东端1#、2#引水隧洞工程

2#引水隧洞开挖支护单项

施 工 措 施 

合同编号：JPⅡC－200709，C4

中铁十八局集团·中水七局联合体

二OO七年七月

第一章  概述 

1.工程概况

锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河弯上，是雅砻江干流上的重要梯级电站，其引水系统采用4洞8机布置形式，2#引水隧洞是4条引水隧洞之一，起点里程引(2)4+700，终点里程引(2)16+629.086，总长11929.086m。沿线上覆岩体一般埋深1500～2000m，最大埋深约为2525m，具有埋深大、洞线长、洞径大的特点。

2#引水隧洞围岩以Ⅱ、Ⅲ类为主，局部Ⅳ、Ⅴ类，水文地质条件复杂，高地应力岩爆、高压大流量突涌水等问题尤为突出。

2#引水隧洞采用钻爆法与TBM掘进相结合的施工方法：前期采用钻爆法开挖，在1#引水隧洞贯通后利用TBM进行开挖。

第二章  施工准备

1.施工总体布置

1.1.施工用高压风

在东引2#施工支洞内布置14台空压机（203/min），每掘进1500m将空压机移动一次，风管直径为150mm。

1.2.施工用水

采用建高压水池，抽水机直接从B辅助洞取水，经由东引2#施工支洞至2#引水隧洞；洞内采用主水管直径为100mm。

1.3.施工用电

主电缆从辅助洞跨过大水沟接入东引2#施工支洞洞口，然后通过1560平台到达东引1#施工支洞洞口的变电站。

1.4.施工交通

先期出渣及材料的运输全部通过东引1#、2#施工支洞进行，采用无轨运输出渣；皮带机安装后采用移动式破碎机进行石渣破碎，通过横洞将石渣送至1#引水隧洞的皮带机上运出洞外。

1.5.营地

项目部及各施工队营地设于4#营地。

第三章  总体方案

2#引水隧洞前期采用钻爆法施工，353E台车及人工手持风钻孔。在1#引水隧洞开挖完毕后，将TBM运至2#引水隧洞中进行组装，然后采用TBM掘进。钻孔台车、喷混凝土台车及液压钢模台车进行全断面支护。总体施工方案详见下图：

总体施工方案表

工程

1.钻爆法开挖

1.1.开挖方法

根据招标文件中的地质资料所示，引水隧洞中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩占洞身全长的比例为36.7%、54.1%、8.3%、0.9%，同时由于隧洞高度超过钻孔台车施工高度，所以Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩均采用台阶法开挖，断层破碎带采用CRD法开挖。

1.1.1.台阶法开挖

 (1)适用范围

2#引水隧洞钻爆法施工段（断层破碎带除外）采用上下台阶法开挖。台阶长度40米左右，下台阶分左右两幅交替施工。

(2)开挖方法

采用光面爆破，353E台车钻孔，风动凿岩机辅助，采用无轨运输，自卸汽车运输至弃碴场。

(3)施工顺序

施工顺序见下图所示。

图7-1  台阶法开挖示意图

施工顺序说明：

①：上台阶开挖；

Ⅱ：上台阶初期支护；

③：开挖下台阶左部；

Ⅳ：下台阶左部初期支护； 

⑤：开挖下台阶右部；

Ⅵ：下台阶右部初期支护。

1.1.2.CRD法开挖

(1)适用范围

CRD法适用于断层破碎带。由于引水洞开挖跨度较大，对围岩沉降变形控制严格，采用CRD法开挖，每一步都要用临时仰拱封闭成环，兼有台阶法和双侧壁导坑法的优点，有利于围岩稳定，保证施工安全。

