溧阳抽水蓄能电站尾水洞开挖

郭伟

摘要：江苏溧阳抽水蓄能电站尾水洞地质条件差，地下水丰富，开挖后洞身自身稳定性差，施工安全问题非常突出。本文针对具体情况，进行了简要介绍。

关键词：不良地质；开挖；支护

1简述

江苏溧阳抽水蓄能电站地处江苏省溧阳市，枢纽建筑物主要由上水库、输水系统、发电厂房、下水库等四部分组成，电站安装6台单机容量250MW的可逆式水泵水轮发电机组，总装机容量1500MW，是目前国内最大的抽水蓄能电站。该工程的尾水系统工程主要包括尾水主洞、尾水调压室、通风洞、厂区自流排水洞及相应的临时设施等项目。其中尾水主洞共两条，开挖断面均为圆形，开挖半径12.0m的圆形，1号尾水主洞长1124.956m，设计纵坡为4.85%，2号尾水主洞长1211.203m，设计纵坡为4.74%。

尾水主洞主要以Ⅳ类围岩为主，部分为Ⅴ类。围岩均为岩屑石英砂岩、泥质粉砂岩。靠近下水库出口处围岩岩性为角砾状凝灰岩。断层节理发育，其中F10、F32断层破碎宽度大于10m，且性状较差。

2施工排水

尾水主洞施工期渗水量较大，渗水段主要集中在靠近地下厂房的厚层砂岩地段。为减少渗水对围岩稳定的影响，完善洞室排水系统，利用超前探孔、掌子面爆破孔、超前锚杆孔等探测前方地下水状况，发现渗水异常，立即采取灌浆等防渗措施，“堵排”结合，控制渗水。

3超前预报

考虑到尾水主洞地质条件的特殊性，采用TRT6000地质超前勘探仪，进行超前预测，根据地质预报结果，在开挖过程中采取措施进行超前支护，及时调整爆破参数，确保了施工安全和围岩稳定。

4超前支护

在Ⅴ类围岩隧洞段采用超前小导管注浆施工技术。预先按开挖轮廓钻孔，打入钢制小导管，导管直径Φ42mm及Φ50mm，长度分别为L=400cm及L=600cm，环向间距30cm。导管向上倾角为20°，管口布置在开挖轮廓线外5～10cm处，小导管搭接长度1.5m，将水泥浆液强制注入岩石裂隙，浆液在和钢导管间相互交错渗透凝固后，迅速形成一个具有良好整体性的拱壳，从而极大地改善在壳下从事开挖作业的安全度，避免塌方。小导管配合钢支撑或钢拱架支护，也起到管棚的作用。

5开挖与支护

洞室开挖分上、下两层进行开挖，上层开挖高度为8.0m，下层为4.0m，首先进行上层开挖。Ⅳ类围岩每循环进尺为1.8m，Ⅴ类围岩循环进尺为1.4m。

（1）Ⅰ层爆破设计

Ⅰ层开挖施工采用断面中部掏槽，形成临空面，中间进行崩落爆破，周边布设光面爆破孔的爆破方法。

Ⅰ层开挖采用YT-28型手风钻钻孔，Ⅲ类围岩炮孔深度为3.0m，Ⅳ类围岩炮孔深度为2.0m，Ⅴ类围岩炮孔深度为1.6m，爆破孔的孔径为42mm。为保证掏槽效果，掏槽孔的孔深比崩落孔超前20cm。爆破采用乳化炸药，Φ32mm药卷，掏槽孔装药系数取0.7～0.85；崩落孔装药系数取0.5～0.8；为保证光爆效果，周边孔光面爆破，采用间隔装药结构，Φ25mm药卷。

（2）Ⅱ层爆破设计

Ⅱ层开挖高度为4.0m，钻孔均采用手风钻进行钻孔，周边孔采用光面爆破，中间采用崩落孔，爆破采用乳化炸药。循环进尺同Ⅰ层开挖进尺。

（3）破碎带施工

遇到围岩破碎带，上层开挖采用预留核心土、分部开挖方法，每开挖一个分部后，立即采用喷混凝土封闭掌子面，并及时布设系统锚杆挂网及支立钢拱架，整个工序在短时间内完成，以保证围岩稳定。

