第34卷第4期
云南水力发电
YUNNAN WATER POWER65黄角树水电站左岸溢洪洞工程施工
李光华
(中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明650051)
摘要：介绍黄角树水电站左岸溢洪洞工程施工。溢洪洞洞身外侧山体覆盖薄，且围岩卸荷裂隙发育，存在很大的施工风险。为保证 施工安全可靠，施工中采取了先挖导洞探明地质条件、分3层开挖、超前注浆导管、钢支撑、进出口顶拱混凝土“带帽”等多种施 工处理措施，确保了溢洪洞安全顺利完成施工，2012年按时正常投入使用。2014年鲁甸地震，水库进行了紧急放空，最大泄流量约
3 O O O m V s，泄洪后经过现场检査及监测资料分析，溢洪洞洞室结构运行正常，整个首部枢纽建筑均安全稳定。
关键词：左岸溢洪洞；大断面；施工处理措施；安全顺利
中图分类号：TV651.1 文献标识码：B文章编号：1006-3951(2018)04-0065-08
DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2018.04.019
1工程简介
黄角树水电站位于金沙江右岸一级支流牛栏
江下游，电站地处云南省昭通市境内，左岸为巧
家县，右岸为鲁甸县。采用混合式开发方案，开
发任务是以发电为单一目标。黄角树水电站为牛
栏江梯级开发的最后一级水电站，为引水式电站，
坝址距离金沙江汇口约17km。首部枢纽有面板堆
石现、泄洪排沙洞、溢洪洞、引水隧洞等建筑物。
黄角树水电站溢洪洞布置从右岸调整到左岸，布置
在左岸泄洪排沙洞外侧，平面转弯达59.9°。水
库正常蓄水位为770m，相应库容3293 x l〇4m3，调节库容1680 x l〇4m3，水库具有周调节能力，坝 址多年平均流量149m3/s，最大引用流量180m3/ s，装机容量240MW，保证出力51.64MW，多年 平均发电量为11.43 x l〇8k W.li，装机年利用小 时数 4760h [1]。
枢纽工程等别为三等，工程规模为中型，其 主要建筑物（拦河坝、泄洪建筑物、引水发电建 筑物）为3级，次要建筑物按4级建筑物设计，临时性建筑物按5级建筑物设计。工程区地震动 峰值加速度按〇.15g，地震动反应谱特征周期为 0.45s，相应的地震基本烈度为V II度。枢纽建筑物 由面板堆石坝，左岸溢洪洞、泄洪（兼导流）洞，供水洞、引水隧洞、调压井、压力钢管及地面厂 房等组成。首部枢纽平面布置见图1。*2溢洪洞设计
右岸乌木树沟滑坡堆积体对溢洪洞长期运行的威胁，枢纽布置格局调整方案把溢洪洞从右岸移到左岸布置，在泄洪洞与坝体之间，受 地形条件限制，溢洪洞需进行平面转弯，转角 59.9°，转弯半径150m，设1孔溢流表孔，孔口 尺寸14m x20m，堰顶高程750m，引渠底板高程 730m，引渠长约15m，洞身无压段设为两级底坡，进口段及水平转弯段为2%的缓坡段，其后由抛物 线段接13%的陡坡段。出口明渠段采用反弧段与 挑流鼻坎段相接。溢洪洞平面布置见图2。
2.1引渠段
引渠段中心线长度约为15m，前沿宽度约23m，底板高程730m，底坡/ = 0，底板位于崩 塌堆积〜弱上
风化岩体内，地基条件较差，引渠
* 收稿日期：2017-04-11
作者简介：李光华（1975)，男，云南曲靖人，高级工程师，
主要从事水利水电工程设计和项目管理工作。
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段底板进行钢筋混凝土衬护，衬护厚度〇.5m。引渠左右两侧设混凝土重力式导水墙，保证泄洪时 库水平顺进入引渠；导墙内侧直立，外侧坡度为 1:0.35，顶部宽度为lm，高程为775m，底部高 程约为729m，导墙高约46m，重力式导墙基础要 求置于弱风化基岩上，需对基础范围内的崩塌堆 积物进行清除。引渠左侧开挖与泄洪洞结合，左 右侧基本开挖至729.5m，与引渠底高程相同。
