构皮滩电站泄洪洞工作闸室开挖施工技术

摘要：构皮滩电站装机容量3000MW，是贵州省和乌江干流最大的水电电源点。泄洪洞布置在大壩左岸，泄洪洞工作闸室布置于泄洪洞的中部，前接泄洪洞有压段，后接泄洪洞无压段，闸室中部575.61m高程与交通洞相连。工作闸室底板高程为545.30m ，拱顶高程为596.50m，上下高差达51.2m。特别是高程575.61m以上20.89m闸室开挖没有任何施工通道，只有从下往上施工，施工难度较大，安全问题尤为突出，施工中采取反导井再扩挖的方式施工。本文通过对泄洪洞工作闸室开挖施工技术的探索和介绍，给类似工程的开挖施工提供参考借鉴作用。

关键词：构皮滩泄洪洞；工作闸室；开挖施工

0 工程概述

构皮滩水电站位于贵州省余庆县构皮滩镇上游1.5km的乌江上，控制流域面积43250km2，工程开发的主要任务是发电，兼顾航运、防洪及其他综合利用。水库总库容64.51亿m3，调节库容31.54亿m3，正常蓄水位630m。电站装机容量3000MW，保证出力751.8MW，年发电量96.67亿kW·h，是贵州省和乌江干流最大的水电电源点。

构皮滩水电站泄洪洞布置在枢纽左岸，正常运行期设计泄洪单泄流量为3944m3/s，泄洪洞工程由进口段、有压洞身段、工作闸室、无压洞段、出口明渠五大部分组成。工作闸室前接泄洪洞有压段，后接泄洪洞无压段，中部575.61m高程与交通洞相连。工作闸室底板高程为545.30m ，拱顶高程为596.50m，高差为51.2m。

1 开挖施工方案

1.1施工程序

根据工作闸室的结构特点，充分利用泄洪洞及交通洞两个通道，工作闸室开挖分为两部分，即利用交通洞为出渣通道进行的575.61m高程以上开挖，利用泄洪洞有压段作为出渣通道进行的575.61m高程以下开挖。开挖以交通洞底板（575.61m高程）为分界线，上部20.89m，下部34.29m，分为两个区域来开挖。具体施工程序如下：

1.高程575.61m以上施工程序：

（1）先利用交通洞进入工作闸室，闸室部分扩挖成7×6.5m（宽×高）的城门型断面，便于装载机出渣。再从闸室中部从下往上施工2×2m的竖井，竖井高度为13.39m，在离顶拱约1m时停下。

（2）利用2×2m竖井再从下至上将竖井扩大到7×7m的竖井；具体示意见图1。

（3）对闸室顶拱中部5m部位进行扩挖，为方便人工扒渣，顶拱开挖与溜渣面开挖同时进行，对顶拱开挖揭露部分及时进行锚杆支护。

（4）对工作闸室575.61m高程以上其它部位进行分层开挖（分层高度3-4.5m），采取自上而下逐层进行开挖，对开挖顶拱和边墙及时进行支护。

2.高程575.61m以上施工程序：

（1）先从有压段上层向工作闸室内施工一个6×5.5m导洞，进入工作闸室内，导洞随着有压段的开挖往下开挖降至底板高程，做为出碴通道。

（2）利用YQ100B潜孔钻施工3×3m的溜渣竖井，造孔时潜孔钻摆放于工作闸室575.61m高程工作面上，由上向下钻孔，一次成孔，再从下往上分段爆破成型，竖井形成后，再从上往下依次开挖，竖井做为溜碴通道。具体见图2.

图2 工作闸室下部竖井开挖示意图

（3）利用手风钻将3×3m的溜渣竖井扩挖成6×6m的溜渣竖井；

（4）然后分层分块从上至下进行爆破开挖。

1.2施工方法

575.61m高程以上开挖采用手风钻造孔，2×2m竖井从下往上进行施工，再利用手风钻从下往上扩挖成7×7m的竖井，然后对顶拱5m部分进行扩挖，最后进行其它部位进行分层开挖，周边采用光面爆破。开挖出渣利用溜渣井溜到交通洞（闸室内部），在交通洞采用ZL50C（3m3）侧卸式装载机配15t自卸汽车。

575.61m高程以下3×3m导井开挖先采用YQ100B潜孔钻造孔，潜孔钻机布置于EL575.61高程，从上往下钻孔，一次成孔，然后从下往上按2m分层爆破，再利用手风钻从上往下扩挖成6×6m的溜渣井，然后利用手风钻全断面分块分层开挖，周边光面爆破。开挖出渣利用溜渣井溜到工作闸室底部，在泄洪洞内采用ZL50C（3m3）侧卸式装载机配15t自卸汽车。