(2)施工顺序

CRD法开挖支护程序见下图。

施工顺序说明：

Ⅰ：施工左侧导坑超前支护。

②：开挖左侧导坑上半断面。

Ⅲ：左侧上导坑拱部初期支护，上导坑中隔墙临时初期支护，临时仰拱支护。

④：开挖左侧导坑下半断面。

Ⅴ：左侧下导坑边墙初期支护，中隔墙临时支护，仰拱混凝土。施工右侧导

坑超前支护。

⑥：开挖右侧上导坑。

Ⅶ：右侧上导坑拱部初期支护，右侧上导坑仰拱临时支护。

⑧：开挖右侧导坑下半断面。

Ⅸ：右侧下导坑边墙初期支护，仰拱混凝土。

CRD法施工顺序示意图

完成上述工作后，对拱顶下沉量及净空收敛进行监测，达到安全要求才允许拆除中壁支撑。

(3)施工注意事项

①导坑施工是隧洞施工中重要的一个环节，为保护围岩，尽量减少对围岩的扰动，施工中采用机械开挖、人工配合，尽量不使用爆破，以减少对围岩的扰动。

②由于围岩松软，在最短时间内用临时仰拱封闭断面，做到“自封闭”。

③各工作面要保持一个合理的距离：隧洞左侧导坑掌子面应先行右侧导坑掌子面12～16m，以保证导坑开挖的稳定。每侧导坑上下台阶3～5m。

④下部开挖，注意上部支护结构的稳定，减小对上部围岩和支护的扰动和破坏，尤其是边墙部开挖时必须采用两侧交错挖马口施作，避免上部断面两侧拱脚同时悬空。

⑤喷射砼紧随开挖掌子面施作。每榀钢架分拱、墙两次架成，认真加固拱脚，如采用扩大拱脚、打拱脚锚杆、加强纵向连接等方法，使上部初期支护与围岩形成完整体系。钢架的拱脚或底脚不得置于虚碴上。

⑥侧导坑施工中按监控量测设计要求，埋设洞内观测点，实施监控量测，并及时反馈信息以指导施工和修改设计。

⑦完成隧洞开挖及初期支护后，根据量测结果进行模注二次衬砌的浇注。

⑧CRD法施工的一个关键问题是拆除中壁。在这一作业施工管理中，最重要的问题是判定中壁拆除时间和中壁拆除后的安全性；要根据中壁拆除前的拱顶下沉量、净空收敛值来定，以及中壁拆除中、中壁拆除后的拱顶下沉增量作为管理基准。

1.2.开挖工艺

为减小爆破对围岩的影响，维护围岩的稳定，本标段开挖采用光面爆破作业，采用的参数参照《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》DL/T5099-1999附录F。

1.2.1.周边眼的装药结构

严格控制周边眼装药量，采用合理的装药结构，使炸药沿孔深均匀分布。施工时采用不偶合装药结构，不偶合装药系数一般控制在1.4～2.0范围内。

1.2.2.测量放样

为确保2#引水隧洞钻爆法施工质量和进度，加强施工测量控制，在钻爆法施工中采用专业隧星测量系统对施工测量进行控制。

1.2.3.钻孔作业

钻孔时，按照炮眼布置图，采用莱佧全站仪对钻孔进行定位放样。

1.2.4.围岩爆破

根据岩石强度选用不同猛度爆速的炸药，有水地段及周边眼选用乳化炸药，其余均用2号岩石硝铵炸药。采用塑料导爆管非电起爆。

1.2.5.爆破作业操作控制

根据技术规范，采用严格的光面爆破控制标准。按“一标准、两要求、三控制、四保证”原则进行光面爆破施工。

“一标准”即一个控制标准；“两要求”即钻眼作业要求和装药联线作业要求；“三控制”即控制钻眼角度、深度、密度；控制装药量和装药结构；控制测量放线精度；“四保证”即搞好思想保证，端正态度，纠正“宁超勿欠”等错误思想；搞好技术保证，及时根据爆破实际情况调整钻爆设计参数；搞好施工保证，落实岗位责任制，组织QC小组活动，严格工序自检、互检、交接检；搞好经济保证，落实经济责任制。

装药作业采取定人、定位、定段别，做到装药按顺序进行；装药前，所有炮眼全部用高压风吹洗；严格按爆破设计的装药结构和药量施作；严格按设计的联接网络实施，控制导爆索的连接方向和连接点的牢固性。

