宝瓶水电站引水发电洞施工方法

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【摘要】 宝瓶水电站引水发电洞围岩主层为蛇纹岩、石英岩、千枚状板岩、千枚岩、千枚岩夹千枚状板岩，地质构造复杂，以Ⅲ类围岩为主。施工方法即采用了一次支护，并作了二次永久衬砌施工和灌浆处理，且获得了成功，保证施工顺利完成。

【主题词】 全断开挖 ， 锚喷支护，二次永久衬砌 ， 灌浆处理，引水隧洞，宝瓶水电站

【 abstract 】 vase hydropower station headrace tunnels Lord layer surrounding rock for snake jadeite quartzite, thousand pieces of rock, SLATE, thousand pieces of rock, thousand pieces with thousands of pieces of rock SLATE, complex geological structure, Ⅲ kind of surrounding rock to give priority to. Construction method is adopted a support, and a second permanent lining construction and grouting processing, and the successful, ensure construction successfully completed.

【 keywords 】 the broken excavation, bolt-shotcrete support, the two permanent lining, grouting treatment, water diversion tunnel, dragon vase hydropower station

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

黑河宝瓶水电站地处甘肃省肃南裕固族自治县和青海省祁连县之间的黑河（界河）上的潘家河沟至夹道沟河段内，左岸属甘肃省肃南裕固族自治县，右岸属青海省祁连县，坝址距上游黄藏寺水电站8.6km。工程采用引水式开发方式，主要任务是发电，总库容2050万m3，电站额定水头132.0m，电站总装机容量为123MW，单机容量2×50＋23MW，多年平均发电量4.1375亿Kwh，年利用小时数3364h。

引水发电系统由进水口、有压隧洞、调压井、压力管道及岸边地面厂房等建筑物组成。引水发电洞布置于黑河左岸，为圆形有压隧洞，总长7070.77m，发电引用最大流量为96m3/s，进口底板高程2501m，衬砌后内径5.8m，底板纵向坡降0.1%。

1.隧洞工程地质条件

引水发电隧洞线位于走廊南山北坡高山区，山顶海拔3100～3250m，高出河水面1000m以上，洞线距岸边150～350m，洞顶埋深一般150～300m，最大埋深523m。隧洞沿线地形变化较大，沟与梁相间，冲沟切割较深。进口区位于上坝线上游约360m（沿河道）处，高程2528m以上基岩，自然坡度50～60°，地层岩性为灰绿色蛇纹岩，片理化产状NW270～290°NE∠60～65°；2525m以下为第四系堆积物，在临河谷处呈直立陡坎状，与河水面相对高差35～40m。

宝瓶水电站引水发电洞围岩主层为蛇纹岩、石英岩、千枚状板岩、千枚岩、千枚岩夹千枚状板岩，千枚状板岩、千枚岩岩性均软弱,抗风化能力差,遇水易软化,板理发育,岩石走向与隧洞呈60～590的夹角。地质条件复杂,断层裂隙较为发育,层间错动剧烈,破碎带宽度一般0.5～2.5m，最大宽度达16m,充填角砾岩、压碎岩、糜棱岩及断层泥 0。主要裂隙有(1)层面裂隙NW3000～3200NE∠620～820、(2)剪裂隙NE300～700NW∠590～760、(3)剪裂隙NE100～350∠SE 420～620、（4)SN W∠590～750的张裂隙。裂隙多无充填,少部分被岩屑岩粉岩块及次生泥质填充,由于断层裂隙交汇切割，洞顶常呈“入”字嵌形体,导致局部洞顶塌落及塌方。

引水发电洞隧洞累计长7070.77m，其中Ⅱ类围岩893.0m，占洞长12.72%，Ⅲ类围岩3154.0m，占洞长44.22%，Ⅳ类围岩2963.77m，占洞长42.21%，Ⅴ类围岩60m，占洞长0.85%。根据隧洞地质条件，对隧洞围岩进行了物理力学试验。见下表1、2。

表1 隧洞围岩单轴饱和抗压强度试验成果

2. 施工方案的选择

根据工期要求及岩性软弱,遇水易软化,抗风化能力差,构造发育的特点,吸取排砂洞塌方教训, 经多次分析论证，结合其它工程类比经验,选择全断面光面爆破（新奥法）施工,主要以锚杆和喷混凝土为主要支护结构，在尽量抑制围岩强度恶化，发挥围岩本身所具有的承载能力，采用全断面光面爆破,一次支护,二次永久衬砌,形成完整的应力承载拱圈。

由于受地质条件的控制,围岩类别的不同,其自稳时间是不同的,由于隧洞的开挖围岩应力的重分布,导致局部侧墙失稳拱顶塌落,经一次支护后能够有效的形成应力承载圈,承担岩体的荷载,阻止围岩的变形，二次衬砌将承担围岩变形后的应力,以及部分锚杆因蠕变、腐蚀使轴力松弛而转移到二次衬砌上的围岩压力。

3.施工措施

隧洞采用新奥法施工,促使每个环节,每道工序严格按照程序化进行,采用短循环,弱爆破,强支护的开挖施工方法。

3.1开挖方式

隧洞的开挖系根据围岩类别及构造发育情况而选定不同的进尺,Ⅳ类围岩及构造发育段,循环进尺控制在1.1～1.3m,单位装药量1.1kg/m3,Ⅲ类围岩每茬炮进尺控制在1.3～1.5m,单位装药量1.5kg/m3,对周边孔装药量及进尺严格控制,尽可能不超挖和不欠挖,对于欠挖部位及时进行处理,由于对进尺和装药量实行严格控制,隧洞超欠挖现象很小。基本控制在设计开挖线范围内。对线装药量的控制，减小了围岩因爆破所形成松动圈的扩大。

3.2一次支护

隧洞每次循环开挖完毕后,进行钢格栅或钢拱架的安装,间距根据隧洞围岩地质条件而确定，Ⅲ类围岩间距为50cm,Ⅳ类围岩则为30cm,当遇岩石破碎构造发育地质条件差的部位,则采用钢格栅和钢拱架联合支护。间距为40cm,钢拱架选用φ108mm钢管，在隧洞内安装焊接而成,钢拱架的安装紧贴岩面。钢格栅主筋选用Φ22mm,间距为15cm,副筋为Φ12mm。利用副筋连接主筋,钢格栅连接处则选用厚度5mm的钢板,并预留固定孔,钢拱架两端用焊接形式连接，把两端半圆钢格栅固定焊接,钢格栅或与钢拱架间用少量的钢筋焊接而进行连接固定,连接后形成圆形钢拱骨架。见图1。

钢拱架形成后进行挂网,选用Φ8mm的钢筋,间距20cm的方格网,然后喷一级配的混凝土,厚度15cm,混凝土内掺入速凝剂和早强剂,喷护采用二次补喷的方法,一次喷5～6cm,待凝后喷第二次,使喷混凝土与钢拱架钢筋网能够很好结合,并使喷混凝土厚度均匀,能够有效形成应力承载圈,并把岩体本身作为承受应力荷载的结构体,加强围岩整体的力学强度,充分发挥岩体的承载作用,承担由于开挖后的岩体应力和山岩压力等应力荷载。