二滩水电站左岸导流洞与2号尾水洞交汇段的设计与施工

二滩水电站左岸导流洞与2号尾水洞交汇段的设计与施工鲁智敏1，甘国华2(1.二滩水电工程公司，四川攀枝花617000；2.中国人民武装警察部队水电第三总队，四川成都610036)摘要：二滩水电站左岸导流洞与2号尾水洞两个大断面隧洞的斜交构成了一个复杂的地下空间结构。该结构的稳定和安全，是确保6号机组按期发电及运行期安全的根本保证。该交汇段的支护设计采用三维有限元分析方法，确定了合理的支护范围及支护措施，保证了开挖工作的顺利进行；此外，对于交汇段的长期稳定，考虑将2号尾水洞延伸至导流洞内，形成洞中有洞的格局，并通过结构分析计算，确定采用钢筋混凝土衬砌的结构形式。二滩水电站左岸导流洞与2号尾水洞交汇段的设计与施工具有一定的参考价值，可供类似工程借鉴。关键词：二滩水电站；交汇段；开挖与支护；钢筋混凝土；设计与施工1概述为减少地下开挖工程量，降低造价，二滩水电站2号尾水洞在设计上考虑部分利用左岸导流洞的出口段作为其出口段。左岸导流洞及2号尾水洞设计开挖断面分别为20.5m×25.0m和19.5m×18.5m，两洞以斜交的方式构成了一个巨大而复杂的地下空间结构，交叉口处最大断面为38.48m×17.50m。该交汇段地处坚硬完整的玄武岩内，岩体物理力学指标E＝35GPa，γ＝0.17，最大主应力30MPa，方位N26°E。从早期导流洞及2号尾水洞开挖揭示的地质情况看，该区域主要发育有两组陡倾角及两组缓陡倾角节理：(1)N70°WNE∠70°；(2)N35°～45°ENW∠65°；(3)N10°ENW∠15°～20°；(4)N50°ESW∠30°。由于这些节理的存在，致使导流洞在交汇段的开挖平均超挖1.5m左右；又因交汇段处于高地应力区，早期开挖过程中还伴随有岩爆现象发生。2开挖程序与支护设计2.1交汇段开挖程序及开挖方法交汇段开挖前，2号尾水洞顶拱及台阶开挖已分别至0+191.49和0+176.49，边墙及顶拱混凝土衬砌至0+167.244和0+151.313。此时导流洞正处于施工导流期，洞内水位为1016.72m。在交汇区地段导流洞混凝土衬砌后的过水断面为17.5m×23.0m，2号尾水洞与左导交汇处最大断面达38.48m×17.50m。由于该交汇段的施工处于6号机发电的关键线路上，为确保交汇段开挖岩体的稳定及施工安全，在交汇段开挖前，先从尾水调压井交通洞开挖一个平行于导流洞的锚索施工支洞，通过该支洞对交汇段的顶拱区域预先进行加固处理。交汇段的开挖程序为：(1)拱部开挖。由于拱部断面尺寸大，拱部的开挖分Ⅰ～Ⅳ区进行，开挖后立即进行喷锚支护；(2)台阶开挖。台阶高度为12m，分两层开挖，每层台阶高约6m，每层开挖后立即进行边墙的喷锚支护。交汇段开挖程序见图1(A)。交汇段的开挖在导流洞下闸并排除洞内积水后进行。拱部开挖采用Atlas两臂钻钻孔，光面爆破，轮式装载机配合30t自卸汽车出渣。为解决开挖爆破后2号尾水洞内的排烟问题，导流洞下闸后，在拱部1019.00m高程处先开挖一个小洞作为通风排烟孔。台阶开挖采用潜孔钻、梯段爆破方式进行。此外，在2号尾水洞与左岸导流洞边墙开挖贯穿前，为确保不至损坏开挖线以外原导流洞的左边墙混凝土，从导流洞一侧沿开挖线用手风钻钻一些周边孔，孔深穿过左导边墙混凝土，间距约0.15m，间隔装药、分段进行预裂爆破。