，要確保上層形成兩個臺階寬度(即3.0m)的開挖平臺。開挖按照循環(huán)依次施工直至完成中間層開挖。

中層開挖成形后，進行5#洞左右兩側(cè)依次循環(huán)至蝶閥室設計邊界線的開挖。采用YT-28手風鉆鉆孔，人工裝2#巖石乳化炸藥，非電雷管毫秒微差擠壓爆破。5#洞左右兩側(cè)擴挖成形后，對底板進行爆除，一次性開挖至設計底板高程。

導洞及頂層開挖采用人工輔助0.3m3挖掘機集渣、轉(zhuǎn)運，中間層洞渣直接以5#洞洞身承載。底部集渣平臺采用1.0m3反挖集渣，3.0m3裝載機裝15t自卸汽車至棄渣場。

圖4　蝶閥室開挖示意

3.4　爆破裝藥參數(shù)

導洞及頂層開挖均采用YT-28手風鉆鉆孔，孔徑42mm，周邊孔孔距0.45m，間隔裝藥，崩落孔孔距0.7m，連續(xù)裝藥，人工裝2#巖石乳化炸藥，非電雷管毫秒微差擠壓爆破。線裝藥密度160kg/m～180kg/m，針對不同的開挖部位和地質(zhì)條件采取及時調(diào)整裝藥參數(shù)，達到了良好的爆破效果，半孔率87%，不平整度為4.7cm。

3.5　支護施工

導洞臨時支護Ⅴ類圍巖采用I16鋼支撐，掛鋼筋網(wǎng)φ6.5@15cm×15cm，布設φ25系統(tǒng)錨桿L=2.0m，間排距1.0m，噴C20混凝土厚15cm；Ⅳ類圍巖掛鋼筋網(wǎng)φ6.5@15cm×15cm，布設φ25系統(tǒng)錨桿L=2.0m，間排距1.0m，噴C20混凝土厚12cm；Ⅲ類圍巖掛鋼筋網(wǎng)φ6.5@15cm×15cm，噴C20混凝土厚12cm；根據(jù)圍巖情況布設隨機錨桿直徑φ25，L=2.0m。

蝶閥室支護不分圍巖類別均采用I18工字鋼，間距0.6m布置，每榀布設8組φ28雙排鎖腳錨桿，L=6.0m，腳部以200m×200m×16m的鋼墊板支撐。頂拱、邊墻及端墻布設系統(tǒng)錨桿φ28，L=7.0m，間排距1.5m，外露1.0m。掛鋼筋網(wǎng)φ6.5@15cm×15cm，噴C25混凝土厚20cm。

開挖結束后及時進行支護，鋼支撐安裝在掌子面開挖初噴完成后立即進行。由于采用分層開挖方法，拱部鋼支撐安裝后必須采取鎖腳措施，將鋼支撐兩底腳牢固鎖定，以防止鋼支撐下沉或兩底腳回收，鋼支撐鎖腳每側(cè)采用兩根L=6.0m的φ28鎖腳錨桿鎖定。采用圓盤鉆造孔，確保垂直孔軸線符合設計要求；斜孔造孔時調(diào)節(jié)支架角度，保證造孔角度，人工進行插桿、注漿、掛網(wǎng)及噴漿施工。支護結束后進行下一循環(huán)開挖施工。

4　施工體會

4.1　導洞施工

經(jīng)過技術、成本、施工進度等多方面的分析、研究、比較，最終在蝶閥室范圍施工大坡度(i=26%)的U形導洞。目前導洞和溜渣井已經(jīng)形成，頂層開挖已經(jīng)開挖、支護了22m，事實證明這個方案是正確的，開挖范圍內(nèi)施工導洞不僅提供了施工通道，也避免了在蝶閥室外施工導洞而增加成本。

4.2　溜渣井

溜渣井為出渣提供了通道，加快了出渣進度，節(jié)約成本和進度，且陡傾角部分可實現(xiàn)自行溜渣并滿足排水要求。

4.3　施工安排

工序的銜接、施工循環(huán)的合理安排、支護時段的安全等均關系到工程施工進度、安全、質(zhì)量，這對現(xiàn)場施工安排提出了很高的要求。

5　結語

施工通道的形成一直是大型地下洞室開挖的生命通道，關系到開挖的安全、進度。鍋浪蹺水電站通過巧妙布置U形導洞，科學分層合理安排施工工序，使本工程超大斷面、地質(zhì)條件復雜的洞室開挖施工達到了預期效果，對今后類似工程施工有較大的參考價值。