锦屏一级水电站压力管道开挖支护技术

【摘要】锦屏一级电站总装机容量3600MW，水库正常蓄水位1880m，总库容77.6亿m3，调节库容49.1亿m3。电站水坝为混凝土双曲拱坝，坝高305m，为世界第一高拱坝。压力管道是锦屏水电站引水系统的主要组成部分。施工的难点主要是压力管道相邻洞轴线相距较近，为确保洞间隔墙稳定，6条压力管道采取跳洞开挖支护。
【关键词】开挖支护；压力管道；锦屏一级水电站

一、工程概述

1.1 概述

锦屏一级水电站压力管道是引水系统的主要组成部分，由渐变段、上压坡段、上弯段、斜井段、下弯段、下平段、锥管段及过渡段组成。①～⑥压力管道压坡段长342.724～239.438m，斜井段长111.470～121.453 m，下平段长32.679m，锥管段长14 m，内径由10.0m渐变至7.0m，过渡段与蜗壳相接，长4.50m。压力管道相邻洞轴线相距较近，仅为26m，两洞间隔墙为1

5.4m，为确保洞间隔墙稳定，6条压力管道拟采取跳洞开挖支护施工。

压力管道平面布置图

1.2 工程地质条件

压力管道分布的岩石为T2-3z2(4)、T2-3z2(3)、T2-3z2(2), 薄～中层状及厚层状大理岩，NW～NWW向裂隙带发育段，多呈板裂结构，地下水较发育，总体围岩为Ⅲ1类,局部为Ⅲ2类、Ⅳ1类或Ⅴ类。

二、压力管道开挖、支护施工措施

2.1 施工总体程序

引水系统压力管道共6条，相邻隧洞的中心间距26m，隧洞之间最薄岩体为15.00m。压力管道总体开挖支护程序按照先⑥④②后⑤③①的顺序分两序跳洞开挖，相邻两洞室滞后或超前30 m，单洞开挖支护顺序为：上、下平洞段开挖支护→上、下弯段开挖支护→斜井反导井施工（直径Ф140cm）→斜井导井一次扩大（直径Ф320cm）→斜井全断面扩挖至规格线及支护。

2.2压力管道开挖

压力管道洞身段采用钻爆法光面爆破施工，装载机配自卸汽车运输至指定渣场；斜井段开挖导井采用反井钻机施工，斜井全断面扩挖自上而下施工，手风钻造孔，人工扒渣。斜井段的出渣均在下弯段进行。

2.1平洞段开挖支护施工方法及措施

压力管道上平洞自1#施工支洞向上、下游侧方向开挖，开挖方式：分上下两层开挖，上层高度7.5m，下层高度3.1m；压力管道下平洞自2#施工支洞向上、下游侧方向开挖，开挖方式：分上下两层开挖，上层高度7.5m，下层高度3.1m；在上、下平洞上层开挖支护结束后进行上、下平洞的下层开挖。其中进口渐变洞段先导洞开挖，待进水口边坡形成后再由外向内扩挖。开挖遵循“短进尺、弱爆破、强支护、勤测量”的原则进行施工。
压力管道上、下平洞与施工支洞交叉口设置锁口锚杆，并在主洞施工支洞两侧

1.5倍洞径范围内喷一层5cm厚混凝土支护及系统锚杆支护。

开挖后，按规范要求随开挖进度设置围岩收敛监测，观测频次按规范要求进行，观测成果及时整理分析，发现异常情况，及时上报业主、设计及监理人研究处理。对控制爆破的区域，设置动态观测点，对爆破振动情况进行监测，每次爆破后及时整理观测成果，以指导爆破施工。

2.2斜井段开挖支护施工方法及措施

在压力管道上、下平洞段施工完成后，采用反井钻机施工导井，人工扩挖的施工方法开挖施工。斜井的开挖先用反井钻机自上而下进行导向孔造孔，导向孔施工完成后采用反井钻机自下而上反向成井为至Φ1400mm，再由人工手风钻从下往上一次扩大导井至Φ3200mm，最后利用手风钻光面爆破法自上而下扩挖至设计断面。

2.3压力管道支护

2.3.1平洞段支护

洞口段支护，根据开挖围岩出露情况采取锚杆喷混凝土、锚杆挂网喷混凝土支护等支护方式。
洞身段开挖采取上、下两层全断面开挖的方法施工，系统支护跟进，以确保围岩稳定及施工安全；支护必须紧跟开挖工作面，前一排炮支护结束后方可进行下一排炮的施工。

2.

