文登抽水蓄能电站引水上部施工支洞口进洞方案比选

徐艳群 刘传军 王俊

【摘要】水电工程中施工支洞的主要功能是施工通道，其功能与公路、铁路隧洞相似，文登抽水蓄能电站引水上部施工支洞洞口开挖设计通过方案比选，将交通行业常用的隧洞洞口开挖方法应用于施工支洞洞口开挖，降低了对环境的破坏，节约了投资，取得了良好的工程效果。

【关键词】施工支洞；少开挖；环保；经济

1、概况

文登抽水蓄能电站位于山东省文登市界石镇境内，电站总装机容量1800MW，属一等大（1）型工程。引水系统上部施工支洞是引水隧洞、进水口竖井、引水闸门井及高压管道上平段开挖、支护及混凝土施工的重要通道，采用城门洞型断面，断面净尺寸5.5×5m（宽×高）。洞身岩性主要为石英二长岩和二长花岗岩，围岩以III类为主，Ⅳ类围岩为辅。

2、上支洞布置方案及比较

2.1 大开挖进洞方案

采用大开挖进洞方案时，支洞总长度为353.97m，洞口底板高程540.00m，终点底板高程554.58m，平均纵坡4.11%。支洞明挖段长53.48m，洞口处宽8.1m，向外呈“八”型扩散，边坡坡比为1：0.5，向上每15m布置一级马道，马道宽3m。边坡最大开挖高程569.00m，最大高差29m，开口线外3m处设置梯形截排水沟，排水沟宽、深均为60cm，口宽1.6m。

洞口明挖段开挖支护措施：明挖段分台阶开挖，边开挖边支护。开挖面采用25水泥砂浆锚杆，长度4.5m，间排距3.0m，挂φ6.5@200×200钢筋网，喷C20混凝土15cm，边坡面设置排水孔，孔深4.0m，间排距3.0m。在洞脸外围增加两排锁口锚杆，采用25@100×100水泥砂浆锚杆，间排距3.0m。

洞口洞挖段开挖支护措施：因洞挖段位于Ⅳ类围岩的弱风化层，围岩埋深最小12.3m，设计对洞挖段分两次支护：初期支护在开挖前用I16工字钢支撑，间距75cm，打超前锚杆和系统锚杆，挂φ6.5@200×200钢筋网，C20混凝土喷护；二次支护为钢筋混凝土衬砌，长度为18.2m，厚度50cm，选用16@200×200，纵向筋为14@250×250，洞内布设排水孔，孔深3m，间排距均为3m，孔内插Φ50排水花管，采用三通管与排水管连通，将渗水排入洞内排水沟。

经过计算，明挖进洞方案总投资约为164.8万元。

2.2少开挖进洞方案

采用少开挖方案时，引水上部施工支洞总长度为389.7m，洞口底板高程540.00m，终点底板高程554.58m，平均纵坡3.74%。支洞明挖段长21.10m，洞口处宽8.1m，向外呈“八”型扩散，洞口边坡坡比为1：1.3。边坡最大开挖高程546.80m，最大高差6.8m，开口线外3m处设置梯形截排水沟，排水沟长75.9m，底宽60cm，口宽1.6m。

洞口明挖段开挖支护措施：明挖段分台阶开挖，边开挖边支护。开挖面喷C20混凝土15cm，边坡面设置排水孔，孔深4.0m，间排距3.0m。

明挖段长21.1m，采用长管棚、注浆小导管、工字钢拱架临时支护进洞的方法。明挖段在接近进洞断面部位时，预留3～5m长的核心土，并扣槽制作套拱及管棚导向管，套拱紧贴开挖面，沿隧洞断面型制作，C25钢筋混凝土衬砌，厚度1m，布设双层钢筋，保护层厚度5cm，主筋20@200×200，分布筋为14@250×250。3榀工字钢间采用25钢筋连接，间距0.5m，拱架外侧布置导向管，并固定在拱架上。导向管沿顶拱及边墙布置，环向、竖向间距均为0.3m，管径108mm，长度1m，共布设56孔。

洞口洞挖段开挖支护措施：套拱制作完成并达到设计强度后，打孔安装管棚，管棚采用热轧无缝钢管，外径108mm，壁厚6mm，单孔15m长，环向间距30cm，管棚内灌浆并插入4根22钢筋，单根钢筋长度为15m。钻孔外插角1°～3°，钢管上按梅花形钻间距为15cm，Φ7.5mm小孔；采用水灰比为1：1的水泥浆，注浆初压0.5～1Mpa，终压2～2.5Mpa。

注浆完成并固结后，边开挖边支护进洞。开挖时一般采用分层开挖并预留核心土，及时支护。在洞口Ⅴ类围岩及Ⅳ类围岩破碎段，采用顶拱、边墙布置超前注浆小导管，直径42mm，壁厚3.5mm的无缝热轧花管，单孔长度3.0m，间排距0.5m，安装外插角控制在10°～15°。采用水灰比為1：1的水泥浆，注浆初压0.1～0.3Mpa，终压1.2～1.5Mpa。在洞口Ⅳ类围岩段，采用超前锚杆、系统锚杆和I16工字钢拱架配套使用，锚杆采用25水泥砂浆锚杆，长度4.5m，其中超前锚杆间距0.5m，排距3.0m；系统锚杆间距3.0m，排距3.0m，梅花形布置。

设计对洞挖段分两次支护：初期支护在开挖前用I16工字钢支撑，间距75cm，再打超前锚杆和系统锚杆，并挂φ6.5@200×200钢筋网，喷C20混凝土；二次支护为C20钢筋混凝土双层筋衬砌，长度为36.4m，厚度50cm，选用18@200×200，纵向筋为14@250×250，洞内布设排水孔，孔深4m，间排距均为3m，孔内插Φ50排水花管，采用三通管与排水软管连通，将渗水排入洞内排水沟。经过计算，少开挖进洞方案总投资约为168.04万元。

3 方案比较

引水上部施工支洞洞口采用两种开挖方式，各有优缺点，方案比较分别从施工难度、对环境的影响、施工投资等方面进行比较。具体见表3.1；

4 结论

通过对引水隧洞上支洞进洞方式采用大开挖方案和少开挖方案进行技术、经济等方面的比较，虽然两种方案投资相当，但采用少开挖方案时，洞口边坡高差较低，安全风险及支护难度较小，对植被的破坏及对环境的影响极小，符合环保理念要求，且该施工方法在公路、铁路隧洞广泛使用，是国内较为先进、成熟的施工方法，因此推荐采用少开挖进洞施工方案。

参考文献：

[1] DL/T 5195-2004 《水工隧洞设计规范》

[2] JTGF60-2009 《公路隧道施工技术规范》

[3] DL-T 5181-2015 《水电水利工程锚喷支护施工规范》

[4] DL/T 5148-2012 《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》

作者简介：姓名：徐艳群 性别：男 出生年月：1971年9月 民族：汉族 籍贯：吉林舒兰 学历：本科 ，职称：高级工程师 研究方向：水利水电工程。