摘 要：湖北白莲河抽水蓄能电站输水系统尾水工程下库出（进）水口扩散段，洞高13m～16m，开挖高程EL68～EL84，单洞进口跨度13m，出口跨度26.6m，为长方形渐变段，属特大断面隧洞。该部位爆破开挖时采用“内外侧上导洞开挖（先外后内）、中间上部扩挖、下部中导洞开挖和下部内外侧扩挖”的施工方法。根据围岩地质条件，确定施工程序、支护方法和爆破参数等，实现了该部位安全施工生产并确保了施工质量。

关键词：白莲河抽水蓄能电站；尾水工程；扩散段；导洞；爆破开挖

1 工程概况及工程地质

1.1 工程概况

白莲河抽水蓄能电站位于湖北省黄冈市罗田县白莲河乡境内，白莲河水库右坝头上游侧。电站输水系统尾水工程下库出（进）水口共布置2条尾水隧洞，扩散段隧洞布置于尾水闸门井后，斜长25.375m，桩号K0+16～K0+36.919，洞高13m～16m，开挖高程EL68～EL84，单洞进口跨度13m，出口跨度26.6m，为长方形渐变段，属特大断面隧洞，对开挖、支护的要求很高。主要工程量见下表1：

表1 主要工程量表

石方开挖 Φ25钢筋锚杆 喷锚砼C25

（m3） L=4.5m（根） L=5m（根） L=9m（根） （m3）

12673 218 110 110 203

1.2 工程地质

尾水隧洞地面高程为开挖后的EL111平台，隧洞埋深约30m。基岩以灰白色中细粒花岗岩为主，出口段及部分断层带两侧分布有肉红色细粒花岗岩，局部段为含气孔状花岗岩，从已开挖尾水洞段和下库出（进）水口基坑看，岩体总的特征是断层及节理裂隙发育，F8断层穿过，且汛期渗水严重。岩体除局部呈次块状结构外，大多呈镶嵌～碎裂结构，结构面产状以NE和NW方向为主，断层带一般无胶结，节理大部分充填泥膜或1～5mm的泥。沿勘探平洞洞壁统计的岩体岩石质量指标RQD（Rock Quality Designation）值大多在20%～50%之间。结构面走向以NE和NW方向为主，岩体RQD值较低。围岩类别以Ⅲ类为主。

2 施工综述

2.1 施工布置

施工用风、水、电利用已布置的管线直接延伸至工作面，并随此处开挖逐段移设。因洞内开挖支护早已经完成，同时又采用从外侧向内施工的方法，内外场地开阔通风条件较好，不需要辅助通风设备，因此采用自然通风散烟。

2.2 开挖施工流程

锁口锚杆施工→上层导洞开挖、支护→上层扩挖、支护→下层中导洞开挖→下层扩挖、支护。

3 扩散段开挖施工技术措施

由于扩散段洞室断面跨度较大，加之工期紧、任务重，为确保整个工程的安全度汛，同时保证工程开挖施工安全及质量，提高开挖的进度，根据围岩地质条件，本次开挖采用断面分部分层的开挖方式。

3.1 扩散段开挖图

3.1.1 扩散段开挖程序图（图1）

3.1.2 扩散段平面图（图2）

3.2 扩散段开挖施工方案

3.2.1 内外侧上导洞施工（先外后内）

上层开挖采用上导洞先行，待导洞贯通后再进行扩挖。在导洞开挖前，首先进行锁口锚杆的施工，根据设计图纸 要求，在距离开挖断面0.5m、1.5m的位置施工2排Ф28，L=9.0m的锁口锚杆。导洞开挖尺寸为9m×9m，顶部开挖到位，采用中间锥形掏槽、周边光面爆破的施工方法。掏槽孔采用圆锥形布孔，孔深350cm，孔距30cm；其它爆破孔深300cm，孔排距为80cm～100cm，周边孔间距为50cm。爆破孔全部采用φ32乳化炸药进行装药，堵长为80～120cm；周边光爆孔药卷绑在竹片上，底孔装一只φ32药卷，其它采用半节φ25药卷间隔35cm装药；采用非电雷管进行引爆。爆破拟定单耗为0.80～0.95kg/m3，最大单响控制在20kg以内。

导洞完成后，对开挖成形部位及时按设计支护形式进行锚杆支护和挂网喷混凝土，并根据围岩情况在开挖之前进行超前锚杆支护和采取中空系列有压锚杆支护，使围岩形成自承载圈，确保围岩自身稳定。