2.2阐室段
溢 0-040.000 ~溢 0+000.000m为闸室段，设1孔溢流孔，孔口尺寸为14m x20m (宽x髙），设1扇弧形工作闸门和1扇平板检修闸门。堰顶 髙程750m，堰面型式为实用型低堰，堰面曲线为 j=0.047366X185。堰面曲线[2]后接1:1.33斜坡段，斜坡段后接半径40m的反弧段，边墩为重力式 或衡重式边墙，闸室最低基础面度程为725，顶 部髙程为775m，挡墙最大髙度为50m，挡墙应 置于弱风化基岩上。在闸墩顶部设启闭机室。2.3润身段
溢 0+000.000m ~ 溢 0+335.000m 为洞身段，洞身段为无压洞，断面为城门洞型，尺寸 为14mx21m (宽x高），由进口段、平面转弯段、出口段布置。其中，进口段长34.547m, 底坡!•= 0.02；平面转弯段长1
56.808m，底坡f = 0.02，转弯半径 150m，转角 59° 53' 46"，出口段长167.31m。第1段长27.475m，底 坡z’=0.02，第2 段长108.816m，底坡z_ = 0.13，第1段与第2段采用抛物线连接，抛物线 方程为7 =〇.〇2x+0.005x2，抛物线水平投影长度11m。由于溢洪洞靠近库区，而工程区为灰质白云岩地区，岩层透水性较好，为降低溢洪洞 外侧的外水压力，在溢洪洞与库区之间设坝顶灌浆洞，从进水口至左坝肩段布置1排防渗帷幕，坝体左岸帷幕灌浆在溢洪洞转弯段后约24m处 (桩号溢0+215.355m)与溢洪洞相交，结合 洞身段地质条件，溢洪洞衬砌型式分为两段，溢 0+000.000m ~溢 0+215.355m 采用 1.35m 厚的钢筋混凝土衬砌，溢0+215.355m ~溢0+358.666m采用0.85m厚的钢筋混凝土衬砌。隧洞开挖支护方式采用喷锚支护，初拟支护参数 为：顶拱及边墙设置砂浆锚杆？528@2m><2m, Z=6m；挂钢筋网06.5@2〇c m x2〇cm；喷混凝 土 C20，厚0.15m。为提髙围岩稳定性，对溢 0+000.000 ~溢0+215.355m进行固结灌浆。洞 顶120°范围内进行回填灌浆。
2.4出口明渠及挑流鼻坎段
溢 0+335 •000 ~溢 0+423 •143m为出 口明渠 段，底坡/=13%。底板宽14m，底板基本置于弱 风化上部，初拟厚度1 ~ 2m，为增加底板稳定性, 底板下部设置系统锚杆，结合水工模型试验成果，尾水明渠段边墙高度初拟为15m，右边墙采用重 力式挡墙，边墙基础基本为弱风化基岩，左侧重 力式边墙与泄洪（兼导流）洞右侧边墙相结合，提 髙整体稳定性。结合地形条件，挑流鼻坎分为2 段布置，第1段为与明渠段衔接的反弧段，半径 为60m，水平投影长17.969m；第2段为反弧挑 流段[3]，鼻坎为斜线布置，
与溢洪洞轴线夹角为 75° 24' 42〃，挑坎斜线长度为25m，挑角0 = 28° ~ 35° ，反弧半径i? = 60m，挑流鼻坎坎顶 髙程为 714.486 ~ 718.314m。
2.5挑流鼻坎下游消能防冲设施
溢洪洞出口消能工按50a—遇洪水设计，相应下泄流量为2366m3/s，相应下游水位716.228m，经初步计算挑距约为116m
，冲坑最
李光华黄角树水电站左岸溢洪洞工程施工工67
大深度约48m，宣泄校核洪水流量为3 250m3/s，相应下游水位为718.758m，经初步计算挑距约为 130m，冲坑最大深度约57m，冲坑离坝脚距离约 200m，不会影响坝体整体稳定。为防止小流量工 况下贴壁水流淘刷挑坎基础，对挑坎下游侧基岩 采用钢筋混凝土护坦衬护。
3溢洪洞洞身地质条件
