采用手风钻开挖特大断面平行导流隧洞在金安桥导流洞工程取得成功

一、工程简介

金安桥水电站位于云南省丽江市境内的金沙江中游河段上，是金沙江中游河段规划的第五级电站，总装机容量2500MW。

金安桥水电站导流洞为两条平行的隧洞，两条隧洞均布置在右岸，隧洞开挖断面根据围岩类别分别为17.4m×20,3m(Ⅱ、Ⅲ类围岩)、18.4m×21.2m(Ⅳ类围岩)。成型过水断面尺寸均为16.0m×19.0m(宽×高)。1#、2#导流隧洞出口明渠段渠宽均为16m，高20m，坡比1：0.3。

金安桥水电站导流洞工程我部承建的施工项目包括：l#导流洞导1#0＋450.00－导1#0＋971.087隧洞段(521.087m)及出口导1#0＋971.087m－导1#1＋076.109明渠段(105.022m)、2#导流洞导2#0＋500.00－导2#I＋231.989隧洞段(731.989m)及出口导1＋231.989m－导1＋364.797m明渠段(132.808m)开挖、支护和砼衬砌工程、原型观测、等工程。

二、主要工程量及工期

1、主要工程量

工程量表

2、导流洞工期要求：

本主体工程于2004年2月1日开工，1#导流洞2004年10月10日全线贯通，2005年10月10日完成全部土建工程，具备过流条件；2#导流洞2004年10月30日全线贯通，2006年4月30日完成全部土建工程，具备工程渡汛条件。

三、工程地形，地质条件

导流洞布置于右岸，右岸地形ELl320m－ELl350m为基岩台地，在台地后缘顺河方向断续分布有高5m－10m的基岩陡坎，ELl380m以下至陡坎边缘略呈波状起伏，平均坡角约20°。

金安桥水电站导流隧洞部位围岩为玄武岩夹火山角砾熔岩。

1#导流隧洞洞身段岩石为玄武岩夹火山角砾熔岩，岩石坚硬，玄武岩流层走向与隧洞轴线行，缓倾山里，洞段位于弱风化下部及微一新岩体中，隧洞大部位于地下水位线以下，相对隔水层岩体内；导流隧洞出口位于下游2#冲沟口，地形相对平缓，坡度一般20°－30°，出口边坡部位分布有凝灰岩夹层，岩体较为破碎。

2#导流隧洞洞身段岩石为玄武岩夹火山角砾熔岩及t1c、t2两层凝灰岩，玄武岩流层走向与隧洞轴线行，缓倾山里。t1c、t1c两层凝灰岩，均有不同程度的顺层挤压及泥化情况，t1c凝灰岩位于导流洞底板以下岩体，对隧洞开挖施工没有影响。沿轴线方向的t2凝灰层夹层结构面，产状近SN，w＜10°－20°，厚度1.5m－2.3m不等；在夹层中部和底部有两层顺层挤压泥化层，每层厚度5cm－10cm；凝灰岩层理发育，岩体较破碎，在0＋760－0＋880出露在隧洞拱部，对隧洞开挖施工造成很大的施工难度。导流隧洞出口位于下游12#冲沟下游，岩性以玄武岩为主，夹火山角砾熔岩，岩体较为破碎。

四、工程特点、重点及难点及相应对策

(一)工程特点、重点及难点

1、大型并行导流洞成洞稳定性是本工程重点。

2、工期较紧，由于洞室断面大，更增加了施工难度。合理科学组织施工.确保2005年10月10日导流洞过水是本工程的一大重点。

3、本工程导流洞出口底板高程低，低于汛期洪水位(10％频率)21.5m，而且导流洞中段埋深大，施工期防汛渡汛尤为突出，本条为本工程施工的重点，同时也是难点。

4、1#、2#导流洞围岩复杂，尤其是1#、2#导流洞出口段和2#导流隧洞洞身段t2凝灰岩的影响，对隧洞安全施工和按期完工增加了施工难度。本条为本工程施工的难点同时也是重点。

(二)相应对策

1、对隧洞交叉部位及出口洞脸精心组织施工，加强支护、并设置观测装置。进出洞采用先导后扩的施工方法，掘进采用短进尺弱爆破，边开挖边进行强支护；洞身段及下扩开挖时，要严格控制单响药量，并采用预裂爆破和预留保护层光面爆破的方法施工.减少对已开挖隧洞段和相邻隧洞围岩的扰动。