3.2.2 上层扩挖

上层扩挖时以靠近导洞一侧的爆破为临空面，开挖结构面采用光面爆破，光爆孔孔深300cm，孔距50cm，其余爆破孔孔深300cm，孔距100～120cm；爆破时采用非电雷管进行引爆，堵长80～120cm，爆破单耗拟定为0.50～0.65kg/m3。最大单响控制在20kg以内。开挖完成后，按设计支护形式进行顶部锚杆施工。

3.2.3 下层中导洞开挖

下部中导洞开挖尺寸宽9m，底部到位；爆破孔深300cm，孔距100～120cm；底板采用光面爆破，孔距50cm；爆破时采用非电雷管进行引爆，堵长80cm，爆破单耗拟定为0.50～0.70kg/m3。

3.2.4下层扩挖

两侧边墙扩挖时，爆破孔深300cm，孔距100～120cm，周边采用预裂，孔距50cm，预裂孔药卷绑在竹片上，底孔装一只φ32药卷，其它采用半节φ25药卷间隔25cm装药，堵长80cm；采用非电雷管进行引爆。爆破拟定单耗为0.50～0.65kg/m3。最大单响控制在20kg以内。开挖后应立即按设计支护形式对边墙进行锚杆和挂网喷混凝土施工。

对穿预应力锚索施工部位在内侧完成扩挖后，根据地质条件适当增加随机锚杆支护并完成挂网喷混凝土施工，当两条洞室都具备工作面时再进行施工。

出渣采用PC220液压挖掘机配合一台ZL40C侧卸装载机装渣，15T、20T自卸运输车出渣，PC220挖机清理掌子面松渣及处理安全。

图1 扩散段开挖施工程序示意图

（高程单位：m；长度单位：mm）

图2 尾水隧洞扩散段平面图与剖面图

（高程单位：m； 长度单位：mm）

3.3 扩散段爆破参数表

表2 扩散段爆破参数

3.4 爆破控制

在施工过程中除对混凝土表面进行保护外，要严格控制爆破震动对混凝土的震动破坏，避免出现裂缝等质量缺陷。根据《水利水电工程施工手册土石方工程》及《爆破安全规程实施手册》进行爆破安全距离计算，新浇混凝土爆破震动安全距离R：

R—爆破震动安全距离m，指爆源点中心到被保护对象之间的距离；K—爆破点到计算保护对象之间的地形、地质条件有关的系数，由于该段岩石较坚硬、裂隙发育等地质原因，结合该部位实际开挖情况和建筑物结构进行综合分析，K取40；v—质点震动速度cm/s，该部位混凝土28d达到设计强度，混凝土允许震动波速度为19cm/s；α—衰减系数，由于该部位岩石节理、裂隙发育等地质因素进行综合分析，α取2.0；Q—炸药量kg，齐发爆破总药量或最大一段爆破总药量，根据岩塞开挖爆破设计图，最大单响药量为24kg。

由此计算得新浇混凝土爆破震动安全距离

由于新浇混凝土距爆源点的最小距离为5m大于允许爆破震动安全距离4.19m，在施工过程中严格按照爆破设计进行孔深、装药量、装药结构及爆破网络控制，可以确保混凝土质量、安全，爆破震动对新浇混凝土无影响。

3.5 支护施工

支护形式主要施工砂浆锚杆、预应力锚杆、同时进行网喷混凝土等。支护与开挖面距离，对于Ⅱ、Ⅲ类围岩其间距可滞后于掌子面15～20m跟进交叉作业；因该部位地质条件较好，同时为了提高施工进度，避免频繁的交叉作业带来的不利影响，除对局部危岩进行随机支护及时封闭外，支护一般放在一个开挖阶段完成后统一进行。锚杆、喷砼等工序施工严格按照相关个规范进行性。不良地质段施工时，加强围岩变形监测，采取预注浆、超前锚杆和锚喷支护等联合处理措施，确保围岩稳定和施工安全。

4 结语

本次扩散段开挖技术方案，经实践证明是可行的。本方案不仅保证了尾水工程扩散段的顺利施工，也为其他大断面隧洞扩挖工程的施工提供参考。针对大断面隧洞扩挖施工，特提出以下建议：

4.1 施工过程中，应根据设计提供的地质资料和开挖揭示出的岩类性质，在试验的基础上，进行孔位布置、周密设计和合理的钻爆参数控制，尽量减小对围岩的破坏，确保洞挖质量。事实证明，输水系统洞挖遵循“新奥法”的光爆、喷锚、量测三大原则，施工就能顺利进行。