溢洪洞除进出口部位地形稍缓，沿线地面高 程在715 ~ 870m间，地形陡峻。沿线主要穿越寒 武系龙王庙组（€11)灰、深灰中薄层与中 厚层状微晶或细晶白云岩、灰质白云岩，局部夹 薄层状泥岩。构造上位于韦家渡背斜的西翼，岩 层总体走向NW，倾向以SW为主，倾角一般在 6°~ 8°，属稳定的单斜构造区。区内由于经受了 长期的地质作用，地层多有发生糟皱、挠曲等现象，层面节理及顺河向陡倾坡外的节理较发育。溢洪 洞除进出口段埋深浅（垂直埋深在40 ~ 60m，水 平埋深在17 ~ 40m之间）外，其它部位埋深相 对较深（垂直埋深在100 ~ 135m，水平埋深在50 ~ 80m之间）。地下水位线低平，基本位于隧 洞底板以下，局部洞室有滴水、线状渗水。
洞室围岩为中薄层与中厚层状白云岩为主夹 少量砂质泥岩，岩体的完整性主要受结构面的控 制。白云岩岩体坚硬致密，岩体较完整，局部完 整性差。砂质泥岩岩性软弱，完整性差。进出口 属浅埋段，完整性差，为IV类不稳定围岩。其它 洞段岩体较完整，局部完整性差，为m类围岩。洞室围岩稳定性主要
受层面节理及其它节理组合 控制，因层面节理理倾角平缓，在其它结构面的 组合作用下顶拱及拱脚部位围岩稳定性差，边墙 部位围岩稳定性较好。
4溢洪洞洞室施工
4.1总体施工方法
黄角树水电站溢洪洞属于大型地下洞室开挖，开挖断面为16.7m x23.2m的圆拱直墙城门 洞形。进出口属浅埋段，岩石完整性较差，为IV 类岩体，桩号约为（0+000.000 ~ 0+40.000及 0+225.000 ~ 0+335.000 段），其余洞段为m类 岩体，属局部不稳定性岩体。考虑到溢洪洞距离 泄洪排沙洞较近，而且侧覆盖厚度较小，开挖施 工设计按照“短进尺、弱爆破、少扰动、强支护、勤观测”的原则进行[4]。
溢洪洞开挖断面大，开挖支护分3层（含保 护层）进行施工，组织多工作面、多工序流水作业。为加快施工进度，保证通风效果，先打通上层中 导洞，再扩挖上层两边墙；上层开挖采用简易开 挖台架配钻开挖，周边光爆掘进；中层采用潜 孔钻钻孔开挖，水电钻随后修边，周边预裂爆破 掘进[5]；下层保护层采用风钻开挖。采用2台作 业能力为lm3的装载机一前一后交错进行装碴作 业，配置20t自卸汽车出碴。
为保证安全施工及加快施工进度，布置1条 施工支洞。施工支洞主洞长约80m，进口高程为 735m，与
溢洪洞交点桩号为溢0+080.000，交点 处施工支洞底髙程为742.50m。施工支洞叉洞长 约63m，进口高程为738m，与溢洪洞交点桩号为 溢0+130.900，交点处施工支洞底髙程为735m。施工支洞断面形状为方圆形，断面尺寸为6m x6m (宽x髙），顶拱角为180°。
4.2总体施工时间
2009年11月1日，溢洪洞开始施工，开始 出口洞脸和施工支洞的开挖；2009年11月1日，溢洪洞开始施工，开始出口洞脸和施工支洞的开 挖；2010年3月20日，溢洪洞上层中导洞（断面 5m x5m，长度335m)开挖完成；2010年9月11日，溢洪洞上层（断面16.7m x7m)开挖完成；2011 年2月25日，溢洪洞中层（断面16.7m x l2m)开挖完成；2011年4月10日，开始浇筑洞身底板 及边墙3m髙混凝土；2011年4月25日，溢洪洞 下层（断面16.7m x4.2m)开挖完成；2011年5 月30日，洞身底板及边墙3m高混凝土浇筑完成；2011年6月17日，溢洪洞洞身段边顶拱第1仓混 凝土开始浇筑；2011年8月24日，溢洪洞洞身段 边顶拱混凝土衬砌完成；2011年10月12日，溢 洪洞进口闸室帷幕灌浆，洞身固结灌浆、回填灌浆, 洞身段帷幕灌浆施工完成；2011年12月20日，溢洪洞进口段、洞身段、出口段全部施工完成，溢洪洞弧形工作闸门安装就位，提升至锁定位置；首部枢纽帷幕灌浆防渗体系全部施工完成。2012 年1月15日，黄角树水电站水库顺利下闸，开始 蓄水。
4.3睡洞开挖支护施工
4.3.1开挖分层
