向家坝地下电站尾水工程安全监测与施工技术

向家坝地下电站尾水工程安全监测与施工技术

1大型地下洞室群的设计和衬砌近年来，中国在西南的高山峡谷地区也有许多大型节水项目开始建设，受到地形限制，大部分是地下水电站。工程规模的大幅提高,不单纯是工程尺寸的简单扩大,通常会引起设计、施工难度“质”的飞跃,甚至改变常规的设计理念和施工方法,因此,大型地下洞室群的设计以及超大断面洞室的开挖、衬砌是今后面临的重大难题。本文以向家坝右岸地下电站为背景,较为全面地介绍了尾水系统设计、施工的总体思路和关键技术,着重论述了在工程所处的特殊边界条件下,采取的不同于常规的设计、施工方案及其论证过程,并通过安全监测数据分析验证了该方案的合理性,以期为类似工程提供参考。2项目总结2.1尾水系统组成向家坝工程以发电为主,同时兼有改善航运、防洪、灌溉、拦沙等综合效益,总装机容量6400MW,工程主要由混凝土重力挡水坝、坝后厂房、右岸地下电站和左岸河中一级垂直升船机等组成。地下电站位于右岸山体内,由引水系统、厂房系统、尾水系统三大部分组成(见图1)。厂房内布置4台单机容量为800MW的水轮发电机组。尾水系统包括4条尾水扩散段、尾水支洞、尾水闸门室,2条变顶高尾水主洞及2个尾水出口等。尾水闸门室与主变室结合,布置于主变室的下游;尾水支洞紧接在尾水扩散段后面,断面为16.00m×20.65m(宽×高)的城门洞形;不设尾水调压室,每2条尾水支洞合为1条变顶高尾水主洞,尾水主洞标准开挖尺寸为22m×36m(宽×高);各洞室均采用钢筋混凝土衬砌。尾水出口由尾水塔及尾水渠等建筑物组成,尾水渠宽100~150m,两侧边坡坡比1∶1,采用混凝土护坡。洞室设计结构以及施工通道三维布置见图2,各洞室主要设计参数见表1。2.2尾水主洞群下发育段岩相特征地下电站尾水系统位于3T2–6–1,3T2–6–2和3T2–6–3的缓倾角岩层中,主要为厚~巨厚层的砂岩,局部呈薄~中厚层状,绝大部分为微风化~新鲜的岩体,围岩类型以II~III类为主,局部节理裂隙发育段为III类,软弱夹层为V类。岩层中未见较大断层分布,出露的层间破碎夹泥层主要有JC2–2和JC2–3。洞室顶拱层状结构面与节理切割形成的柱状块体稳定性较差,易出现洞顶掉块。尾水主洞变顶高部分为3T2–6–3岩层,多为II~III类围岩,岩性较好;尾水出口段位于强卸荷带内,分布有夹泥的长大裂隙,围岩类型为IV类,出口边坡上部的3T3岩组有民间采煤历史,浅部煤层采挖较严重,地质条件复杂。洞室区水文地质条件较复杂,分布有上、下2层基岩裂隙水,下层地下水水位低,与江水关系较密切;边坡浅部卸荷岩体透水性较强,岩体渗透性具有明显的非均质性,主要渗透通道为节理密集带、断层破碎带等透水性较强的岩体(带)。2.3特殊的施工方案(1)地下电站工程规模巨大,多项指标位居世界前列,洞室尺寸“量”的变化引起设计和施工难度“质”的飞跃,这是工程的首要特点。为此,尾水主洞采取了“先挂顶后下挖”较为特殊的施工方案,并采用爆破控制、支护跟进、动态监测和反馈等手段,安全顺利地完成了各大洞室的开挖。(2)根据工程所处的地形、地质条件,因地制宜地采用“变顶高尾水洞(不设调压室)、两机合一洞”的设计方案。(3)根据地下电站施工通道布置,综合考虑尾水系统与地下电站主厂房关键线路的关系,尾水扩散段采取了“洞内开洞”的特殊开挖方法,解除了尾水系统对关键线路的制约。