峡江地下电站尾水隧洞光面爆破技术实践

1. 工程概况

文献[21]指出：三峡地下电站开挖工程位于三峡坝区右岸白岩尖山体内、茅坪溪泄水箱涵及上坝公路以左。三峡地下电站安装6 台单机容量为700 MW 的水轮发电机组，上下游流道采取单机单洞布置。尾水隧洞为1 机1 洞布置，变顶高尾水隧洞形式。其进口开挖高程为20.8 m，出口开挖高程42.5 m，沿流向分为4 段，分别为尾水管扩散段、阻尼井段、曲拱面段和变顶高段。尾水洞采取平行布置，与主厂房纵轴线夹角80°，并偏向河床侧，轴线间距为37.72 m，变顶高段断面为城门洞型，其尺寸为（16～18）m×28.5 m（宽×高）。1～6 号机尾水洞长分别为241.4 m、248.05 m、254.69 m、261.33 m、267.97 m 及274.61 m，其中各洞长度都包含30 m 尾水出口段，6 条尾水洞总长度为1548.05 m，开挖总方量49.75 万立方米，共消耗约478 t 乳化炸药，平均炸药单耗为0.96 kg/m3。尾水隧洞开挖支护时段为2005 年4 月6日至2006 年10 月12 日。

尾水隧洞开挖跨度大、边墙高、尾水洞之间洞壁较薄、地质条件相对较差、围岩稳定问题突出，且尾水变顶高过渡段布置紧凑、体形复杂、施工难度大、干扰多，地质条件复杂、岩性古老、深风化且过渡带不规则，岩块坚硬性脆，在垂直和水平方向都存在差异，断层节理及裂隙发育。尾水隧洞开挖质量要求高，隧洞开挖应采用光面爆破技术，地下电站尾水隧洞不准欠挖，基础最终轮廓开挖中超挖在15 cm 以内。

2. 开挖施工技术[21]

根据三峡地下电站尾水隧洞招标文件要求及施工设备生产能力，三峡地下电站尾水隧洞将分4 层开挖。上部第Ⅰ层为顶拱层，高差为10 m，其余分层高度不大于8 m，底部预留2～4.5 m 保护层。

（1）顶拱层开挖。按照分层开挖布置，尾水隧洞第Ⅰ层为顶拱层，高差10 m。顶拱层从断面上分2 序掘进，第Ⅰ序为中导洞开挖，周边预留2.5～4 m 厚，然后进行全断面扩挖。中导洞断面7.5 m×6.5 m（宽×高），中央采用楔形掏槽爆破，周边施工光面爆破成型。中导洞施工后，然后进行全断面扩挖，采用两个自制台车并在一起进行施工，周边采用光面爆破成型。顶拱层开挖使用自制台车配 YIP-28 气腿式钻机钻孔，配合人工装药爆破。钻孔孔径φ 42 mm，孔深3.0 m。周边孔采用φ 25 mm 炸药，不耦合间隔装药；其余炮孔采用φ 32 mm药卷耦合连续装药。采用非电毫秒雷管和导爆管爆破，光爆孔采用导爆管传爆，起爆采用电雷管。地下电站尾水隧洞第Ⅰ层开挖钻爆设计图见图11-25。

图11-25　地下电站尾水隧洞顶拱层开挖钻爆设计（单位：cm）[20]

（2）尾水洞第Ⅱ、Ⅲ层开挖。为保护尾水洞中间部位的岩墙，降低爆破对保留中隔墙的冲击震动，减少超、欠挖工作量，尾水洞第Ⅱ、Ⅲ层开挖将采取牟利风钻钻水平孔，两侧光爆孔，中间爆破孔一次爆破施工。钻孔孔径φ 42 mm，孔深3.0 m。光爆孔采用φ 25 mm 炸药，不耦合间隔装药；其余炮孔采用φ 32 mm 药卷耦合连续装药。采用非电毫秒雷管和导爆管爆破，光爆孔采用导爆管传爆，起爆采用U 形起爆网络。地下电站尾水隧洞第Ⅱ、Ⅲ层开挖钻爆设计图见图11-26。

图11-26　尾水隧洞第Ⅱ、Ⅲ层钻爆设计（单位：cm）[21]

3. 洞室开挖质量要求

三峡地下电站开挖质量要求见表11-11 所示。

表11-11　三峡地下电站质量要求[21]

4. 洞室开挖采取的措施[21]

（1）施工测量控制。(www.xing528.com)

① 每个循环钻孔前进行设计规格线测量放样，并检查一循环超欠挖情况，进行现场交底。

② 断面配TCR1102 断面仪测量，测量滞后开挖面10～15 m，按5 m 间距进行。

③ 每月一次洞轴线及坡度的全面检查、复测，确保测量控制工序质量。

④ 采用NIKON 全站仪精确 放出洞中心线和顶拱、中心线、底板高程、掌子面桩号（每隔5 m 在隧内侧打1 条桩号线）设计轮廓线、两侧腰线或腰线平行线。

⑤ 按钻爆图和设计要求采用红外激光定位技术精确放样，准确标出周边光爆孔位及方向。

（2）钻孔精度控制。

周边孔的钻孔质量是控制洞室开挖质量好坏的关键，主要控制钻孔的孔位、孔间、钻孔倾角、孔深等。

① 各钻手分区、分部位、定人、定位施钻，熟练的操作手负责掏槽孔和周边孔。

② 造孔前先根据拱顶中心线和两侧腰线调整钻杆方向和角度，经检查无误后方可开孔。

③ 开孔时用罗盘仪测量钻孔角度，钻孔10～20 cm 深后再用罗盘仪校正钻孔角度。

④ 采用铅垂线进行校正钻孔垂直度。

⑤ 钻孔完后，用高压风将孔内岩渣、积水吹干净。

（3）爆破作业。

针对不同围岩特性、地质构造进行洞室爆破设计，优化爆破参数，对孔径、孔间距、线装药密度、装药结构、不耦合系数、起爆网络通过现场试验和类似工程经验确定，并将报监理工程师批准后的爆破设计交给爆破作业队，下达爆破任务和技术交底。

要求爆破工严格遵守安全爆破操作规程，严格按照爆破设计图的装药结构、线装药密度进行装药。周边孔、掏槽孔由熟练的炮工负责装药，爆破孔采取柱状连续装药。周边孔采取空气间隔装药，用胶布将小药卷绑扎于竹片上，导爆索串接。炮孔堵塞良好，采用非电导爆管、电雷管起爆网络。药装完成后，由炮工、质检人员、技术人员复核检查，确认无误后，撤离人员和设备并放好警戒，方可进行起爆。

5. 效果及评价

三峡地下电站尾水隧洞开挖施工中，经过精心组织、精心施工、严格控制，尾水隧洞开挖完成后，每隔2 m 测量1 个断面进行验收，共测量125 个断面（共测2 482 个点）。洞室在开挖轮廓面上，残留炮孔痕迹均匀分布，残留炮孔痕迹保存率达到95%，周边孔钻孔质量较好，相互平行，平整度较好，钻孔连成一条线，建基面不平整度不超过±8 cm。基本没有欠挖，超挖量平均在8.5 cm 左右。尾水隧洞开挖质量和超欠挖质量水平控制在预定范围内。