1.3.钻爆设计

1.3.1.设计原则

采用光面爆破。根据地质条件，开挖断面、开挖进尺，爆破器材等条件编制爆破设计；根据围岩特点合理选择周边眼间距及周边眼的最小抵抗线，辅助炮眼交错均匀布置，周边炮眼与辅助炮眼眼底在同一垂直面上，掏槽炮眼加深50cm；严格控制周边眼的装药量，采用间隔装药，使药量沿炮眼全长均匀分布；根据岩石特性选择炸药，非电毫秒雷管起爆；采用毫秒微差有序起爆，周边眼采用导爆索起爆，以减小起爆时差。

1.3.2.钻爆参数选择

通过爆破试验确定爆破参数，试验时参照下表。

爆破参数表

2#引水隧洞上半断面开挖爆破孔设计见下图。

1.3.4.掏槽方式

斜孔掏槽操作较简单，钻孔方向易掌握，扩孔方便，故采用斜孔掏槽。

2#引水隧洞上半断面开挖爆破孔设计图

1.3.5.装药结构

周边眼：用小直径药卷间隔装药。

其它眼：均采用连续装药结构。

1.3.6.堵塞方式

所有装药炮眼用炮泥堵塞，周边眼堵塞长度不小于30cm。

1.4.主要技术措施

1.4.1.光面爆破

实现光面爆破的最佳效果，使开挖轮廓圆顺，线性超挖及炮眼痕迹保存率符合光爆技术要求。合理选定钻爆参数，不断优化爆破设计。

1.4.2.超欠挖控制措施

派专人负责超欠挖控制，每次爆破由专业工程师值班检查，监督爆破全过程，以确保钻爆作业按设计进行。

采用光面爆破，减少对周边围岩的扰动，确保开挖成型质量。

每循环用断面仪对开挖面进行检查，并根据检查结果进行分析，及时将分析的信息反馈到施工中，不断优化设计，以进一步改进光面爆破质量。

选择合理的爆破参数,周边眼采用光爆小药卷不藕合装药,选择合理周边眼间距和光面层厚度,以确保光面爆破。

施工时设备操作人员相对固定，以利于提高钻眼质量。

2.TBM（掘进）开挖

2.1.施工组织

本工程TBM施工采取三班制，两班掘进一班整备，掘进工班每班工作9小时，整备工班工作6小时，每天上午8：00-14：00整备。工班配备主要人员见下表。

2.2.1.接通隧洞内的照明。

2.2.2.接通TBM主机变压器的电源，使变压器投入使用。待变压器工作平稳后，接通二次侧的电源输出开关，检查TBM所需的各种电压，并接通TBM及后配套上的照明系统（此项工作在初始掘进施工时进行，除高压电缆接续施工外，一般保持TBM变压器连续工作）。同时检查TBM上的漏电监测系统，确定接地的绝缘值可以满足各个设备的工作要求。

2.2.3.检查气体、火灾监测系统监测的数据、结果。确定TBM可以进行掘进作业。确认所有灯光、声音指示元件工作正常。所有调速旋钮均在零位。

2.2.4.检查液压系统的液压油油位、润滑系统的润滑油位，如有必要马上添加油料。确认给水、通风正常。

2.2.5.接通TBM的控制电源，启动液压动力站、通风机、TBM自身的给水（加压）水泵。根据施工条件，确定是否启动排水水泵。

2.2.6.确定连续皮带机、风、水、电管线延伸等各种辅助施工进入掘进工况。

2.2.7.检查测量导向的仪器工作正常，并提供正确的位置参数和导向参数。根据测量导向系统提供的TBM的位置参数，调整TBM的姿态，确保方向偏差（水平、垂直、圆周）在允许误差范围内，撑紧水平支撑靴达到满足掘进需要的压力。