3.2斜井支护

(1)临时支护 导井扩大开挖时，每排炮一般情况下不作临时支护，但是遇到围岩破碎、风化或断层带有必要进行临时支护时，采用干喷混凝土厚5～8cm，打随机短锚杆进行支护。
(2)系统支护
全断面扩挖时，系统支护跟进，以确保围岩稳定及施工安全；支护必须紧跟开挖工作面，前一排炮支护结束后方可进行下一排炮的施工。
锚杆施工采用手风钻造孔，普通水泥砂浆注浆，人工安装锚杆；每排炮后，下部出渣，上部工作面开始锚杆施工，等锚杆注装完成后再进行开挖造孔。
喷混凝土施工，喷射管从上部入井喷护的方法，在吊篮中喷射，并在井内设风扇加强通风。

2.4特殊部位、不良地质洞段的开挖支护及地质缺陷处理措施

2.4.1穿帷幕段施工

压

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力管道上平洞穿帷幕部位的施工要严格进行控制爆破，开挖时按照1.5～2.0m控制进尺，严格控制爆破单响药量及总装药量，并加强爆破振动监测及变形监测，在上平洞开挖时，对帷幕段（10m范围）进行技术超挖，超挖厚度0.6m，并在超挖范围浇筑钢筋混凝土，再在洞内进行高压固结灌浆和帷幕灌浆。最后在压力管道结构混凝土衬砌后进行固结灌浆和帷幕补强灌浆施工。

2.4.2渗水严重部位施工

压力管道NW～NWW向裂隙带发育段，岩体结构松弛，多呈板裂结构，地下水较发育；另外f13断层穿过①～③压力管道斜井段和④～⑥压力管道上平段，f14断层穿过⑤、⑥压力管道斜井段。以上部位地下水渗水严重，甚至有涌水出现的可能，针对上述情况结合压力管道平洞段多数为下坡开挖，开挖压力管道过程需在工作面适当位置设置临时集水坑，根据渗水量的大小配备水泵，将渗水抽入移动式钢板水箱中，经过二级排水至排水泵站；斜井段渗水通过施工导井自流至下弯段，在下弯段适当位置设置集水坑直接抽排至排水泵站。

2.4.3不良地质段施工

不良地质段开挖严格遵循“短进尺、少扰动、强支护、早封闭、勤量测”的原则。设计临时支护根据施工需要在压力管道进口段及不良地质段增设了部分超前锚杆、超前注浆小导管及钢支撑和格构梁支撑。
钢支撑在压力管道进口、f13、f14断层及压力管道与厂房交叉口处使用，先在加工厂分段加工后现场组装，利用施工平台车人工安装。
Ⅳ类围岩开挖前顶拱采用超前锚杆支护，超前锚杆直径Φ25，长度L=4.5m，间距1.0 m，排距1.5m，外插角10～15°；排炮进尺1.5m～2.0m，开挖后局部增加随机锚杆支护。随机锚杆直径Φ25，长度L=4.5m。系统锚喷支护紧跟开挖掌子面。
f13断层穿过①～③压力管道斜井段和④～⑥压力管道上平段，f14断层穿过⑤、⑥压力管道斜井段。顶拱采用超前小导管预注浆支护，灌浆后间隔适当时间开挖顶拱中上导洞，中上导洞开挖完成后用反铲扒出石渣，进行临时喷锚支护 ，临时支护锚杆长度2.25m，临时支护结束后进行两侧开挖，两侧开挖结束进行临时喷锚支护后安装钢支撑，钢支撑安装结束后进行上部系统喷锚支护施工；最后进行下部开挖支护施工。
压力管道斜井段过断层处，采用超前注浆小导管预支护，进尺0.8～1.0m,开挖后及时初喷混凝土和施工钢支撑支护，然后进行一次支护。上一个循环支护完成之前，不得进行下一个循环作业，以保工程安全。

三、质量控制措施

质量控制措施引用《中小洞室开挖支护施工工法》，并结合下列要求一并实施。

1、开挖钻爆掏槽孔深误差控制在±5%以内，其它钻爆孔深误差控制在±10%以内。

2、周边孔外插角控制在30′以内，周边孔在掌子面上布孔不得超过设计开挖线。

3、斜井开挖周边孔要求竖、直、齐，在掌子面上布孔控制在设计开挖线以内，严禁超欠挖现象出现。

4、实际造孔数不少于爆破设计确定的孔数。

5、 严格按爆破设计装药，崩落孔及底孔装药时用木棍将药卷送入炮孔内使药卷接触，注意保护导爆管，防止瞎炮。周边孔装药采用竹片间隔装药，周边光面爆破。

6、 实行“三检制”，使施工的全过程均受到控制。

7、 所用施工的材料均应有出厂合格证或材质证明，并对运到现场的原材料应按规范要求进行取样试验，经检验合格后方能使用。
8、对锚杆孔的钻孔规格（孔径、深度和倾斜度）进行抽查并作好记录，对不合格的锚杆孔必须进行补充造孔。
9、喷混凝土施工的位置、面积、厚度等均须严格在指定部位施工，喷混凝土必须采用监理工程师批准的配合比。
10、控制喷混凝土施工质量，表面不应出现鼓皮、剥落、强度偏低或有其它缺陷的出现。
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1、单项工程开工前应对现场人员进行详细的技术交底和质量要求交底。

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2、对分项工程均应进行验收，上一道工序未验收合格前不得进行下一道工序的施工。

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3、定期检查校核坐标控制点，注意超欠挖的控制。

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4、钻机测斜装置定期检查导向孔角度，及时纠偏，保证导向孔偏差在容许范围之内。

参考文件：王永兴. 水工隧洞施工与质量控制.黄河水利出版社
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。