4.2 对于特大断面洞室开挖，采用“先导洞后扩挖”的施工工艺较合适。 可以显著提高炮孔利用率，增大循环进尺。由于导洞作为较好的临空面，炮孔利用率可以达到95%以上，单循环进尺可以达到3m。同时节约火工材料单位消耗量，提高经济效益。

4.3 光面爆破是采用了对围岩扰动最小的1种掘进方法，不仅可避免过多的超欠挖，且有利于岩壁的平整度，减少衬砌工程量，保护了围岩，这也是新奥法的基本原则之一。但光面爆破应根据不同地质条件及时调整有关参数，才能获得较好的效果。

4.4 对于特大洞室开挖采用，多层多导洞施工，增加了洞室施工的工作面，比传统施工方法提高了工作效率，加快了施工进度，保证工程施工任务安全顺利完成，保证了工程工期，同时由于技术方案的科学合理，取得了较好的经济效益。

作者简介：张伟（1981- ），男，本科，专业农业水利工程，工程师，从事水利工程管理。

图2 尾水隧洞扩散段平面图与剖面图

（高程单位：m； 长度单位：mm）

3.3 扩散段爆破参数表

表2 扩散段爆破参数

3.4 爆破控制

在施工过程中除对混凝土表面进行保护外，要严格控制爆破震动对混凝土的震动破坏，避免出现裂缝等质量缺陷。根据《水利水电工程施工手册土石方工程》及《爆破安全规程实施手册》进行爆破安全距离计算，新浇混凝土爆破震动安全距离R：

R—爆破震动安全距离m，指爆源点中心到被保护对象之间的距离；K—爆破点到计算保护对象之间的地形、地质条件有关的系数，由于该段岩石较坚硬、裂隙发育等地质原因，结合该部位实际开挖情况和建筑物结构进行综合分析，K取40；v—质点震动速度cm/s，该部位混凝土28d达到设计强度，混凝土允许震动波速度为19cm/s；α—衰减系数，由于该部位岩石节理、裂隙发育等地质因素进行综合分析，α取2.0；Q—炸药量kg，齐发爆破总药量或最大一段爆破总药量，根据岩塞开挖爆破设计图，最大单响药量为24kg。

由此计算得新浇混凝土爆破震动安全距离

由于新浇混凝土距爆源点的最小距离为5m大于允许爆破震动安全距离4.19m，在施工过程中严格按照爆破设计进行孔深、装药量、装药结构及爆破网络控制，可以确保混凝土质量、安全，爆破震动对新浇混凝土无影响。

3.5 支护施工

支护形式主要施工砂浆锚杆、预应力锚杆、同时进行网喷混凝土等。支护与开挖面距离，对于Ⅱ、Ⅲ类围岩其间距可滞后于掌子面15～20m跟进交叉作业；因该部位地质条件较好，同时为了提高施工进度，避免频繁的交叉作业带来的不利影响，除对局部危岩进行随机支护及时封闭外，支护一般放在一个开挖阶段完成后统一进行。锚杆、喷砼等工序施工严格按照相关个规范进行性。不良地质段施工时，加强围岩变形监测，采取预注浆、超前锚杆和锚喷支护等联合处理措施，确保围岩稳定和施工安全。

4 结语

本次扩散段开挖技术方案，经实践证明是可行的。本方案不仅保证了尾水工程扩散段的顺利施工，也为其他大断面隧洞扩挖工程的施工提供参考。针对大断面隧洞扩挖施工，特提出以下建议：

4.1 施工过程中，应根据设计提供的地质资料和开挖揭示出的岩类性质，在试验的基础上，进行孔位布置、周密设计和合理的钻爆参数控制，尽量减小对围岩的破坏，确保洞挖质量。事实证明，输水系统洞挖遵循“新奥法”的光爆、喷锚、量测三大原则，施工就能顺利进行。

4.2 对于特大断面洞室开挖，采用“先导洞后扩挖”的施工工艺较合适。 可以显著提高炮孔利用率，增大循环进尺。由于导洞作为较好的临空面，炮孔利用率可以达到95%以上，单循环进尺可以达到3m。同时节约火工材料单位消耗量，提高经济效益。