(4)针对“两机合一洞”结构复杂的特点,采取爆破控制、加强支护、逐步扩大断面等手段,安全顺利地完成岔洞段开挖,并保证了洞室成型质量。3高尾水系统的设计3.1无压力室高尾洞的设计3.1.1尾水调压室设置的影响一般情况下,长输水管道的水电站通常需要设置调压室,利用调压室扩大的断面和自由水面,使输水管道中传来的水锤波发生异号反射,从而减小输水管道的水锤压强和水流惯性,以此保证机组运行稳定和供电质量。向家坝工程机组单机容量大,引用流量大,设计水头95m,若设置尾水调压室,其断面尺寸约为90m×25m(高×宽),受地形和地质条件的限制,尾水调压室布置难以避开3T3岩层;而且布置调压室将加大地下电站洞室群的规模,可能影响主厂房的洞室围岩稳定和结构安全。但是,如果仅简单地取消调压室而不采取其他措施,调节保证计算无法过关,难以确保机组稳定运行和供电质量。因此是否设置调压室,以及采用何种方案来取代调压室,被列入向家坝工程可行性研究阶段特殊专题,需通过各种方案的对比分析,选定最优方案。3.1.2尾水排岩方案比选(1)方案筛选基于电站调节品质考虑,在机组调节时间不宜过度增大的情况下,若不设调压室而又能满足调节保证计算的要求,通常采用以下方法:(1)加大尾水隧洞的断面,降低∑(LV)值(L为流道长度,V为对应的流速),或设计成明流洞;(2)增加尾水渠的开挖,缩短尾水隧洞的长度;(3)进一步降低机组安装高程。经分析计算,即使综合采用以上方法,要满足调保计算仍存在以下问题:(1)主厂房布置整体下降,其下部将处于3T2–5亚组之中,而该层岩石为泥质类软岩,岩性、厚度变化较大,性状较差,透水率大,是主厂房应该避免直接涉及的岩层;(2)受尾水出口地形的限制,过多开挖尾水出口山体,将造成尾水出口3T3岩组边坡过高,边坡处理工程量大;(3)尾水洞断面过大,对洞室围岩稳定不利。因此不宜采用以上方法。(2)变顶高尾水洞方案简介变顶高尾水洞是水电站流道设计的一项较新成果,国内研究起步较晚,目前国内大型水电站中仅在彭水电站和三峡右岸地下电站中采用。前苏联设计的越南和平电站,装机容量8×240MW,设计水头88m,采用变顶高尾水洞,1988年首台机组投产以来,运行情况良好,其布置情况与向家坝接近。以上国内外工程设计和运行的经验值得借鉴。变顶高尾水洞示意图如图3所示,其工作原理为:利用下游水位的变化(即水轮机淹没深度的变化),来保证尾水洞室有压满流段的长度不超过极限长度,使整个尾水系统始终满足过渡过程对尾水管进口处真空度的要求,从而取代尾水调压室。由图3可见,下游水位与洞顶的衔接处将尾水洞分为有压满流段和无压明流段。当下游处于低水位时,有压满流段短而无压明流段长,尾水管进口的真空度容易满足规范要求;当下游水位升高时,有压满流段变长而无压明流段变短,在发生过渡过程时尾水管负水击压力虽然会增大,但此时下游水位升高也使淹没深度增大,2种压力相互叠加,仍能使尾水管进口的真空度满足规范要求。3.1.3变顶高尾水隧道变顶方案确定向家坝变顶高尾水洞的设计须考虑工程各方面的要求,先初拟体型进行水力过渡过程数值计算,校核尾水管进口断面的最小绝对压力,逐步优化体型。体型拟定后,再用物理模型试验和数值分析相互论证,确定最终的变顶高尾水洞体型。