2.3.掘进工作

2.3.1.TBM在掘进施工过程中，需根据工程地质图纸、石渣情况、上一循环掘进参数、邻近超前隧洞的地质情况等，对掌子面围岩状态作出准确判断，据此选择相应的掘进模式及掘进参数。

如有必要，可采用超前地质探测，进一步确定前方围岩状态。本TBM配备的超前钻孔探测装置以及采用的可随开挖进行预报的BEAM超前预报系统，可预测前方150m范围内围岩地质情况。为保证超前预报的准确性，施工中初步考虑每次超前预报实施50～100m的距离。

2.3.2.选择掘进参数。根据判定的掌子面的围岩状态，选择推力、撑靴压力、刀盘转速等掘进参数。掘进过程中结合实际掘进参数的变化判断围岩的变化，适时适当调整，同时结合我单位使用TBM的施工经验使掘进参数与围岩状况的最佳匹配。

2.3.3.顺序启动洞内连续皮带机、皮带连接桥皮带机、主机皮带机，并确定其运转正常；顺序启动刀盘变频驱动电机；启动主轴承的油润滑系统、各个相对移动部位的润滑系统。启动掘进机各个部位的声电报警系统，提示进入工作状态。

2.3.4.空载启动刀盘，启动除尘风机，水平支撑撑紧，收起后支撑。

2.3.5.慢速推进刀盘靠紧掌子面，确定刀盘已经靠紧掌子面后选择合适的推进速度、刀盘转数进行掘进作业。在刀盘和岩石表面接触之前启动刀盘喷水系统对岩石喷水。

2.3.6.操作人员在控制室时刻监控TBM掘进时各种参数的变化、石渣状态等。掘进时根据TBM的设备掘进参数和预计的前方围岩的情况选择适当的掘进参数，包括刀盘转速、推进力、变频电机频率、推进速度、皮带机转速等。并根据围岩的状况变化及时的进行调整。专职安全员进行各设备的运行检查，保证设备运行安全。

2.3.7.换步、调向。掘进行程完成之后，停止推进并将刀盘后退约3～5cm、停止刀盘旋转，伸出后支撑撑紧洞壁，收回水平撑靴油缸使支撑靴板离开洞壁，收缩推进油缸将水平支撑向前移动一个行程。撑靴再次撑紧洞壁，利用连接桥和后配套连接油缸拖拉后配套到位，进行换步，重复掘进准备工作，开始下一掘进行程。

本标段采用的TBM调向过程可以在换步完成后利用水平撑靴支撑洞壁进行调整，也可以在掘进过程中进行微小的调整。

TBM主司机应该在换步过程中，根据测量导向系统所显示的上一循环结束时TBM的方位，本掘进循环调向参考值调整TBM的姿态，确保掘进方向控制在允许的范围之内。如有必要，可以适时在掘进施工过程中进行调整。

掘进机施工流程如下图。

掘进施工流程图

3.支护方法

2#引水隧洞主要的支护形式有：喷射混凝土、中空注浆锚杆、混凝土衬砌等。

3.1.喷射混凝土

在喷射混凝土之前要按照规范和标准对开挖断面进行检验，按湿喷工艺施工。施工机械采用喷射机械手。见下图。

锚喷支护及注浆作业线

3.1.1.工艺流程

湿式喷射混凝土工艺流程见下图。

湿式喷射混凝土工艺流程图

3.1.2.施工要点

选用普通硅酸盐水泥，细度模数大于2.5的硬质洁净砂或粗砂，粒径5～12mm连续级配碎(卵)石，化验合格的拌和用水；喷射混凝土严格按设计配合比进行拌和；喷射前，认真检查隧洞断面尺寸，对欠挖部分及所有开裂、破碎、出水点、崩解的破损岩石进行清理和处理，清除浮石和墙角虚渣，并用高压水或风冲洗岩面；喷头距岩面距离以1.5m～2.0m为宜，喷头垂直受喷面，喷初期支护钢支撑、钢筋网时，可将喷头稍加偏斜，角度大于70°。喷射路线应先边墙后拱部，分区、分段“S”形运动，喷头作连续不断的圆周运动，后一圈压前一圈1/3，螺旋状喷射；喷射混凝土作业采取分段、分块，先墙后拱、自下而上的顺序进行。喷射时，喷嘴做反复缓慢的螺旋形运动，螺旋直径约20～30㎝，以保证混凝土喷射密实。同时掌握风压、水压及喷射距离，减少回弹量。喷射混凝土终凝2h后，进行喷水养护，养护时间不少于7d；喷射混凝土开挖时，下次爆破距喷射混凝土完成时间的间隔，不得小于4h；有水地段喷射混凝土采取如下措施：

