锅浪跷水电站蝶阀室开挖支护施工工艺浅析

， ， ，

(中国水利水电第十工程局有限公司二分局，四川 都江堰，611830)

1　工程概况

天全锅浪跷水电站系青衣江一级支流天全河梯级开发中的龙头水库，位于四川省雅安市天全县紫石乡境内，距县城37km，为单一发电工程。本工程为混合式开发，坝址位于两河口下游约700m处，厂址位于下游约11km处的傍海腔，与已建的脚基坪水电站大坝衔接。

蝶阀室位于压力管道上平段(管0+050)，承担蝶阀运行及检修工作。蝶阀室开挖断面为长28m、宽13.5m、高22.5m的城门洞形，属超大断面。根据设计蓝图，蝶阀室利用5#支洞扩挖，两侧分别与4#施工支洞和压力管道上平段相交，高度高于5#支洞顶拱16m。

根据蝶阀室地质条件揭示围岩均为花岗岩，围岩以Ⅳ、Ⅴ类为主，岩体中次级断层和剪切破碎带均较发育，并存在蝶阀室穿过断层破碎带可能产生坍塌和涌水问题。

2　主要施工难点

(1)施工蝶阀室时，蝶阀室交汇处的4#施工支洞、5#施工支洞及压力管道上平段均已开挖完成，蝶阀室面临无施工通道可上顶部的问题，如何解决施工通道是蝶阀室开挖的难点；

(2)5#支洞已经形成，如何控制在5#支洞顶部大断面开挖是个难题；

(3)蝶阀室为超大断面，地质条件差，结构破碎，致使开挖、支护施工困难。

图1　蝶阀室位置

3　施工工艺

3.1　施工程序

整个蝶阀室开挖施工分四步进行：第一步主要进行导洞及溜渣竖井的开挖施工，以提供施工及出渣通道；第二步主要进行顶层顶拱部位开挖，以形成中间层施工平台，洞渣通过溜渣竖井进行清理转运；第三步在顶层已成型的平台上对中间层进行分层台阶式竖向开挖，并直接以5#洞承接洞渣；第四步主要对5#支洞进行改造施工，扩宽其上下游两侧至蝶阀室边界，并进行最后的底板挖除施工。

图2　施工工艺流程

3.2　U形导洞和溜渣井开挖

根据现场实际勘察和分析，考虑到施工机械的操作结合蝶阀室的结构、位置，导洞设计为3.0m×3.5m城门洞型，为施工提供通道。导洞在蝶阀室范围内以蝶阀上游侧为外侧边界，起点顶拱中心与压力管道顶拱最高点重合，底板自压力管道轴线处1186.12m高程起坡，经U型折返至5#洞轴线顶与蝶阀室右端墙边界相交处。导洞为确保至5#洞顶中心处时底板与5#洞顶保持2.0m距离从而确保安全，分为以5#洞轴线为分界的两个坡度段，第一段水平长度L=19.885m，高H=5.22m，坡度i=26.25%；第二段水平长度L=28.459m，高H=7.085m，坡度i=24.90%。

U形导洞成形后，于导洞末端坡底1198.425m高程处紧邻蝶阀右端墙进行溜渣竖井开挖，竖井D=2.0m，导井开挖的同时进行5#洞至蝶阀室边界的轴向延伸开挖施工，断面同5#支洞，形成集渣平台的同时缩短溜渣竖井长度。

图3　导洞及溜渣井布置

3.3　蝶阀室开挖

整个蝶阀室高度为22.5m，5#支洞顶部有13.93m高的蝶阀室开挖，5#洞身和底部有8.57m高的蝶阀室开挖。5#洞顶部的蝶阀室开挖主要分两大层：顶层(6.2m)、中间层(7.73m)顶层平台形成后，中间层进行分层台阶式竖向开挖，层高分别为2.50m(第一层)、2.50m(第二层)及2.732m(第三层)，第三层洞穿5#洞顶，形成宽度2.0m的开口，使5#洞洞身直接承载洞渣。台阶宽度1.5m，在进行下层开挖时，要确保上层形成两个台阶宽度(即3.0m)的开挖平台。开挖按照循环依次施工直至完成中间层开挖。

