白鹤滩水电站小洞室爆破开挖成型施工技术王勇

王勇蒙万谦郑建

中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司四川成都611130

摘要：本文主要介绍白鹤滩水电站左岸厂区防渗帷幕灌浆与排水廊道爆破开挖施工技术，供类似小断面洞室开挖爆破施工参考。

关键词：小断面洞室；开挖；爆破；施工技术

1.工程概况

白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，距巧家县城45km，上游距乌东德坝址约182km，下游距溪洛渡水电站约195km，控制流域面积43.03万km2；白鹤滩水电站的开发任务为发电为主，兼顾防洪，是“西电东送”的骨干电源点之一。厂房左右岸对称布置在山体内，各安装8台单机容量为1000MW的水轮机发电机组，总装机容量1600万KW，为国内第二、世界第二大型水电站。

白鹤滩水电站左岸厂区防渗帷幕灌浆与排水廊道开挖支护工程总长度约14474.42m，灌浆廊道开挖支护断面4m*4.5m，排水廊道开挖支护断面3m*3.5m。由于开挖断面小，不利于大型开挖设备展开，因此根据实际施工环境，结合工程地质情况，需对其开挖技术进行调整。

2工程地质条件

左岸灌浆廊道及排水廊道均为深埋隧洞，岩体均为新鲜的玄武岩岩体，为单斜岩层，岩层总体产状为N42°～45°E，SE∠15°～20°。无卸荷裂隙发育。岩体较完整，呈块状和次块状为主，成洞条件好。局部洞段发育层间层内错动带和断层部位岩体完整性差～较破碎，呈镶嵌结构和碎裂结构，洞顶易掉块、塌方，成洞条件差。

洞室柱状节理玄武岩发育洞段围岩开挖易松弛，深埋段地应力较高。全洞围岩稳定性较好，局部层内错动带顶拱出露部位及断层附近可能出现一些随机的不稳定块体。柱状节理玄武岩开挖松弛明显，全洞地应力较高，洞室开挖可能出现轻微的岩爆及一定程度的围岩片帮剥离等高应力破坏现象。

3工程特点及方案的选定

3.1工程特点及难点

（1）洞身长、工程量大、工期紧、通风条件差。

（2）小断面长距离隧洞对排水、供电、运输材料等方面都会造成一定的困难，这就会给施工作业带来相当大的难度和困难。

（3）小断面长距离隧洞是各类隧洞中施工难度比较大的一种施工隧洞，大型施工机械不能够进洞进行作业，只能够采取人工开挖的方法为主，小机械化为辅。

3.2施工方案简介

开挖初期采用全断面开挖的方法进行施工，开挖出来的隧洞不仅周边半孔率达不到规范要求，而且超欠挖严重，根据测量断面，超欠挖最大值达到40cm，随后修改了爆破施工方法及设计参数：①对于I~III类围岩，采用全断面开挖，大口径掏心钻孔的施工方法进行施工。用阿特拉斯液压钻机钻150mm口径的掏心孔10m以上，其余孔用手风钻造孔。②对于Ⅳ类及以上围岩采用先中导洞开挖，后进行边、顶拱光爆扩挖的方法施工。除顶拱和两侧边墙部分留下40～70cm进行二次光爆扩挖外，其余部分先进行钻爆开挖。这种方法顶拱边墙半孔率较高，超、欠挖、平整度有较大改善。经过多次循环的实际布孔和调整爆破参数，洞挖质量各项指标有明显提高，已经符合实际施工的需要。对断层带、蚀变带、节理发育的围岩采取多钻孔，减小孔距（孔距控制在30cm左右），隔孔装药，以及减小装药量的方法使洞挖质量达到规范要求（超欠挖控制在20cm以内）。

4施工风水电布置

4.1施工供风

在每层灌排廊道适合部位各布置2台电动40m3/min空压机，洞内供风管线采用DN80钢管，沿进洞右侧、距洞底板1m高布置，用ф20插筋固定钢管，长度约0.4m。随着开挖的进尺，施工供风用DN80钢管延伸布置到施工掌子面面。

4.2通风系统布置

根据隧洞高度，在拱角每隔5m钻一孔洞，吊挂洞内风筒。锚固一根ф20钢筋，用ф6铅丝拉一条吊挂线，吊挂线固定在ф20钢筋距洞壁比风筒半径稍大一点处，避免通风时风筒磨擦洞壁发生破损。吊线挂线拉好后将风筒用铁丝吊挂到钢筋上，尽量使风筒平顺，试通风时应立即检查，发现吊挂过紧或较松处应及时调整，避免拉坏风筒吊环使风筒漏风。经调整符合要求后正常通风。

4.3施工供水

施工供水从本标段供水系统供水主管引接。洞内施工用水采用DN80钢管沿进洞右侧布置，距底板高1.2m，用ф10插筋固定。

4.4施工用电

洞内架设三相四线BLXT—90mm绝缘线，洞内照明采用36V供电，每隔10m安装一只50W的节能灯。照明线沿洞壁架设，高度不低于2.2m，加设绝缘瓷瓶，用ф10插筋固定。

5洞室石方开挖

灌浆廊道、排水廊道及交通廊道主要采用中部掏槽、周边光面爆破的方式开挖，施工工艺流程如下：施工准备→钻爆平台就位→测量放线、布孔→钻孔及验收→装药联网及验收→警戒爆破→通风散烟→排险、出渣→临时支护→下一循环开挖、支护→初期永久支护。