一是当涌水点不多时，可设导管引排水后再喷射混凝土；当涌水量范围较大时，可设树枝状排水导管后再喷射混凝土；二是当涌水严重时可设置泄水孔，边排水边喷混凝土。三是当岩面普遍渗水时，可先喷砂浆，并加大速凝剂掺量，初喷后再按原配合比施工。当局部出水量较大时采用埋管、凿槽、树枝状排水盲沟等措施，将水引导疏出后再喷混凝土。

3.2.中空注浆锚杆

3.2.1.施工方法

采用台车钻孔，安装中空注浆锚杆后注浆，注浆设备采用专用高压注浆泵。

3.2.2.施工工艺流程

锚杆施工工艺流程图

3.2.3.工艺要点

锚杆孔开孔前做好量测工作，按设计布孔，开孔偏差不大于10cm；锚杆孔的孔轴方向满足施工图纸的要求，垂直于开挖面，局部加固锚杆的孔轴方向与可能滑动面的倾向相反，交角大于45°。孔深度必须达到施工图纸的规定，孔深偏差值不大于±5cm。用高压风冲洗、清扫锚杆孔，确保孔内不留石粉。

砂浆采用高浓度砂浆，配合比通过试验确定，并坚持随拌随用的原则，对超过初凝时间的砂浆做报废处理。止浆塞塞入牢固以确保能承受锚杆及注满锚杆孔砂浆的重量。在孔口未出浆前，不得停止注浆。

3.3.边顶拱混凝土衬砌

3.3.1.施工范围

2#引水隧洞的边顶拱混凝土衬砌段主要包括钻爆法施工段、TBM施工段。衬砌段总长约3805m。

3.3.2.钻爆法施工段边顶拱混凝土衬砌

⑴施工方法

2#隧洞钻爆段边顶拱混凝土衬砌采用一台衬砌台车，台车设计见附图1。衬砌台车在2#引水隧洞洞内利用固定吊点安装电葫芦拼装，由出水口向进水口方向进行边顶拱混凝土衬砌施工。

混凝土前期由混凝土拌和站供应，后期由高线混凝土系统供应。前期混凝土采用无轨运输，后期采用轨行式混凝土输送车运输，混凝土输送泵泵送入模。

钢筋在钢筋棚加工，现场采用简易钢筋台车人工作业焊接成型。混凝土振捣采用附着式振捣器和插入式振动器振捣。

⑵工艺流程

边顶拱混凝土衬砌施工工艺流程附图2。

附图2  边拱混凝土衬砌施工工艺流程图

在钢筋绑扎段先测量放线，边顶部位先定9个点，施作1m深锚杆，达到强度后，按测量放点焊纵向钢筋固定圆的位置，使钢筋成形，再按设计间距依次绑扎环向钢筋、纵向钢筋，接头按规范要求错开，直到全部结束。

洞外钢筋加工棚弯曲加工一定长度弧形及直墙钢筋。

洞内用钢筋台车按设计标准焊接钢筋，确保接头在同一截面＜50%。

⑶台车就位

铺设台车走行轨，钢轨采用50kg/m标准轨，清除台车表面残留混凝土，涂涮脱模剂，调整轨面标高，然后移动台车就位，调整台车的中线、标高，直到净空完全符合设计要求。

派专职技术人员进行台车检查，严格检查台车中线、标高及净空是否满足设计断面的要求，各尺寸精度指标为：台车拱顶标高：+10mm；台车的中线与导流洞中线偏移值误差：10mm；净空各尺寸误差：+20mm；模板面局部不平：2mm。

