構皮灘電站泄洪洞工作閘室開挖施工技術

摘要：構皮灘電站裝機容量3000MW，是貴州省和烏江干流最大的水電電源點。泄洪洞布置在大壩左岸，泄洪洞工作閘室布置于泄洪洞的中部，前接泄洪洞有壓段，后接泄洪洞無壓段，閘室中部575.61m高程與交通洞相連。工作閘室底板高程為545.30m ，拱頂高程為596.50m，上下高差達51.2m。特別是高程575.61m以上20.89m閘室開挖沒有任何施工通道，只有從下往上施工，施工難度較大，安全問題尤為突出，施工中采取反導井再擴挖的方式施工。本文通過對泄洪洞工作閘室開挖施工技術的探索和介紹，給類似工程的開挖施工提供參考借鑒作用。

關鍵詞：構皮灘泄洪洞；工作閘室；開挖施工

0 工程概述

構皮灘水電站位于貴州省余慶縣構皮灘鎮上游1.5km的烏江上，控制流域面積43250km2，工程開發的主要任務是發電，兼顧航運、防洪及其他綜合利用。水庫總庫容64.51億m3，調節庫容31.54億m3，正常蓄水位630m。電站裝機容量3000MW，保證出力751.8MW，年發電量96.67億kW·h，是貴州省和烏江干流最大的水電電源點。

構皮灘水電站泄洪洞布置在樞紐左岸，正常運行期設計泄洪單泄流量為3944m3/s，泄洪洞工程由進口段、有壓洞身段、工作閘室、無壓洞段、出口明渠五大部分組成。工作閘室前接泄洪洞有壓段，后接泄洪洞無壓段，中部575.61m高程與交通洞相連。工作閘室底板高程為545.30m ，拱頂高程為596.50m，高差為51.2m。

1 開挖施工方案

1.1施工程序

根據工作閘室的結構特點，充分利用泄洪洞及交通洞兩個通道，工作閘室開挖分為兩部分，即利用交通洞為出渣通道進行的575.61m高程以上開挖，利用泄洪洞有壓段作為出渣通道進行的575.61m高程以下開挖。開挖以交通洞底板（575.61m高程）為分界線，上部20.89m，下部34.29m，分為兩個區域來開挖。具體施工程序如下：

1.高程575.61m以上施工程序：

（1）先利用交通洞進入工作閘室，閘室部分擴挖成7×6.5m（寬×高）的城門型斷面，便于裝載機出渣。再從閘室中部從下往上施工2×2m的豎井，豎井高度為13.39m，在離頂拱約1m時停下。

（2）利用2×2m豎井再從下至上將豎井擴大到7×7m的豎井；具體示意見圖1。

（3）對閘室頂拱中部5m部位進行擴挖，為方便人工扒渣，頂拱開挖與溜渣面開挖同時進行，對頂拱開挖揭露部分及時進行錨桿支護。

（4）對工作閘室575.61m高程以上其它部位進行分層開挖（分層高度3-4.5m），采取自上而下逐層進行開挖，對開挖頂拱和邊墻及時進行支護。

2.高程575.61m以上施工程序：

（1）先從有壓段上層向工作閘室內施工一個6×5.5m導洞，進入工作閘室內，導洞隨著有壓段的開挖往下開挖降至底板高程，做為出碴通道。

（2）利用YQ100B潛孔鉆施工3×3m的溜渣豎井，造孔時潛孔鉆擺放于工作閘室575.61m高程工作面上，由上向下鉆孔，一次成孔，再從下往上分段爆破成型，豎井形成后，再從上往下依次開挖，豎井做為溜碴通道。具體見圖2.

圖2 工作閘室下部豎井開挖示意圖

（3）利用手風鉆將3×3m的溜渣豎井擴挖成6×6m的溜渣豎井；

（4）然后分層分塊從上至下進行爆破開挖。

1.2施工方法

575.61m高程以上開挖采用手風鉆造孔，2×2m豎井從下往上進行施工，再利用手風鉆從下往上擴挖成7×7m的豎井，然后對頂拱5m部分進行擴挖，最后進行其它部位進行分層開挖，周邊采用光面爆破。開挖出渣利用溜渣井溜到交通洞（閘室內部），在交通洞采用ZL50C（3m3）側卸式裝載機配15t自卸汽車。

575.61m高程以下3×3m導井開挖先采用YQ100B潛孔鉆造孔，潛孔鉆機布置于EL575.61高程，從上往下鉆孔，一次成孔，然后從下往上按2m分層爆破，再利用手風鉆從上往下擴挖成6×6m的溜渣井，然后利用手風鉆全斷面分塊分層開挖，周邊光面爆破。開挖出渣利用溜渣井溜到工作閘室底部，在泄洪洞內采用ZL50C（3m3）側卸式裝載機配15t自卸汽車。

