西藏湘河水利枢纽导流泄洪洞开挖与初期支护施工方案

徐成军，王 贇

(江苏科兴项目管理有限公司，南京 210000)

0 引 言

大型水利枢纽工程建设具有长远的影响意义，因此，其施工质量要求较高[1-3]。大型水利枢纽多建设于山区，地形起伏大、地质情况复杂，施工难度较高。针对这种情况，考虑设计方案、地质情况以及不可预见因素是十分必要的[4-7]。

西藏湘河水利枢纽工程配套灌区设计引水流量11.372 m3/s，加大引用流量14．66m3/s，灌区土地面积32.07万亩，设计灌溉面积12．49万亩，年供水量669万m3。导流泄洪洞布置于左岸，总长854.2m，洞身为城门洞形，断面尺寸为9.295×7.2m，底板坡降为1∶50，洞身Ⅲ、IV、Ⅴ类围岩长度为214.7m 、148.5m、26.8m。导流泄洪洞地质条件复杂，施工难度较高。

1 基本地质情况

泄洪洞进口段地势较陡，地形坡度一般40°-45°，山前发育Ⅲ级阶地，临江侧岸坡高度约36m。出口段位于山前冲洪积形成的Ⅱ级阶地，地势较平缓，后缘为花岗岩形成的陡坡。出口基岩山体岩性为二长花岗岩，岩体发育三组裂隙，第①组：NW280°-300/ NE∠61°-75°，裂隙面较平直，较光滑，张开宽1-2mm，微张开-闭合，局部岩屑充填，发育间距1.9-2.0m，延伸长度>5m；第②组：NE60°/ SE∠58°-65°裂隙面粗糙，起伏，微张开，无充填，发育间距2.5-3.0m，延伸长度>5m；第③组： SE35°-40°/ NW∠65°-76°，裂隙面平直，较光滑，张开宽1-2mm，微张开-闭合，无充填或局部岩屑充填，发育间距1.0-2.0m，延伸长度>6m。桩号K0+067.9-K0+096.1m段基础位于强风化花岗岩上，其工程地质条件较差，岩体裂隙较发育，完整性较差，建议采取加固措施。

桩号0+096.1-0+170.5m段基础弱风化花岗岩，岩体完整性较好，工程地质条件较好。桩号K0+170.5-K0+197.3m段上覆岩体厚度约22.3-25.1m，岩体完整性较差，工程地质条件较差，围岩类别Ⅴ类；进口桩号K0+197.3-K0+281.7m段位于弱风化花岗岩上，弱风化层内埋深26.1-49.6m，岩体完整性较差，围岩类别Ⅳ类。进水塔桩号K0+281.7-K0+499.5m段基础为微新花岗岩，岩体完整性较好，围岩类别Ⅲ类，工程地质条件较好。隧洞桩号K0+499.5-K0+560.5m段底板在弱风化层内埋深29.3-48.2m，裂隙较发育，岩体完整性较差，围岩类别Ⅳ类，工程地质条件较差。

2 爆破开挖设计

洞身岩层主要为二长花岗岩，其中Ⅲ类围岩214.7m，Ⅳ类围岩148.5m，Ⅴ类围岩26.8m，方量为：25241.39m3，宽7.4m，垂直高度为9.39m，拱部弧高2.25m，断面面积约为：64.55m2，由于断面面积较大，采用台阶法爆破作业。

图1 导流洞围岩台阶法上断面开挖布孔示意图

图2 导流洞围岩台阶法下断面开挖布孔示意图

图3 掏槽孔角度及孔深示意图

采用台阶法开挖时，孔网参数如下：

1)钻孔深度h=0.9m，循环进尺：L=0.7m

2)炮孔直径d=40mm

3)炮孔间、排距

周边眼间距E=(8-18)d=(8-18)×0.04=(0.32-0.72)m，取E=0.5m

辅助眼：孔距0.8m-1.0m ，由内向外可适当减小。

底板眼间距：一般E=0.70-1.0m，此处取0.9m。

4)炮孔个数

炮孔数量按下式计算：

N=3.3×(fS2)1/3

(1)

式中：f为软岩取6；S为开挖断面面积。

则上台阶炮孔数量预计为：N=3.3×(fS2)1/3≈65个(S=35.1m2)

下台阶炮孔数量预计为：N=3.3×(fS2)1/3≈57个(S=29.6m2)

装药量计算方法如下：

Q=qsLη

(2)