中层开挖成形后，进行5#洞左右两侧依次循环至蝶阀室设计边界线的开挖。采用YT-28手风钻钻孔，人工装2#岩石乳化炸药，非电雷管毫秒微差挤压爆破。5#洞左右两侧扩挖成形后，对底板进行爆除，一次性开挖至设计底板高程。

导洞及顶层开挖采用人工辅助0.3m3挖掘机集渣、转运，中间层洞渣直接以5#洞洞身承载。底部集渣平台采用1.0m3反挖集渣，3.0m3装载机装15t自卸汽车至弃渣场。

图4　蝶阀室开挖示意

3.4　爆破装药参数

导洞及顶层开挖均采用YT-28手风钻钻孔，孔径42mm，周边孔孔距0.45m，间隔装药，崩落孔孔距0.7m，连续装药，人工装2#岩石乳化炸药，非电雷管毫秒微差挤压爆破。线装药密度160kg/m～180kg/m，针对不同的开挖部位和地质条件采取及时调整装药参数，达到了良好的爆破效果，半孔率87%，不平整度为4.7cm。

3.5　支护施工

导洞临时支护Ⅴ类围岩采用I16钢支撑，挂钢筋网φ6.5@15cm×15cm，布设φ25系统锚杆L=2.0m，间排距1.0m，喷C20混凝土厚15cm；Ⅳ类围岩挂钢筋网φ6.5@15cm×15cm，布设φ25系统锚杆L=2.0m，间排距1.0m，喷C20混凝土厚12cm；Ⅲ类围岩挂钢筋网φ6.5@15cm×15cm，喷C20混凝土厚12cm；根据围岩情况布设随机锚杆直径φ25，L=2.0m。

蝶阀室支护不分围岩类别均采用I18工字钢，间距0.6m布置，每榀布设8组φ28双排锁脚锚杆，L=6.0m，脚部以200m×200m×16m的钢垫板支撑。顶拱、边墙及端墙布设系统锚杆φ28，L=7.0m，间排距1.5m，外露1.0m。挂钢筋网φ6.5@15cm×15cm，喷C25混凝土厚20cm。

开挖结束后及时进行支护，钢支撑安装在掌子面开挖初喷完成后立即进行。由于采用分层开挖方法，拱部钢支撑安装后必须采取锁脚措施，将钢支撑两底脚牢固锁定，以防止钢支撑下沉或两底脚回收，钢支撑锁脚每侧采用两根L=6.0m的φ28锁脚锚杆锁定。采用圆盘钻造孔，确保垂直孔轴线符合设计要求；斜孔造孔时调节支架角度，保证造孔角度，人工进行插杆、注浆、挂网及喷浆施工。支护结束后进行下一循环开挖施工。

4　施工体会

4.1　导洞施工

经过技术、成本、施工进度等多方面的分析、研究、比较，最终在蝶阀室范围施工大坡度(i=26%)的U形导洞。目前导洞和溜渣井已经形成，顶层开挖已经开挖、支护了22m，事实证明这个方案是正确的，开挖范围内施工导洞不仅提供了施工通道，也避免了在蝶阀室外施工导洞而增加成本。

4.2　溜渣井

溜渣井为出渣提供了通道，加快了出渣进度，节约成本和进度，且陡倾角部分可实现自行溜渣并满足排水要求。

4.3　施工安排

工序的衔接、施工循环的合理安排、支护时段的安全等均关系到工程施工进度、安全、质量，这对现场施工安排提出了很高的要求。

5　结语

施工通道的形成一直是大型地下洞室开挖的生命通道，关系到开挖的安全、进度。锅浪跷水电站通过巧妙布置U形导洞，科学分层合理安排施工工序，使本工程超大断面、地质条件复杂的洞室开挖施工达到了预期效果，对今后类似工程施工有较大的参考价值。