施工方法：开挖主要采用人工配合YT-28手风钻在钻爆台车上造孔，中部掏槽采用阿特拉斯液压钻机钻150mm掏槽孔。掌子面出渣采用3.0m3装载机或扒渣机配合农用三轮车进行，经转运至指定的临时堆渣点，后采用25t自卸式汽车运至指定渣场统一处理。Ⅱ、Ⅲ类围岩循环进尺约2.0m，Ⅳ类围岩循环进尺控制在1.5m左右。爆破施工时应控制单响药量，尽量减小爆破对相邻洞室的影响。

5.13m*3.5m排水廊道爆破开挖设计

（1）掏槽孔布置

开挖中，设中心掏槽孔1个，孔径ф150mm，采用周边以中心掏槽孔为圆心，以半径R=30cm为半径，均匀分布4个辅助掏槽孔，该4个辅助掏槽孔不装药，以辅助中心掏槽孔掏槽，四周布4个扩槽孔，孔距为60cm，对掏槽进一步扩大。

（2）崩落孔布置

崩落孔根据断面尺寸进行布置。3m×3.5m断面崩落孔共布置20个，与相邻孔的最大孔距为82cm，顶部崩落孔与顶拱开挖轮廓线的距离为40cm，边墙崩落孔与边墙轮廓线距离为40cm；4个底孔均匀分布在底板上，间距65cm，见图1。

图13m*3.5m断面炮孔布置事意图

（3）爆破设计参数及指标

装药方法采用连续装药，由于白鹤滩电站岩石主要是玄武岩，属较硬岩石，装药量适当进行调整，见表1。

表13m*3.5m爆破设计参数表

图54m*4.5m断面炮孔布置示意图图6A—A剖面

5.3灌排廊道回车道设计

灌排廊道开挖主要断面较小，为提高运输效率，灌浆廊道内每隔100m布置一个回车道，排水廊道每隔150m布置一个回车道，回车道布置尺寸为长10m，宽2m，采用光爆一次开挖成型，开挖后可根据地质情况进行随机支护。回车道布置位置均在灌排廊道下游侧，可根据现场实际情况进行调整。

6.洞内排水

左岸厂房灌排廊道开挖工程地下水较丰富，尤其是第四层灌浆廊道，前期开挖中，因地下水涌出，致使开挖进尺较慢，因此排水的方案制定就尤为重要。

排水措施主要有：

（1）进入灌浆廊道主洞后，在灌浆廊道下游侧留一排水沟，排水沟尺寸为40cmx40cm（高X宽），采用自流方式，每隔100m左右，于灌浆廊道下游侧设置积水坑，积水坑尺寸1mX1mX1m（长X宽X高），内置12.5m3／h的流动水泵抽水。

（2）在支洞交叉处备足够的编织袋，袋内装满黄泥土。当出现涌水时及时用泥袋堵住主洞的另一端，使涌水及时从支洞内自流出。

（3）在灌浆廊道与支洞交叉口下游段备一台流量为50m3／h的潜水泵，当发生特大涌水时投入使用。

7.支护

灌、排及交通廊道的支护分为随机支护和系统支护。对开挖掌子面的Ⅱ、Ⅲ类围岩不稳定块体、不利结构面、局部破碎的地方及时进行随机喷锚支护；对于Ⅱ、Ⅲ类围岩在随机支护的基础上，离掌子面50～80米的距离系统喷锚及时跟进。对于Ⅳ类围岩，随机支护和系统支护紧跟掌子面。并根据开挖揭露的地质情况采取超前支护等措施。

8.不良地质洞段处理

（1）断层破碎带开挖与支护。当施工中遇有破碎带，软弱结构面或地下大流量渗水等特殊地质洞段时，需及时调整爆破参数，本着“短进尺、弱爆破、勤观测、强支护”的原则施工，必要时采用人工配风镐进行撬挖处理，并及时进行喷护。同时作好地质超前勘探预报工作，以便对后期开挖与支护施工方案进行调整。

（2）特大涌水处理。灌排廊道渗水流量为线性水流属于正常施工范围，考虑渗流量为25m3／h以下的渗水由施工人员采取自抽的措施处理。洞内渗水流量大于25m3／h的，则属于地下涌水异常情况，立即通知监理人并采取紧急措施，控制涌水，并增设超前钻孔排水系统，将涌水排出。

（3）岩爆处理。岩爆洞段的处理应先加强观测和预防，一旦有岩爆现象发生，向掌子面喷水卸荷，立即对工作面进行喷射混凝土封闭。同时停止在工作面附近的其他施工作业，待工作面安全稳定后再进行施工。

9.结语

在白鹤滩小洞室灌排廊道开挖中，采用光爆施工方法，使开挖施工的周边半孔率明显提高，Ⅱ、Ⅲ类围岩达到85%，Ⅳ类及以上围岩达到55%；超、欠挖及平整度均控制在施工规范要求范围内，同时，也提高了施工单位的质量信誉。采用该爆破设计方案对小洞室开挖断面围岩扰动较小，使围岩具有较好的稳定性，开挖质量也相应提高。对其他类似洞室的开挖提供了施工参考。