4.3 光面爆破是采用了对围岩扰动最小的1种掘进方法，不仅可避免过多的超欠挖，且有利于岩壁的平整度，减少衬砌工程量，保护了围岩，这也是新奥法的基本原则之一。但光面爆破应根据不同地质条件及时调整有关参数，才能获得较好的效果。

4.4 对于特大洞室开挖采用，多层多导洞施工，增加了洞室施工的工作面，比传统施工方法提高了工作效率，加快了施工进度，保证工程施工任务安全顺利完成，保证了工程工期，同时由于技术方案的科学合理，取得了较好的经济效益。

作者简介：张伟（1981- ），男，本科，专业农业水利工程，工程师，从事水利工程管理。

图2 尾水隧洞扩散段平面图与剖面图

（高程单位：m； 长度单位：mm）

3.3 扩散段爆破参数表

表2 扩散段爆破参数

3.4 爆破控制

在施工过程中除对混凝土表面进行保护外，要严格控制爆破震动对混凝土的震动破坏，避免出现裂缝等质量缺陷。根据《水利水电工程施工手册土石方工程》及《爆破安全规程实施手册》进行爆破安全距离计算，新浇混凝土爆破震动安全距离R：

R—爆破震动安全距离m，指爆源点中心到被保护对象之间的距离；K—爆破点到计算保护对象之间的地形、地质条件有关的系数，由于该段岩石较坚硬、裂隙发育等地质原因，结合该部位实际开挖情况和建筑物结构进行综合分析，K取40；v—质点震动速度cm/s，该部位混凝土28d达到设计强度，混凝土允许震动波速度为19cm/s；α—衰减系数，由于该部位岩石节理、裂隙发育等地质因素进行综合分析，α取2.0；Q—炸药量kg，齐发爆破总药量或最大一段爆破总药量，根据岩塞开挖爆破设计图，最大单响药量为24kg。

由此计算得新浇混凝土爆破震动安全距离

由于新浇混凝土距爆源点的最小距离为5m大于允许爆破震动安全距离4.19m，在施工过程中严格按照爆破设计进行孔深、装药量、装药结构及爆破网络控制，可以确保混凝土质量、安全，爆破震动对新浇混凝土无影响。

3.5 支护施工

支护形式主要施工砂浆锚杆、预应力锚杆、同时进行网喷混凝土等。支护与开挖面距离，对于Ⅱ、Ⅲ类围岩其间距可滞后于掌子面15～20m跟进交叉作业；因该部位地质条件较好，同时为了提高施工进度，避免频繁的交叉作业带来的不利影响，除对局部危岩进行随机支护及时封闭外，支护一般放在一个开挖阶段完成后统一进行。锚杆、喷砼等工序施工严格按照相关个规范进行性。不良地质段施工时，加强围岩变形监测，采取预注浆、超前锚杆和锚喷支护等联合处理措施，确保围岩稳定和施工安全。

4 结语

本次扩散段开挖技术方案，经实践证明是可行的。本方案不仅保证了尾水工程扩散段的顺利施工，也为其他大断面隧洞扩挖工程的施工提供参考。针对大断面隧洞扩挖施工，特提出以下建议：

4.1 施工过程中，应根据设计提供的地质资料和开挖揭示出的岩类性质，在试验的基础上，进行孔位布置、周密设计和合理的钻爆参数控制，尽量减小对围岩的破坏，确保洞挖质量。事实证明，输水系统洞挖遵循“新奥法”的光爆、喷锚、量测三大原则，施工就能顺利进行。

4.2 对于特大断面洞室开挖，采用“先导洞后扩挖”的施工工艺较合适。 可以显著提高炮孔利用率，增大循环进尺。由于导洞作为较好的临空面，炮孔利用率可以达到95%以上，单循环进尺可以达到3m。同时节约火工材料单位消耗量，提高经济效益。

4.3 光面爆破是采用了对围岩扰动最小的1种掘进方法，不仅可避免过多的超欠挖，且有利于岩壁的平整度，减少衬砌工程量，保护了围岩，这也是新奥法的基本原则之一。但光面爆破应根据不同地质条件及时调整有关参数，才能获得较好的效果。

4.4 对于特大洞室开挖采用，多层多导洞施工，增加了洞室施工的工作面，比传统施工方法提高了工作效率，加快了施工进度，保证工程施工任务安全顺利完成，保证了工程工期，同时由于技术方案的科学合理，取得了较好的经济效益。

作者简介：张伟（1981- ），男，本科，专业农业水利工程，工程师，从事水利工程管理。