2 開挖技術措施

2.1施工順序

工作閘室施工程序為：交通洞開挖支護→工作閘室575.61m高程通道開挖→工作閘室575.61m高程以上豎井開挖（2×2m）→工作閘室575.61m高程以上豎井擴挖（7×7m）→其它部分分層開挖支護→工作閘室575.61m高程以下豎井開挖（3×3m）→工作閘室575.61m高程以下豎井擴挖（6×6m）→剩余部分分層開挖支護→工作閘室底部開挖→開挖結束。

2.2開挖施工方法

（1）工作閘室575.61m高程以上開挖

泄洪洞工作閘室575.61m高程以上先由下往上開挖一反導井，然后再擴挖，最后由上向下進行逐層開挖完成。導井開挖采用搭腳手架進行，使用YT28型手風鉆按設計孔位進行造孔，造孔結束后按設計的裝藥結構進行裝藥、聯網，一切準備完后拆除腳手架進行爆破，爆破結束后清完石碴，再開始重新搭設腳手架進行下一循環的施工。

（2）工作閘室575.61m高程以下開挖

工作閘室向下開挖也是先豎井后擴挖的方法，向下豎井開挖高度只有約13m左右，開挖時，直接利用工作閘室575.61m高程平臺進行豎井造孔，3×3m豎井用潛孔鉆一次成孔，從下至上分段爆破。擴挖從上至下分3層進行，施工第三層時，鉆爆人員需配戴安全繩施工。閘室575.61m高程以下從泄洪洞導洞內出渣。

3 資源配置

為了保證開挖施工的順利進行，必須有足夠的設備和人員配置，資源配置詳見表1，人員配置見表2。

4 安全保障措施

根據設計提供地質剖面圖，泄洪洞工作閘室圍巖以Ⅱ類圍巖為主，局部Ⅲ類圍巖，對開挖有利。但受Fb82、Fb88、Fb93斷層影響，閘室發育有一定規模的推測溶洞，開挖中始終謹慎對待。在進行工作閘室575.61m高程以上豎井開挖時，爆破后的安全處理難度較大，為保證施工人員安全，采取了以下施工措施：

（1）經測量隊正確放樣之后，操作工人順著布置好的鋼筋爬梯到達工作面，搭設工作平臺。

（2）一個2m×2m的反導井工作面宜布置1～2把風鉆作業，不宜安排過多工人。

（3）在操作人員頂和掌子面間設一道安全防護平臺，以短扦筋深入巖石50cm以上，外露50cm，并用木楔固定，四周布置扦筋15～20根，以190cm×50cm杉木板拼裝形成平臺，防止施鉆過程中頂部掉塊傷人。

（4）開挖反導井尺寸為2m×2m，不能隨意更改。因導井開挖進度較慢，巖石外露時間長，加之圍巖穩定性差，隨意擴大導井尺寸將影響圍巖穩定，容易發生坍塌。

（5）導井周邊布孔適量加密，孔距控制在40～50cm以內，在方形導井的四個邊角必須各布置一孔，間隔裝藥，光面爆破，減小對圍巖破壞。采用直眼方形掏槽，在50cm×50cm區域內布置5～6個孔，孔深2.2m，擴槽孔及周邊孔深2.0m。為避免大顆粒石碴過量產生堵孔，且將爆破石碴全部拋擲脫落，周邊孔須加大炸藥用量，線裝藥密度比常規增加約10%。

（6）爆破散煙后，必須認真進行圍巖清撬工作，使松動巖石全部脫落。由有經驗的安全員順著爬梯到達掌子面，用地質錘輕敲巖石，若回音沉悶不清晰，表明此塊巖石已松動，須設法撬落；若回音清脆響亮，表明該塊巖石穩定牢固。

5 結束語

泄洪洞工作閘室開挖于2006年2月12日開始進行，2006年07月21日與泄洪洞貫通，2006年8月28日開挖全部結束，歷時197天，完成石方開挖量25700m3，在整個開挖過程中，未出現任何安全事故，開挖質量優良，而且進度上較原計劃提前了31天，開挖施工取得了圓滿成功。文中介紹的泄洪洞工作閘室開挖采取的先豎井后擴挖的方法，這是在結構形式和現場條件下選擇的比較合適的一種開挖施工方法，實踐證明這種方法安全、優質、快速完成了工作閘室的開挖。

作者簡介：

張水（1977～），男，湖南省溆浦縣人，工程師，從事水利水電施工技術管理工作。