2、将1#导流洞作为重点，无论开挖、砼浇筑、灌浆均以1#导流洞为主，围绕其进行施工，同时2#流洞的施工要为1#流洞施工创造施工条件。

3、对出口围堰(岩坎)进行防渗处理，并派专人进行巡视，同时根据汛期洞内渗水情况配备相应的抽排水设施和安全渡讯材料及设备，并根据实际地形做好汛期安全撤离工作。

4、根据1#、2#导流洞出口段围岩情况，及时调整爆破参数，采用短进尺、弱爆破、强支护的方法进行施工；2#导流隧洞凝灰岩地段和其他不良地质段施工时，根据凝灰岩出露的部位和岩石类别，及时联系监理、设计协商开挖、支护方式.采用自进式锚杆快速锚固，确保施工安全。

五、金安桥导流洞开挖、监测及混凝土衬砌施工

(一)、隧洞开挖

即1#、2#导流隧洞开挖以1#导流隧洞为重点，每个导流洞开挖以上游面为重点。

1、施工程序

(1)、上层开挖

1#、2#导流隧洞上层全断面向上、下游开挖掘进。其中1#导流隧洞上层分别于2004年4月6日和4月18日开挖掘进至0＋450、0＋955桩号，比合同工期(2004年5月7日)提前20天；2#流隧洞上层分别于2004年7月15日和6月5日达到0＋500、1＋202桩号，上游开挖与调整后工期(2004年7月15日)吻合；下游比调整后工期(2004年6月10日)提前5天。

(2)、中层开挖

1#导流隧洞分别从上、下游0＋762、0＋782开始按10％的坡比向上、下游全断面开挖下卧至中层分层高度后(上游0＋672、下游0＋872)，按中层分层高度9m水平全断面向进、出口开挖掘进。中层水平全断面开挖向进出口掘进30m后，从上游0＋672、下游0＋872反向向施工支洞方向将0＋672－0＋762、0＋872－0＋782段隧洞左半幅挖除，右半幅预留作为中下层施工临时道路。

2#导流隧洞分别从上、下游0＋931、0＋95l按lO％的坡比向上、下游全断面开挖下卧至中层分层高度后(上游0＋841、下游1＋041)，按中层分层高度9m水平全断面向进、出口开挖掘进，中层水平全断面开挖向进出口掘进30m后，从上游0＋841、下游1＋041反向向施工支洞方向将0＋841－0＋931、1＋041-0＋951段隧洞左半幅挖除，右半幅预留作为中下层施工临时道路。

(3)、下层开挖

1#、2#导流隧洞下层开挖顺序与中层开挖顺序基本相同。但为了保证1#导流隧洞按期进行混凝土浇筑施工，2#导流隧洞上游下层部分开挖经2#施工支洞下岔洞进行施工。

2、施工方法

隧洞开挖均采用手风钻造孔。拱顶及两侧边墙采用光面爆破。底板预裂，起爆方式采用非电雷管孔内延时起爆网络，爆破参数根据围岩类别和试验爆破最优参数进行调整确定。

(1)、爆破参数的选择：

炸药及装药结构的选择：隧洞爆破所要求的炸药应是爆速低、猛度低、密度低、爆炸稳定性高的低级或低中级炸药。硝铵类炸药符合上述爆速低、猛度低、密度低的要求。

装药结构采用不偶合装药，改变装药结构。

②、不偶合系数：构成不偶合装药的途径：一是不改变现有普通硝铵类炸药药卷直径而加大炮孔直径；二是改变现有普通硝铵类炸药药卷直径为小直径药卷。

本工程根据以往地下洞室开挖，不偶合装药选用后者，不偶合系数选用1.2－2.0。

③、爆破间距：

A、光爆孔间距和抵抗线：根据岩石情况光爆孔间距选在300－650mm左右，岩石较软弱、节理裂隙较发育或跨度较小时，光爆孔间距选在300－400mm；中等硬度以上的岩石，光爆孔间距选在400－500mm；岩石坚硬完整时.光爆孔间距选在450－650mm。抵抗线厚度选择为300－950mm左右，岩石较软弱时，抵抗线厚度选在450-950mm；中等硬度以上的岩石，抵抗线厚度选在350－900mm；岩石坚硬完整时，抵抗线厚度选在300－500mm。