溢洪洞洞身段溢〇+〇〇〇•〇〇〇 ~ 0+295.000 段开挖断面宽为16.4 ~ 16.9m，髙为23.2 ~
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23.65m。根据相关工程经验，结合该工程地质条
件，洞身开挖支护自上而下分3层进行，I(上）
层开挖高度为7m,n(中）层开挖高度为12m，
m(下）层为保护层，开挖髙度为4.2 ~ 4.65m。
溢0+295.000 ~ 0+335.000段为渐变段，开挖髙
度由23.65渐变为19.65，I(上）层开挖髙度仍
为7m，n(中）层开挖高度由12m渐变为10m，
m(下）层为保护层，开挖高度为4.65 ~ 2.65m。
4.3.2开挖顺序
上层中导洞（5m x5m)开挖支护一上层扩挖
支护—顶拱部位混凝土浇筑（进出口段）—中层
开挖支护一下层开挖支护。上层采用中导洞领先
开挖贯通，两侧扩挖跟进的施工方法。n(中）层分两层开挖，每层厚度各6m。ffl类围岩洞段 (溢 0+040 •000 ~ 0+225.000 段，闸室段，即 溢 0+193.237 ~0+2218.237m段除外）中层开 挖顺序为先进行中部拉槽，两侧开挖跟进，槽宽 l〇m；其余洞段中层开挖顺序为先进行半幅开挖，待支护完成后开挖支护另半幅。保护层开挖采用 全断面一次开挖的施工方法。
4.3.3上层开挖支护左岸右岸
中导洞开挖采用手风钻钻水平爆破孔，设计 轮廓线光面爆破，在除闸室段以外的in类围岩洞 段，开挖循环进尺为3m，其余洞段开挖循环进尺 为2m。爆破后，采用3m3侧卸式装载机装20t自卸汽车出渣。出渣完成后立即喷3 ~ 5cm厚混凝 土对开挖边顶拱进行封闭，在地质条件较差部位 开挖掌子面也应进行喷混凝土封闭。在除闸室段 以外的m类围岩洞段，顶拱系统锚杆及挂网喷混 凝土施工可滞后掌子面10 ~ 15m，其余洞段在1次支护完成后方可进行下一循环的工作。一次支 护由台车造锚杆孔，机械注浆、人
工安装锚杆，混凝土喷车施喷混凝土。上层开挖示意见图3。
两侧扩挖采用手风钻钻水平孔，设计轮廓线光面爆破，开挖后，采用3m3装载机装20t自卸汽车出渣。出渣完成后立即喷5 ~ 7cm厚混 凝土对开挖边顶拱进行封闭，在一次支护完成后 方可进行下一循环的工作。在除闸室段以外的m 类围岩洞段，两侧扩挖可以滞后中导洞掌子面10 ~ 20m，其余洞段中导洞仅可领先3 ~ 5m。考 虑到溢洪洞跨度较大，在两侧扩挖施工时，两侧 开挖掌子面应保持一定距离，一侧掌子面滞后另 一侧 20 ~ 30m。4.3.4中层开挖支护
在in类围岩洞段，中层拉槽采用潜孔钻沿洞 轴线进行施工预裂爆破，两侧预留3m宽的保护 层，采用手风钻进行水平孔光面爆破跟进扩挖。其余洞段，先进行半幅开挖，待挂钢筋网、架设 钢支撑及喷混凝土及砂浆锚杆施工完成后，进行 另半幅的开挖。在半幅开挖过程中，沿隧洞轮廓 线进行预裂爆破，采用手风钻进行水平孔光面爆 破跟进扩挖。中层开挖梯段爆破水平进尺按6.0m 考虑。中下层开挖滞后中上层开挖20 ~ 30m。采用3m3装载机或2m3反铲配合20t自卸车出渣。出渣后，立即喷5 ~ 7c m混凝土进行封闭。一
次支护完成后方进行下一循环工作。中层开挖见 图4。
4.3.5下层开挖支护
下层保护层开挖用手风钻钻水平孔，水平光 面爆破法施工。每一循环进尺按3m考虑。3m3装 载机或1.8m3反铲配合20t
自卸车出渣。
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4.4瞇洞开挖施工工艺4.4.1开挖钻爆施工工艺
断面测量防线—钻爆—通风排烟—排险—出 渣—支护（钢支撑制安、挂网、喷锚支护等）— 进入下一个循环[5] 〇 4.4.2主要工序作业措施
1)
测量放样。控制测量采用全站仪测设导线