最后再将变顶高尾水洞方案与尾水调压室方案进行综合对比,比选出最佳方案。(2)变顶高方案的数值计算和模型试验利用数值计算及模型试验的方法,研究水力、机械、调节系统在大、小波动、水力干扰过渡过程中的工作特性和稳定过程,并将数值计算程序与模型试验相互对比,验证结果的可靠性、合理性。数值计算结果表明,变顶高方案可使各项调保参数值均满足有关规范和工程设计的要求,机组稳定性较好,调节品质较高。模型试验结果表明,变顶高尾水洞在各种过渡过程工况下均运行平稳,没有产生因压力激烈变化而影响电站稳定运行的水力现象,各种控制参数均满足规范要求。对比验证计算表明,模型试验和数值计算的结果吻合度高,两者能够相互印证。(3)变顶高方案与调压室方案的对比及结论变顶高尾水洞方案与调压室方案综合对比分析详见表2。通过2种方案的对比分析,虽然两者都是可行的设计方案,但变顶高尾水隧洞方案在调节能力、工程经济性、对地下洞室群围岩稳定的影响、以及施工安全风险等方面,均明显优于调压室方案,因此最终确定采用不设尾水调压室的变顶高尾水洞方案。变顶高尾水洞衬砌后最大断面为20m×34m(宽×高)的城门洞型,控制尾水出口流速不超过4m/s,2条尾水主洞长度分别为263,199m,底部坡度为3%,顶部坡度为4%。3.2尾水系统设计由于右岸山体空间位置有限,为避免影响右岸非溢流坝段的抗滑稳定,尾水出口左侧应尽可能远离右坝肩,同时为了避开3T3岩层煤层采空区,保证尾水洞洞顶有足够的3T2–6岩体厚度,尾水出口位置往右侧也受到限制。若尾水系统按单机单洞布置,则4条尾水洞之间的净距仅有18m,围岩挖空率偏高,难以保证洞室稳定。因此尾水系统采用“两机合一洞”的设计,即2#,4#尾水支洞分别以33°夹角斜交并入1#,2#尾水主洞。这种布置虽然加大了单条尾水洞的断面,但其数量减为2条,尾水洞之间净距增至47m,对洞室稳定有利,而且工程量相对较小。3.3支护参数确定尾水系统主要结构为过流水工隧洞,洞室群的加固遵循以锚喷支护为主,钢筋混凝土衬砌为辅;以系统支护为主,局部加强支护为辅,并与随机支护相结合的设计原则。由于向家坝地下洞室规模巨大,现行的设计规范未列出跨度大于25m洞室的支护参数,因此在设计过程中,以现行的锚喷支护技术为基础,根据围岩类别,采用工程类比法初步选定主要的支护参数,再通过多种数值计算方法进行验算,从而确定合理的支护方式和参数,并对特殊部位和地质构造根据实际情况进行局部加强处理。各洞室主要的支护参数见表1。洞室衬砌浇筑后,洞室顶拱120°范围进行回填灌浆,灌浆压力0.3~0.4MPa;各洞室全断面进行围岩固结灌浆,间排距3m,入岩6~10m,灌浆压力0.5~0.7MPa。4尾水系统建设技术4.1尾水系统施工流程尾水系统主要施工内容为洞室开挖、锚杆、锚索、喷混凝土、钢筋混凝土衬砌以及衬砌回填灌浆、围岩固结灌浆。总体程序为,开挖支护→衬砌浇筑→回填、固结灌浆。其中尾水主洞工程量最大,工期最长,并为尾水支洞、尾水扩散段等洞室施工提供通道,是尾水系统施工的关键线路。现将各程序分述如下:(1)开挖支护:总体上按照自上而下、分层开挖的方案,根据实际情况,运用光面爆破、预裂爆破、梯段爆破等技术手段进行开挖。其中尾水主洞因断面巨大采用了“先挂顶、后下挖”的方案,尾水扩散段因通道问题采用了较为特殊的开挖方案。