B、爆破孔间排距：爆破孔间排距不能太大，一般稍大于光爆孔的抵抗线厚度的1.5－1.2倍，即360-1400mm。

本工程中光爆孔间距在400－500mm，抵抗线厚度在350-900mm，爆破孔间排距1200mm左右，且Ⅱ、Ⅲ围岩光爆残孔率在90％以上。

④、眼孔深度：在一般情况下，炮孔越深，装药量越大；反之，装药量相应减少。通常，炮孔深度不宜过浅，原因是眼孔较浅时，炸药的爆生气体很容易从孔口处释放掉，只有相应的多装药加以补偿才能爆掉，造成浪费，同时也对围岩稳定不利。对此在本工程中眼孔深度根据岩石情况采用中、深孔爆破(2.5m－5m)。

⑤、掏槽方法：选择掏槽方法的依据是视断面大小，进尺要求，施工机械化程度以及掘进技术程度等因素而定。

直眼掏槽：从对2#施工支洞和以往隧洞开挖施工采用直眼掏槽来看，对断面面积不超过50m2的隧洞采用直眼掏槽时，每循环的爆破效果较好，但当断面再大一些时，爆破效果不太理想，主要原因是隧洞较大时，炮孔间距随着增大，装药量随之增大，过多的装药会造成靠近炮孔的岩石受到强烈的应力作用，周围的炮孔有可能会被崩坏，从而降低这些炮孔的破碎能力。而且由于殉爆，有可能打乱起爆的顺序。殉爆：当采用一般烈性炸药(NGL(35％)，间距为25cm，各孔的装药集中度为1.0Kg／m时，不会发生殉爆。在坚硬岩石石与装药集中度0.7和0.3Kg／m相适应的间距分别为20和10cm；在软弱岩层内，当装药集中度1Kg／m，间距为25cm。如果在炮孔之间有裂隙和裂缝时，则殉爆距离加大，同时在采用小直径掏槽孔时，比采用大直径掏槽孔时更难防止殉爆。另外采用直眼掏槽极易发生“压结、卡堵、剩底、留门、挤死、打枪”等不良现象，同时直眼掏槽对钻孔的要求、精度、质量要求高，从而影响每循环钻孔时间。

斜眼掏槽：斜眼掏槽中的楔形掏槽适用于具有一定宽度的大断面隧洞(特别是采用手持式风钻钻孔)，掏槽孔位一般选在对爆破的夹制力小、钻孔方便的岩石薄弱部位，岩石是均质的布置在断面中央或偏下部。掏槽孔数随岩石的坚硬程度和断面而定。

本工程采用斜眼掏槽，其中Ⅱ、Ⅲ围岩采用5-6对掏槽孔，Ⅳ围岩采用3－5对掏槽孔。

⑥、起爆顺序：上层全断面先起爆掏槽炮.然后依次起爆各段爆破孔，最后起爆起爆周边孔；中下层断面先起底板预裂孔，然后自上而下依次起爆各段爆破孔，最后起爆起爆周边孔，起爆顺序采用MSl－20段非电毫秒导爆管进行延时起爆。

(3)、隧洞特殊岩石地段支护

金安桥水电站导流洞系统支护根据施工图纸进行系统锚杆及喷混凝土随开挖及时跟进施工，边开挖边支护。

金安桥水电站导流洞特殊地段的支护主要为导流洞出口部位岩石破碎段的支护、洞身裂隙发育部位的支护、2#导流洞t2凝灰岩夹层段的支护。

导流洞上层出口岩石破碎段采取超前支护和钢格栅与钢筋网片联合支护，并对已开挖出露围岩及时喷护封闭，同时隧洞出口洞脸采用两排锚筋桩(3φ28，L＝9m，@2×2m)沿隧洞轮廓进行琐口处理。

洞身部位根据裂隙发育宽度采用长短锚杆(φ25，L＝4.5m、φ28，L＝9m、)交叉缝合支护。

2#导流洞t2凝灰岩夹层影响段根据t2凝灰岩所处的部位采取不同的支护方式，边墙部位采用锚杆(φ28，L＝9m、)交叉缝合支护，并及时将出露的凝灰岩进行挂网喷护封闭。凝灰层夹层结构面上升至拱部后，为保证洞身的开挖施工安全，同时确保此部位支护的及时性，采用超前锚杆、自进式中空注浆锚杆和随机锚杆联合支护的方式进行支护，并及时挂网喷护将出露的凝灰岩进行封闭。

结论：本工程隧洞断面尺寸大，工期紧，在合理的施工方案和精心的施工管理下，按合同工期保质保量的完成，确保导流洞按期分流，大江截流成功。从实践证明，特大断面平行导流隧洞采用手风钻开挖是可行的。