（4）喷混凝土施工

由于围岩情况较差，在爆破施工后首先进行初喷5cm素混凝土，然后再进行系统锚杆、钢拱架使用，最后再复喷混凝土至设计厚度。

（5）锚杆施工

锚杆采用多臂钻或手风钻进行钻孔，根据实际情况确定，注浆采用MZ-1型注浆机进行，人工将锚杆插入孔内。锚杆安装后，在砂浆凝固前，不敲击、碰撞和拉拔锚杆。

（6）钢拱架施工

B型及C型断面开挖后安装I20b钢拱架，B型断面拱架间距为80cm，C型断面拱架间距为50cm，钢拱架安装采用自制台车进行安装，每榀拱架各段的端部焊接连接钢板，各段间采用螺栓进行连接，拱架底部布设钢垫板，垫板规格为300mm×400mm×15mm（长×宽×厚），并采用锁脚锚杆进行固定，钢架之间必须用纵向钢筋连接。

6F32断层处理方法

2号尾水主洞穿越F32断层位置为桩号0+97.00～0+113.00，断层宽度10～16m。围岩以厚～巨厚层岩屑石英砂岩为主，夹泥质粉砂岩、粉砂质泥岩，岩体完整性差，岩体透水性强。

F32断层的处理的施工原则是：“先护顶、短开挖、严支护、快衬砌”。

在2号尾水主洞室开挖至0+92.00时采用TRT6000型地质雷达探测仪对前方掌子面进行探测，并在洞内掌子面附近采用TSP超前地质预报及掌子面钻设超前探孔的方法，掌握前方地质及水文地质情况，探孔可布设3～5个，钻孔深度可根据前期探测的情况进行确定。

对开挖掌子面首先采用混凝土墙进行封堵，以形成止浆墙，再对掌子面进行水泥注浆、化学灌浆，灌浆孔一般布置整个掌子面，灌浆孔长度根据断层的宽度确定，且向洞周扩散10m。

管棚沿顶拱布设，外插角20°，孔距40cm，孔深40m，采用地质钻机进行钻孔。管棚钢管采用直径Φ130mm，壁厚8mm的钢管制作，待管棚钢管放入孔内后，再进行注浆。

拟采用“眼镜法”开挖，小导管、管棚护顶配合格栅钢架支撑和网喷混凝土，组成联合支护通过断层和塌落体。掌子面分三部分开挖，开挖顺序为：1块→2块→3块，采用手风钻钻孔松动爆破开挖岩体，人工辅助撬挖，极破碎区尽可能采用强力风镐开挖的施工方式，以减小爆破振动对松散体的影响。尾水主洞断层破碎带开挖示意图如下：

尾水主洞断层破碎带开挖示意图（单位：mm）

每个部位开挖后，立即喷射5cm厚混凝土，封闭开挖面，然后安装锚杆及钢筋网，尾水主洞局部洞段根据地质情况采用预应力锚索加强支护，遇层状软弱带洞段，增加随机预应力锚杆（Φ32，L=9m，预应力100kN）加强支护。每0.5m安装一榀钢架支撑，钢筋网与钢架用点焊连接，随后再第二次用全断面喷射混凝土。

7结束语

在松散、软弱破碎的岩体中开挖洞室，尽量减少对围岩的扰动，采用先护后挖，边挖边扩或先对岩体进行加固后再开挖等方法。围岩稳定特别差时，爆破后立即喷混凝土封闭岩面，出渣后，再打锚杆、挂网、喷混凝土，必要时安设钢拱架(钢格栅架)增加支护能力。

采用超前孔探明地下水的活动规律，测定漏水量、压力，防止突然暴渗。截断补给水源，降低地下水位。对围岩进行灌浆，降低渗透或形成帷幕阻水。

断层的处理采用“先护顶、短开挖、严支护、快衬砌”的原则。

溧阳抽水蓄能电站尾水洞是地质条件最差的部位，成洞条件差，开挖施工是极大挑战，开挖过程中通过采取的措施确保了施工安全，可以为以后不良地质段施工提供成功的借鉴经验。

参考文献

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