(2)衬砌浇筑:尾水主洞相对较长,且衬砌多为标准断面,因此顶拱和边墙均采用钢模台车浇筑;其余洞室长度较短,且多为渐变断面,因此采用搭设排架、拼装模板浇筑衬砌。(3)回填、固结灌浆:大部分洞室是在衬砌之后,利用浇筑搭设的排架进行回填、固结灌浆;同时,经论证,部分洞室在衬砌之前进行了无衬砌混凝土盖重的固结灌浆,衬砌之后再对顶拱做回填灌浆。4.2主孔及尾水沟的开挖4.2.1分层施工方法尾水主洞最大开挖断面达24.30m×38.15m(宽×高),为世界同类洞室之首。结合其结构特点、施工通道布置和开挖支护设备的性能等因素,自上而下分为4层开挖,分层示意见图4,各层施工方法见表3。围岩开挖后会产生应力重分布和围岩变形,从而发生掉块、塌方等现象。尾水主洞跨度大、高度高,为确保洞室稳定,必须正确处理开挖与支护的关系,在施工过程中坚持“弱爆破、强支护、勤观测”的原则。以尾水主洞顶拱层为例,除了视地质条件进行适当临时支护以外,设计的系统支护也应及时跟进开挖掌子面,但若支护距离开挖面太近,又会发生施工干扰,一般按以下原则控制:II类围岩系统支护可滞后30~50m,III类围岩支护滞后控制在5~30m范围内,IV类围岩支护应紧跟掌子面。4.2.2尾水主洞围岩支护应力分析2条尾水主洞各布置了3个断面埋设多点位移计、锚杆应力计和锚索测力计,典型监测断面见图5。安全监测的实施为独立的一个标段,紧跟土建施工进度,及时进行仪器埋设和数据采集工作,并利用监测数据指导施工。(2)多点位移计监测成果截止2011年10月中旬,所有监测断面中变形最大值为13.25mm,发生在2#尾主最靠出口的断面顶拱中心线的浅表层,其变形过程见图6,目前各测点围岩变形分布见图7,代表了大多数仪器测值随时间的发展过程和目前围岩变形的分布情况。尾主顶拱层分为中导洞开挖和左、右两侧依次扩挖3个步骤进行,受客观条件限制,图6所示的多点位移计只能在中导洞开挖后埋设。由图6可知,顶拱围岩变形在2007年底至2008年5月发生了2次台阶式增长,而这2个台阶出现的时间与顶拱左、右侧扩挖至该监测断面附近的时间基本一致,说明开挖的扰动使围岩应力重新分布,产生围岩变形。同时,按照一般规律,若顶拱分3个步骤开挖,则顶拱围岩变形也一般表现出3个台阶式的增长,而图6仅呈现了2个台阶,其原因就在于该仪器是在中导洞开挖后埋设的,一旦开挖扰动,围岩变形就开始发展,仪器未能捕捉到中导洞开挖引起的围岩变形,因此少了一个台阶的增量,这也说明了监测数据与实际施工情况相符。而从该仪器测值变化的全过程来看,顶拱开挖引起的围岩变形占全过程变形的绝大部分,中下层边墙开挖对顶拱变形的影响较小(这与节4.3.2所述,挂顶混凝土一定程度上限制了顶拱变形也有关系)。至2010年底2#尾水主洞全断面开挖完成后,该断面围岩变形趋于稳定,其中拱顶变形值的年变化量在1.5mm以内,绝大多数仪器测值变化小于0.5mm。该断面边墙的2支多点位移计于2010年7月埋设,但不久之后发生电缆损坏无法观测,因高差过大且缺乏登高设备,留待后期边墙浇筑时进行修复。图7中数据为该仪器于2010年8月7日最后一次测值,因向家坝所处地层为缓倾角岩层,边墙不易变形,加之埋设时间较短,因此数值较小。由图7可见,围岩浅表部变形最大,由表及里呈递减分布。从各断面的变形数据分析,靠出口侧断面的变形最大,靠山体内侧断面相对较小,这与断面所处地形、地质条件相吻合。