衬砌台车加固，走行轨用I20工字钢对撑加固，台车用支点斜撑和对撑加固。拱模及边模均用钢管或木撑与岩面顶紧。定位采用STZ型激光准直仪导向。

按设计图纸用PVC管预埋好回填灌浆孔，固结灌浆孔，排水孔等。

按实际开挖断面牢固安装刚性挡头板并按设计安装止水条、止水带等。

⑷混凝土浇注

质检人员检查合格，工程师复检，合格后下发混凝土开盘通知单。

选择质量合格的原材料，用拌和站集中拌和混凝土。

采用无轨或轨行式混凝土搅拌车运输。

混凝土灌注采用60m3/h的混凝土输送泵泵送入仓。

混凝土采用分层、对称浇注，每层浇筑厚度不得大于30cm。两侧高度差控制在50cm以内，输送管管口至浇筑面垂距控制在1.5m以内，以防混凝土离析。浇注过程要连续，避免停歇造成“冷缝”，间歇时间一般不得超过45min，否则按施工缝处理。

当混凝土浇至作业窗下50cm时，刮净窗口附近的脏物，涂刷脱模剂，关闭窗口，窗口与面板接缝处涂腻子予以保证紧密结合，不漏浆。

封顶采用顶模中心封顶器接输送管，按从里向外的顺序逐渐封顶。当挡头板上观察孔有浆溢出，即封顶完成。

拆模：当最后一盘封顶混凝土试件现场试压达5MPa时，即可拆模。拆模时，要小心谨慎，以免缺棱掉角现象发生。

养生：衬砌浇筑10～20h后即开始养生，采用覆盖洒水养生法，养生时间不少于14天。

3.3.3.TBM施工段边顶拱混凝土衬砌

⑴施工方法

2#隧洞TBM施工段采用两台衬砌台车作业，台车设计见附图3。衬砌台车组装在TBM组装洞进行。

衬砌混凝土前期由洞外混凝土拌和站集中供应，后期由高线混凝土系统提供，严格按照现场试验室提供并经工程师批准的混凝土配料单进行配料。

衬砌混凝土采用有轨运输，每台牵引机车带三台混凝土罐车，以利于长距离运送混凝土。混凝土出拌和机后，迅速运达浇筑地点，运输中避免出现分离、漏浆、严重泌水、过多温度回升和坍落度损失现象。混凝土的自由下落高度不超过1.5m。罐车在前进时，匀速转动，避免混凝土初凝。混凝土入仓用输送泵直接泵送入模。

⑵工艺流程

边顶拱混凝土衬砌施工工艺流程见附图2。

⑶混凝土浇注

混凝土浇筑前应复查台车模板中线、高程、仓内尺寸是否符合设计要求；台车及挡头模板安装定位是否牢靠。

浇筑前对钢模板先打磨，除去粘结的混凝土，涂刷脱模剂要均匀，如果刷油太多，在振动棒振捣混凝土时油会沿着模板表面上行到台车顶部聚集起来，拆模后混凝土表面形成蘑菇云，因此钢模板一定要用棉纱蘸油涂刷均匀，防止影响拱顶质量。

混凝土采用水平分层、对称浇筑，控制浇筑混凝土的速度和单侧浇筑高度，单侧一次连续浇筑高度不超过1m。输送软管管口至浇筑面垂直距离即混凝土自落高度控制在1.5m以内，以防混凝土离析，超过时采用串筒或滑槽。混凝土浇筑必须连续，相邻两层浇筑时间间隔按规定执行。若超过允许间歇时间，要按工作缝处理。工作缝处浇筑混凝土前必须进行冲毛或凿毛处理。

附图1  钻爆段边顶拱混凝土衬砌台车设计

附图3  TBM施工段边顶拱混凝土衬砌台车设计下载本文