控制网，施工测量采用经纬仪、水准仪及激光指 向仪进行。测量作业由作业人员按照设计要求精度 进行，每个月进行1次测量检査、复测，确保测量 控制工序质量。施工人员根据测量人员定点或全站 仪的投点按爆破设计结合布孔样板进行爆破孔的布 置。爆破孔采用红或白喷漆明显标示在开挖 掌子面上，控制放样精度不大于± 1 cm 。
2)
钻孔。爆破孔布设之后，钻孔设备就位即
可开始钻孔。钻孔采用气腿风钻进行，钻孔时应 保证定位精度和钻孔误差，做到开孔准确，钻孔 平直。周边孔应在断面轮廓线上开孔，沿轮廓线 的调整范围和掏槽孔的孔位偏差不应大于5cm ， 其它炮孔孔位的偏差不得大于l 〇cm 。周边无损光 面爆破孔要做到“准、直、平、齐”。所有炮孔 的孔底应落在爆破图规定的平面上。
3)
装药。采用，炮眼内的起爆 采用塑料导爆管非电毫秒，引爆为8号 工业纸壳火。周边眼采用？)25m m 药卷间隔装 药结构，其余炮眼采用?>32m m 药卷连续装药结构。 为方便施工，利用自制作业移动平台车进行装药， 装药时，严格按爆破安全规程和爆破试验确定的 参数进行。装药作业时，应在洞口设置警戒及爆 破标志，禁止无关人员进入。装药后均用炮泥堵 塞严实。装药完成后，由技术员和专业炮工分区 分片检査、连接爆破网，撤退工作面设备、施工 管线和材料等至安全位置。除周边孔外用非电毫 秒下孔分段起爆，周边无损光面孔齐发爆破。
4)
联网起爆。装药结束，按规定时间间隔拉 警报器2遍，然后起爆，爆破后按爆破安全检査 规定时间解除警报。隧洞爆破由中部开始向四周 顺序起爆，为保证爆破作业安全，采用毫秒微差 非电起爆网络，并在每循环起爆时采用两发瞬发 电在洞外进行起爆。
5)
通风排烟。爆破之后，产生的烟尘由通风 系统迅速压入新鲜空气而排出，使施工很快进入下一工序。出渣、钻孔等其它工序作业时间，隧 洞内通风系统向工作面连续送入新鲜空气，并保 持通风机连续运转。若通风系统出现故障，所有 施工人员应迅速撤离现场，并通知维修人员立即 进行修理。爆破后通风20m in 后，由安全员配带 仪器及安全防护装置进入工作面，确认空气含量 满足施工安全要求后，进行安全检査处理和人工 洒水降尘。
6)
安全检査。排烟结束，首先由爆破工及安
全人员进入洞内进行安全检查，对发现的问题如 盲炮、险石等进行处理，对由于地质原因形成的 塌方，应立即报告主管人员，确定处理方法。
7)
出碴。经安全检査和处理之后，确认施工
环境安全，可进行爆破石碴装运，采用2台作业 能力为3m 3的装载机一前一后交错进行装碴作业， 配置20t 自卸汽车出碴至指定碴场。装碴前，对爆 破石碴进行洒水，以降低出碴粉尘。
8)
掌子面清理。出碴并经安全处理之后，并
采用人工清理工作面附近的石渣、支护处理的废 弃渣等杂物，为下一循环钻爆作业做好准备。
9)
安全观测。开挖支护之后，对开挖面附近
洞壁应加强安全检査，并按照设计及时进行岩石 收敛观测，保证围岩的稳定。对远离掌子面的已
开挖洞壁也应进行安全检査，布设岩石变形观测 仪器，派专人进行安全监测和资料分析，发现异 常情况立即发出警告，通知施工人员撤离现场， 同时采取必要的处理措施。如果在已进行设计喷 锚支护情况下，仍存在围岩不稳定的情况，采用 钢支撑进行加强支护，确保洞身、人身及设备安全。 4.5隧润支护施工
支护的主要形式有：各类锚杆、锚索、钢支撑、 挂网喷混凝土等[6]。4.5.1砂浆锚杆、锚筋桩
1)
造孔：孔位由测量根据设计图纸要求现场
布孔，手风钻造孔。钻孔时开孔偏差小于l 〇cm ， 钻孔方向垂直开挖面或岩石节理面。2) 清孔：钻孔结束后用高压风（或水）进行
清孔，并检査孔深，经清孔验收合格后方能进行
下道工序。
3)
锚杆的加工：按设计图纸长度要求在加工 厂下料、调直、除镑、除油。4) 锚杆的灌浆与安装：注浆选用SP 80型注