摘要   橙子沟水电站发电引水隧洞全长17.2km，开挖断面φ11.5m～φ12.5m，与同类型工程相比属国内超长大断面引水隧洞，围岩主要为薄层石英黑云母片岩、绢云母片岩和炭质千枚岩，近水平层理、岩性软弱，遇水易风化崩解、易卸荷变形，尤其对隧洞顶拱稳定极为不利，不仅给施工带来了很大难度，也给施工期安全工作提出了更高的要求。文章详细介绍了不良地质条件下大断面超长软岩引水隧洞快速开挖综合配套施工技术，缩短施工工期，降低施工成本方面取得了较好效果。

关键词   大断面超长软岩  引水隧洞   快速开挖施工

1. 工程概况

橙子沟水电站位于白龙江干流甘肃省陇南市境内，水电站装机容量115MW，为径流引水式水电站，设计引用流量260.5m3/s，设计水头50.3m。引水隧洞沿白龙江右岸布置，隧洞全长17.2km，纵向坡比为0.19%。引水隧洞为圆形断面，开挖洞径为11.3m、11.7m、12.1m，Ⅲ、Ⅳ类围岩采用钢筋混凝土全断面砌衬，衬砌后洞径均为10.5m。与同类型工程相比是目前国内水电建设项目中洞线最长，洞径最大的发电引水隧洞工程之一，开挖施工技术难度较大。

2. 工程地质条件

引水隧洞所穿越围岩多为薄层石英黑云母片岩、绢云母片岩和炭质千枚岩，近水平层理，呈薄层状褶皱构造，一般单层厚1～5cm，局部扭曲、揉皱，岩性软弱（变形模量为1.8～2.3GPa，弹性模量为3.0～4.4GPa，均较低），遇水易软化（岩石软化系数为0.75），且夹层、片理发育，易卸荷变形，尤其对隧洞顶拱稳定极为不利。洞轴与岩层走向间夹角大的接近90o，小的仅12.5o;岩层倾角70o至85o，裂隙组合多种多样。按工程岩体级别的划分标准，大部分为Ⅳ類围岩，少量Ⅲ类围岩;引水隧洞上覆岩体最小埋深为22m， 最大埋深为750m。

3. 施工技术难点和关键点

引水隧洞围岩地质条件复杂、开挖断面大、围岩稳定性差，施工难度大、安全风险高;隧洞单向开挖长度长、施工工期紧、施工强度高，需合理布置施工通道、施工通风和选择适合的开挖施工方法及钻爆参数是实现隧洞快速开挖施工，缩短工期、降低施工成本，保证引水隧洞按期安全贯通的关键。

4. 总体开挖施工方案选定

4.1长隧洞施工支洞布置选定

施工支洞的数量、布置选择是否合理，很大程度上决定了长隧洞施工的难度及进度，从而决定着整个项目的总工期。经对原施工支洞布置设计方案进行优化后施工支洞布置充分考虑了支洞与隧洞交叉段洞轴线交角和所控制的隧洞上下游施工距离要均衡及交叉段地质围岩条件的稳定性、交叉段隧洞中心高程线为中部相接，形成“长洞短打”，不仅减少运输费用，还有效降低了长隧洞的施工难度，加快了施工进度，方便洞内交通和减少后期该部位下层开挖后台阶高度过大的影响。

4.2长隧洞开挖方法选定

由于本工程地质条件及施工特点因素制约，只能采取钻爆法进行隧洞开挖施工，且钻爆法一般分为全断面开挖、台阶法开挖和分部开挖三种。考虑到引水隧洞围岩地质条件差，大部为Ⅳ类围岩，具开挖断面大，岩性软弱，易风化、崩解的特点，在“新奥法”施工原理基础上为确保开挖洞室围岩稳定，原方案是采用台阶法进行施工，虽然台阶法相对于全断面法来说，一次开挖的断面和高度都比较小，且只需配备中型自制钻爆台车即可施工;虽增加对围岩的扰动次数，但台阶有利于开挖面的稳定，尤其是上部开挖支护后，下部作业较为安全，但上下部作业有一定的干扰，对施工进度影响较大。为此，为加快隧洞施工进度，早日贯通，在借鉴其它类似工程施工经验的基础上，针对全断面开挖、台阶法开挖施工方法的施工方式及适用条件，综合这两种施工方法的优点，采用按上层（2/3洞径）、下层方式（半断面法）进行开挖施工，即首先进行引水隧洞的上层开挖，待引水隧洞贯通后再进行下层开挖。

4.3长隧洞施工通风方式选定

根据隧洞通风量计算和结合引水隧洞开挖断面大、洞线长的特点采取压入式通风为主，吸出式为辅的通风方式，选取110kW轴流风机作为压风机， 55kW风机作为吸风机。在每条支洞口附近布置一台110KW轴流通风机，并安装1根φ120cm风筒向洞内通风，风筒布置在支洞顶拱中部。引水隧洞开挖时在交叉段安装分叉，在引水洞中上部安装φ120cm风筒向上下游延伸，为引水隧洞石方洞挖通风。引水隧洞内每隔1000m加一个55kW的接力压风机，保证通风压力。在每条支洞与引水隧洞交叉段处设一台55kW的风机作为吸风机，向洞外抽风。通风机配置Φ120cm的PVC增强维纶布拉链式风管，爆破后及时向工作面压入新鲜空气，缩短散烟时间，提高施工效率，同时改善洞内的施工环境，为作业人员健康提供良好的保障。

5.软岩长隧洞快速开挖施工技术

5.1施工支洞与隧洞交叉段快速开挖施工

5.1.1交叉段开挖施工

由于交叉段洞室断面较大，是隧洞开挖施工中的难点，交叉段开挖施工措施采取分区（Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区）、分块、短进尺、弱爆破的施工方法向前掘进。交叉段开挖前必须完成支洞锁口锚杆、钢支撑、网喷砼支护，为便于进行钢支撑支护，保证隧洞的安全，对交叉口引水隧洞顶拱部位进行局部扩挖，顶部扩挖既要满足主洞设计开挖体型要求，又要保证主洞钢支撑将受力传到支洞最后一榀支洞钢支撑。

5.1.2交叉段支护施工

在交叉段主洞上下游10～15m范围内进行加强型初期支护。初期支护采用20#工字钢，支洞段间距0.5～0.8m，主洞段间距0.8m，工字钢间用Φ25连接筋加固，间距0.8m;支洞与主洞相交的边墙和顶拱采用锁口锚杆进行加固，主洞开挖前在中心高程以上增加超前锚杆。同时分层喷射25cm厚混凝土包裹钢支撑，使支护结构与围岩形成整体拱效应。另外在交叉段钢支撑支护完成后，采用长锚杆进行深层加强支护，同时在主洞与施工支洞轴线相交的顶拱及拱肩部位布设监测点，定期进行收敛变形监测，掌握围岩变形情况，确保交叉段的施工期安全。