交汇段开挖期间，由于其它承包商正在离交汇段较近的左导堵头进行封堵混凝土施工，因此，整个交汇段开挖过程中严格控制装药量，以减少爆破振动对邻近结构的影响、保证交汇段的开挖质量。由于采用的方法恰当、措施有力，交汇段的开挖质量令人满意。2.2支护设计2.2.1交汇段开挖支护设计交汇段早先设计的开挖支护措施一般采用直径32mm、长度8m、间距1.5m交错布置的系统锚杆并喷10cm厚素混凝土。由于交汇段是一个复杂的大跨度空间结构，考虑到3台机组共用1个尾水洞的重要性以及交汇段剩余工程的施工又处于6号机发电的关键线路上，承包商对此部位岩体的开挖稳定及安全极为重视。为保证交汇段开挖稳定及安全，确定合理的岩石开挖支护措施，承包商专门聘请了一名资深的地质工程师，采用三维非线性弹塑有限元分析法，根据地应力、围岩分类、岩体物理力学指标以及各结构面的分布情况，研究了交汇段在施工期和运行期的围岩稳定性。根据分析结果和结论，确定了交汇段最终施工采取的开挖支护方式见图1(B)。交汇段开挖支护分3个阶段进行：(1)先从尾调交通洞开挖一个平行于导流洞的锚索施工支洞(断面2.5m×2.5m)，通过该支洞对交汇段的顶拱区域预先进行加固处理。主要采用7根75t和3根45t的锚索，深入导流洞拱部混凝土内50cm，下部灌浆长度不小于6m，然后从上部张拉；(2)交汇段拱部开挖过程中，拱部采用长度11m、15t的锚索，和直径32mm、8m长锚杆交错布置，并喷10cm厚的钢钎维混凝土进行支护；(3)交汇段拱部开挖完成后，再从锚索施工支洞，采用7根45t的贯穿锚索、7根45t和1根15t的非贯穿锚索加固交汇区拱部。整个交汇段的开挖支护措施见表1。2.2.2长期稳定结构的设计与施工原设计2号尾水洞衬砌仅到与左岸导流洞左边墙相交处便结束，交汇段右侧做一重力式导水墙。承包商在实施时认为，从交汇段结构的长期稳定角度出发，决定将2号尾水洞钢筋混凝土衬砌延伸至导流洞内，形成了洞中有洞的格局，这样更有利于交汇段的长期稳定。此外，他们还通过结构分析，确定了交汇段钢筋混凝土衬砌，见图2。交汇段设计的钢筋混凝土衬砌厚度为1.5m，混凝土标号为R28250，保护层厚10cm。D1～D8块边墙均采用双层钢筋结构，主筋Φ32mm、辅筋Φ25mm，间距分别为16cm和20cm；边墙混凝土施工采用爬模分三次浇筑。D1～D2块顶拱为三层钢筋结构，D3～D8块顶拱为四层钢筋结构，D1～D8块顶拱主辅筋与边墙相同，主筋间距为12.5cm，辅筋间距为20～25cm不等；顶拱混凝土施工采用顶拱钢模台车浇筑。所有混凝土均为二级配，采用泵送浇筑。最后对拱部进行回填灌浆。此外，为保持运行期不同工况下的内外水压平衡、保持交汇段结构的稳定，还在交汇段右侧边墙底部混凝土浇筑时，预埋了5根直径为300mm排水管。3结语二滩水电站左岸导流洞与2号尾水洞交汇段的开挖和混凝土衬砌施工已顺利完成，实践证明该交汇段的开挖程序及支护设计是成功的。二滩水电站已于1998年7月投入运行，3年运行表明交汇段结构是稳定的。虽然交汇段的长期稳定还需经受运行期的长久考验，但可以肯定的是，交汇段的设计和施工思想是正确的，对类似工程有指导和借鉴作用。