设计数值计算尾水主洞顶拱围岩最大变形理论值为15.72mm,与实测变形最大值13.25mm相差很小,若加上仪器未捕捉到的中导洞开挖引起的变形量,预计将更为接近,说明开挖支护的设计参数合理,施工结果与设计相符。(3)锚杆应力计监测成果图8为尾水主洞锚杆应力发展的典型过程曲线(该断面位于2#尾主上游段,各仪器位置示意见图5,图8中的各锚杆并不是选取图5中断面的锚杆,只是同类型的锚杆位置类似)。经分析,尾水主洞锚杆应力具有如下规律:(1)大部分锚杆应力较小,目前绝大多数测值在50MPa以内,最大值约200MPa,个别锚杆应力较大主要与所在部位地质条件较差有关,对局部块体的锚固使锚杆产生较大应力;(2)多数锚杆呈受拉状态,只有少数受压;(3)大部分锚杆应力在埋设初期上升较大,后期发展较慢,目前测值均已稳定,年变化量较小;(4)锚杆应力变化与温度变化呈负相关关系;(5)受洞口地质条件较差、尾水渠爆破开挖、洞顶上方重载车辆通行等因素影响,出口断面的锚杆应力相对于洞内断面要较大。以上特点符合工程实际情况和一般工程规律。(4)锚索测力计监测成果目前,1#,2#尾水主洞锚索荷载分别为1180.55~1603.33,1011.66~1469.95kN;仅有一个测点荷载大于锁定荷载,其余测点均处于卸荷状态;随着开挖的结束和全断面衬砌的形成,锚索荷载已基本稳定。图9为尾水主洞典型的锚索荷载变化过程线,该断面位于1#尾水主洞的上游段,仪器位置见图5。(5)安全监测小结安全监测系统有效地指导了洞室施工,在开挖过程中,当发现测值异常时,及时分析研究,采取加强支护等措施,确保施工安全顺利进行。监测数据表明,尾水主洞围岩应力、应变趋于稳定,工程处于安全稳定的状态;围岩变形的实测数据与数值计算结果相符,说明洞室支护参数合理,施工质量满足设计要求。4.3主孔建成4.3.1顶拱层开挖需要解决的问题洞室衬砌的常规做法是在洞室全断面开挖完成后,自下而上分层浇筑或全断面一次浇筑,然而尾水主洞特大断面的衬砌难以采用常规施工程序,因此根据实际情况,采取了顶拱层开挖后浇筑挂顶混凝土衬砌,然后再开挖中下部,最后浇筑底板和边墙的方案,主要基于以下考虑:(1)洞室高度大,顶拱部分浇筑难度大。尾水主洞最大开挖高度38m,若全断面开挖完成后再衬砌,将存在如下问题:顶拱部分浇筑立模必须依靠承重结构,该结构相当于13层楼高,设计制造和运行都非常困难,钢筋安装和混凝土输送也有一定难度。而在顶拱层开挖后就浇筑挂顶混凝土,高度减小为13m,剩下的边墙高度虽仍有25m,但边墙浇筑立模不需承重结构,极大地减小了施工难度和工程投资。(2)地质条件复杂,开挖工期长,不可预见因素多。向家坝所处地层为缓倾角岩层,围岩中不稳定或稳定性较差的块体主要在顶拱,容易发生塌方、掉块,而且洞室处于河床水位以下,地下水丰富。尾水主洞工程量大,受施工通道限制,开挖历经3a时间,虽然初期的喷锚支护可基本保证围岩稳定,但长时间的暴露风化,加之裂隙水的淘蚀,可能发生局部掉块、塌方,并有可能进一步引发大面积塌方,危及工程安全。先浇筑挂顶混凝土则可以较早地封闭和支撑顶部围岩,通过锚杆将混凝土拱和围岩连成整体,形成联合受力结构,避免掉块、塌方,有利于施工期洞室结构安全。挂顶混凝土和边墙混凝土均采用轮轨式钢模台车浇筑,台车由专业厂家设计制造,2条尾水主洞共用1套浇筑设备,可快速、高质量地浇筑混凝土。