2 开挖技术措施

2.1施工顺序

工作闸室施工程序为：交通洞开挖支护→工作闸室575.61m高程通道开挖→工作闸室575.61m高程以上竖井开挖（2×2m）→工作闸室575.61m高程以上竖井扩挖（7×7m）→其它部分分层开挖支护→工作闸室575.61m高程以下竖井开挖（3×3m）→工作闸室575.61m高程以下竖井扩挖（6×6m）→剩余部分分层开挖支护→工作闸室底部开挖→开挖结束。

2.2开挖施工方法

（1）工作闸室575.61m高程以上开挖

泄洪洞工作闸室575.61m高程以上先由下往上开挖一反导井，然后再扩挖，最后由上向下进行逐层开挖完成。导井开挖采用搭脚手架进行，使用YT28型手风钻按设计孔位进行造孔，造孔结束后按设计的装药结构进行装药、联网，一切准备完后拆除脚手架进行爆破，爆破结束后清完石碴，再开始重新搭设脚手架进行下一循环的施工。

（2）工作闸室575.61m高程以下开挖

工作闸室向下开挖也是先竖井后扩挖的方法，向下竖井开挖高度只有约13m左右，开挖时，直接利用工作闸室575.61m高程平台进行竖井造孔，3×3m竖井用潜孔钻一次成孔，从下至上分段爆破。扩挖从上至下分3层进行，施工第三层时，钻爆人员需配戴安全绳施工。闸室575.61m高程以下从泄洪洞导洞内出渣。

3 资源配置

为了保证开挖施工的顺利进行，必须有足够的设备和人员配置，资源配置详见表1，人员配置见表2。

4 安全保障措施

根据设计提供地质剖面图，泄洪洞工作闸室围岩以Ⅱ类围岩为主，局部Ⅲ类围岩，对开挖有利。但受Fb82、Fb88、Fb93断层影响，闸室发育有一定规模的推测溶洞，开挖中始终谨慎对待。在进行工作闸室575.61m高程以上竖井开挖时，爆破后的安全处理难度较大，为保证施工人员安全，采取了以下施工措施：

（1）经测量队正确放样之后，操作工人顺着布置好的钢筋爬梯到达工作面，搭设工作平台。

（2）一个2m×2m的反导井工作面宜布置1～2把风钻作业，不宜安排过多工人。

（3）在操作人员顶和掌子面间设一道安全防护平台，以短扦筋深入岩石50cm以上，外露50cm，并用木楔固定，四周布置扦筋15～20根，以190cm×50cm杉木板拼装形成平台，防止施钻过程中顶部掉块伤人。

（4）开挖反导井尺寸为2m×2m，不能随意更改。因导井开挖进度较慢，岩石外露时间长，加之围岩稳定性差，随意扩大导井尺寸将影响围岩稳定，容易发生坍塌。

（5）導井周边布孔适量加密，孔距控制在40～50cm以内，在方形导井的四个边角必须各布置一孔，间隔装药，光面爆破，减小对围岩破坏。采用直眼方形掏槽，在50cm×50cm区域内布置5～6个孔，孔深2.2m，扩槽孔及周边孔深2.0m。为避免大颗粒石碴过量产生堵孔，且将爆破石碴全部抛掷脱落，周边孔须加大炸药用量，线装药密度比常规增加约10%。

（6）爆破散烟后，必须认真进行围岩清撬工作，使松动岩石全部脱落。由有经验的安全员顺着爬梯到达掌子面，用地质锤轻敲岩石，若回音沉闷不清晰，表明此块岩石已松动，须设法撬落；若回音清脆响亮，表明该块岩石稳定牢固。

5 结束语

泄洪洞工作闸室开挖于2006年2月12日开始进行，2006年07月21日与泄洪洞贯通，2006年8月28日开挖全部结束，历时197天，完成石方开挖量25700m3，在整个开挖过程中，未出现任何安全事故，开挖质量优良，而且进度上较原计划提前了31天，开挖施工取得了圆满成功。文中介绍的泄洪洞工作闸室开挖采取的先竖井后扩挖的方法，这是在结构形式和现场条件下选择的比较合适的一种开挖施工方法，实践证明这种方法安全、优质、快速完成了工作闸室的开挖。

作者简介：

张水（1977～），男，湖南省溆浦县人，工程师，从事水利水电施工技术管理工作。