式中：q为炸药单耗；s为断面面积；L为掌子面上炮孔深度；η为炮孔利用率。

计算结果见表1、表2。

表1 上台阶钻孔、装药参数表

表2 下台阶钻孔、装药参数表

3 洞内排水

由于导流泄洪洞的底板高程低于湘河水位线，故在施工过程中需进行长期的抽排水工作。导流泄洪洞洞身两侧布置30cm×30cm的排水沟，在支洞与引水发电洞相交部位布置集水井(3m×1m)，集水井采用M7.5砖砌体，内侧采用M7.5砂浆抹面。利用导流泄洪洞及施工支洞的底板纵坡坡度引流至集水井，在采用2台15kw水泵通过DN500的螺旋钢管抽排至支洞外。洞内排水工作根据水量的大小随时进行,或增加抽水泵。

4 洞身支护施工

4.1 支护方案

导流洞从支洞与导流洞交汇处桩号K0+297开始分别向上下游开挖，导流洞K0+27-K0+053.8桩号为Ⅴ类围岩；K0+053.8-K0+144桩号为Ⅳ类围岩；K0+144-K0+358.7桩号为Ⅲ类围岩；K0+358.7-K0+417为Ⅳ类围岩。Ⅲ类围岩支护方式为“系统锚杆C25L=3m间距1m，排距1.5m，挂网φ6@25*25cm，喷C20混凝土10cm厚”；Ⅳ类、Ⅴ类围岩支护方式为“系统锚杆C25L=3m间距1m，排距1m，挂网φ6@25*25cm，喷C20混凝土10cm厚”。现施工支洞已掘进100m，已到与导流洞相交处即桩号K0+297处，按设计图纸中该处围岩类别应属于Ⅲ类围岩，但实际该处围岩裂隙发育，存在大量碎块体，块体间多数为泥质填充甚至呈石夹土或土夹石状，围岩自稳性较差。我部为保证支护作业安全导流泄洪洞初期洞身支护采用施工支洞Ⅳ类围岩支护方式即“22#B钢支撑+C25L=3m@1.5m锁脚锚杆+C18锚杆联系筋@0.5m+C25L=4.5m拱圈超前锚杆+C25L=3m系统锚杆+φ6@25*25cm钢筋挂网+喷22cm厚C20混凝土”的支护方式进行支护，钢支撑、超前锚杆、系统锚杆间距根据现场每一轮开挖后围岩情况调整。由于采用22#B钢支撑进行支护会侵占原设计洞式尺寸，为保证洞式尺寸不被侵占需向洞式边墙及顶拱扩挖12cm保证洞式尺寸符合设计要求。

4.2 锚杆施工

锚杆安装施工程序：施工台车就位→标出孔位→钻孔→注浆→安装锚杆→封闭孔口→验收→下一循环

4.3 钢筋挂网

随隧洞开挖进尺分区、分块、分段进行。钢筋网采用φ6.0光圆钢筋根据设计图纸要求，现场直接挂网，挂钢筋网间距正负误差不得>10mm。锚杆头点焊固定，中间铆钉固定，网间铅丝扎牢，钢筋网片安装尽量贴近岩面，并将钢筋网片绑扎或电焊在锚杆上，没有锚杆的位置，用铆钉固定。

4.4 钢支撑施工

1)钢支撑的制作

钢拱架采用工字钢，按1∶1比例放样，分段制作完成，运至现场安装。

钢拱架需确保加工尺寸准确，焊接长度满足要求，连接孔位置准确。

2)钢支撑的安装

钢拱架加工好并编号后，运至现场焊接成榀安装固定。立柱底设钢垫板，锁脚锚杆固定。测量定位后，架立钢拱架，纵向用钢筋与拱架焊接连成整体，最后拱架与锚杆头焊接固定。

4.5 喷混凝土施工

上述工序完成后，利用台车施工喷混凝土。施工前清除杂物。吹洗岩面，后方可喷射混凝土。采用C20混凝土，分两次喷射完成，每次厚度在5-8cm，待前一次终凝后进行二次喷射，直至达到设计厚度(Ⅳ类、Ⅴ类围岩厚度220mm，Ⅲ类围岩厚度为100mm)。

5 结 论

西藏湘河水利枢纽工程作为新修建的大型水利枢纽工程，具有防洪、灌溉、发电等综合效益，其施工质量对枢纽效益的发挥和下游居民的安全影响较大。从爆破设计、洞内排水、支护方案及施工等多个方面对工程导流溢洪洞的设计、施工进行分析，在实施过程中需要严格遵守施工方案要求，加强监测预警，保证施工质量。