4.3.2注意事项4.3.2.挂顶混凝土受力分析挂顶混凝土自身重力依靠系统锚杆(锚杆外露1.5m浇入挂顶混凝土)的抗拉力、抗剪力,以及岩石拱和混凝土拱之间的摩擦力、黏聚力来承受。系统锚杆的抗力计算较为简单,根据设计参数计算,锚杆锚固力足以承受挂顶混凝土的重力,因此受力分析时锚杆锚固力以外的抵抗力均作为安全储备;岩石拱与混凝土拱之间的摩擦力、黏聚力的抵抗力也相当大,但力学系数难以选取,不易准确计算。为增强挂顶混凝土的稳定性,通常有2种方法:(1)在拱脚部位开挖形成一个岩台,作为挂顶混凝土的支座;(2)将挂顶混凝土体型延伸至直墙一定范围,以增加混凝土与围岩的摩擦力和黏聚力。前者对围岩稳定存在一定影响,也增加了开挖难度,同时尾水洞出口段地质条件较差,难以开挖成型。本工程参照彭水电站尾水隧洞的做法,将起拱线以下的3m直墙段与顶拱一起浇筑,以2m厚度的衬砌为例,挂顶混凝土体型见图4。4.3.2.顶拱开挖的防护措施及效果(1)开挖爆破的影响:爆破震动将在混凝土内部产生动应力,根据经验公式:式中:uf072为衬砌密度(kg/m3),Сp为介质的纵波声速(m/s),V为爆破峰值质点震动速度(m/s)。衬砌密度uf072≈2500kg/m3,纵波声速Сp=4000~5000m/s,当V=10cm/s,将在衬砌内产生1.0~1.25MPa的动应力,接近C25强度等级混凝土的设计抗拉强度,因此工程上通常要求将爆破质点震动速度控制在10cm/s以内,此处进一步按6~8cm/s控制。为此,采取了下述措施:(1)适当加大第I层的分层高度,开挖了3.5m高的附加层,加大挂顶混凝土与第II层开挖的距离;(2)在挂顶之前提前完成第II层的结构线预裂爆破,利用预裂缝面大幅消减爆破振动波;(3)开展爆破试验,动态调整和优化爆破设计。此外,还通过在爆破区铺钢丝网、压沙袋,在挂顶混凝土底部挂竹条板等手段,避免爆破飞石损坏混凝土面。(2)围岩变形的影响:在洞室下部开挖过程中,顶拱围岩仍然会发生一定变形,从而对挂顶混凝土应力、应变和安全稳定产生影响。为此,利用ABAQUS有限元软件对挂顶混凝土浇筑后至全断面开挖完成的不同工况进行了仿真模拟计算,计算步骤见图10。经计算,部分工况下挂顶混凝土的应力分布见图11。由图11可知,在挂顶混凝土浇筑期间和后期开挖过程中,挂顶混凝土未出现较大应力分布,最大拉应力1.52MPa出现在挂顶混凝土边墙底部,最大压应力-12.14MPa出现在顶拱的底部,挂顶混凝土本身的强度及稳定均满足设计要求,但在挂顶混凝土施工期间,由于自重作用,在挂顶混凝土与围岩的接触面会产生一定的拉应力(最大径向拉应力0.215MPa,发生在顶部位置)。尽管计算结果表明能够保证挂顶混凝土安全稳定,但衬砌与围岩的接触面可能由于实际施工过程中的不确定因素,成为薄弱环节,因此最终采取了加强措施,即在拱座处设置3排100kN的预应力锚杆(见图4),增强挂顶混凝土结构与围岩接触面的稳定性。另外还在下挖施工中及时支护开挖面,限制围岩变形,减小对挂顶混凝土的影响。经现场查勘,未见挂顶混凝土出现应力性裂缝。此外,下部开挖产生的围岩变形与挂顶混凝土之间的作用是相互的,挂顶混凝土在承受围岩变形荷载的同时,也在协助围岩承受底部开挖荷载,进而限制了围岩变形,这也是采用“先挂顶、后下挖”方案的一大优势。监测数据可与之印证:顶拱围岩应力、应变主要发生在顶拱开挖期间,中下部开挖对顶拱围岩影响较小,呈现出平稳、小量级的增长;大多数仪器测得边墙围岩变形小于1mm,最大2.15mm,且发展已趋于稳定。4.3.2.混凝土浇筑实例先浇筑上部的挂顶混凝土,后期再浇筑下部的边墙,存在新老混凝土结合的问题。为此将挂顶混凝土底部的结合面设计为斜面(见图4),并利用尾水主洞顺水流方向设计4%纵坡的有利条件,将最顶部50cm高度的边墙采用流动性好的自密实混凝土,使其受重力作用能沿2个方向流动,浇筑时观察到最高处有混凝土溢出,说明已将结合面浇筑密实。其次是在下挖之前将挂顶混凝土结合面凿毛,避免下挖后高差大难以实施。另外,将挂顶混凝土跨结合面外露的钢筋涂抹锌粉,避免长期暴露而腐蚀。4.4特殊开挖尾水段的方法4.4.1尾扩第i层开挖的影响尾水扩散段投标方案分3层开挖:从尾水主洞经尾水支洞进入尾水扩散段开挖第I层;以4#施工支洞为通道开挖第II,III层。实际施工时,受征地、移民影响,前期辅助工程进度滞后,进入尾水主洞顶部的6#施工支洞晚于合同工期9个月形成,因此尾扩第I层的开挖不能再从尾水主洞进入,否则不仅其自身的进度难以满足要求,还将影响到主厂房这一关键线路的施工。由此,4#支洞成为尾扩开挖的唯一通道,但其顶部与4#支洞最大高差约24m(见图1),顶部三角体的开挖是个难点。4.4.2尾扩尾支开挖为解决尾扩开挖问题,进行了多方案比选,根据“两机合一洞”、洞室断面大等工程特点,采取了如下施工方案:(1)在尾扩、尾支设计断面内开挖小导洞,从4#支洞经2#尾支先往下游再折回上游,爬坡进入尾扩、尾支顶部(见图2中TD1~TD4),然后逐层下挖,3#,4#尾扩和尾支同理通过图2中TD5~TD8进行开挖;(2)同时,从4#支洞往上游开挖小导洞TD9~TD12,作为主厂房底部的施工通道。尾扩和部分尾支的开挖按图1中I→II→III→IV的顺序分区进行,各区域开挖采取中部拉槽爆破,两侧保护层光面爆破。该施工方案如同折线型楼梯,来回2次爬坡,在有限空间内,克服了较大高差形成施工通道。最大坡度14%,最小转弯半径15.4m,基本可以满足机械设备通行要求。所有施工导洞均在设计开挖范围以内,不额外增加工程量。4.4.3开洞过程中的围岩位移风险该施工方案较为特殊,需注意以下问题并采取一定保障措施:(1)保证洞室之间围岩厚度。有限的空间内布置了多个洞室,洞室之间围岩厚度至少须保证一倍洞径以上,否则容易发生围岩坍塌。因此各导洞开挖过程中,应避免洞轴线偏差,并严格控制超挖。(2)重视支护,提前锁口。该部位洞室分布密集,围岩挖空率高,局部应力条件复杂,因此除了对设计开挖面及时进行系统支护以外,对临时开挖面也应视地质条件和结构特点进行及时和足量的临时支护,以保证施工期间的安全;特别是洞室交叉部位,开洞之前在洞室周圈施打1~2排锁口锚杆,有利于交叉口开挖成型和稳定。(3)重视安全监测。在上下层洞室交错的部位布设监测断面,监控围岩变形,变形速率过大则进行预警。4.5尾水沟段的挖掘技术4.5.1两洞斜交,围岩应力集中尾水支洞与尾水主洞相交的洞段称为尾水岔洞(见图12~14)。两洞断面较大,再加之两洞斜交,相交面的跨度达35.46m,洞室安全稳定问题突出;两洞交叉形成的三角岩体应力集中现象严重,对围岩稳定不利,对爆破开挖