水電站地下廠房開(kāi)挖與支護(hù)方案探討

嚴(yán) 宏，楊 波

（葛洲壩集團(tuán)五公司，湖北 宜昌 443002）

1 引言

水電站地下廠房是水電站開(kāi)發(fā)形式的一種，廠房埋在較深的巖層中，能較好的利用圍巖的穩(wěn)定性提高廠房的整體性，較好的解決修建大壩和壩址地形地貌帶來(lái)的不利條件，較好的解決了輸水、發(fā)電和大壩安全等諸因素的相互影響，因此在我國(guó)西南地區(qū)的水利工程中得到廣泛應(yīng)用。但是地下施工對(duì)電站建設(shè)工程地質(zhì)條件要求頗高，遇到巖層破碎帶或大的構(gòu)造帶，施工處理非常復(fù)雜，對(duì)施工單位和設(shè)計(jì)單位提出較高的要求。本文結(jié)合我國(guó)四川境內(nèi)某水電站地下廠房洞室開(kāi)挖施工工藝，對(duì)開(kāi)挖過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行研究，并提出了合理的解決方案，為類似工程施工提供參考。

2 工程概況

某水電站位于我國(guó)四川省境內(nèi)岷江干流，為引水式電站，電站裝機(jī)容量為3×60 MW，發(fā)電經(jīng)110 kV高壓電送入電網(wǎng)。水電站主副廠房、主變壓器洞、引水隧洞、尾水隧洞、母線洞均為地下洞室結(jié)構(gòu)，其中主副廠房及安裝場(chǎng)直線布置，電站廠房設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)50 a一遇，最大下泄流量Q＝1 103 m3/s，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)200 a一遇，最大下泄流量Q＝1 194.7 m3/s。地下廠房至尾水調(diào)壓井的出露地層為寒武系二道水組灰?guī)r，奧陶系下統(tǒng)灰綠色砂質(zhì)頁(yè)巖夾少量薄層紫紅色黏土巖、石英砂巖、泥質(zhì)灰?guī)r；奧陶系中統(tǒng)龜裂紋灰?guī)r；志留系龍馬溪組灰黑色頁(yè)巖等。

3 工程開(kāi)挖及支護(hù)方案

本電站地下洞室主要建筑物由主洞室（主副廠房、開(kāi)關(guān)站、主變室）、出線洞、交通洞、尾水洞、尾水閘門(mén)室洞、排水洞等組成。主變布置在主廠房左端頭，與主機(jī)在同一洞室里，主變室、主廠房、副廠房呈一字型布置，依次為安裝間、主機(jī)間、主變室、副廠房，地下GIS室布置在主變室上層。尾水閘門(mén)室洞布置在主廠房下游34 m處，與主洞室平行布置。尾水洞接閘門(mén)室洞。交通洞從右端與安裝間連接。出線兼通風(fēng)洞利用主洞室左端1#施工支洞，該洞也兼安全洞。

3.1 主要洞室開(kāi)挖方案

地下洞室開(kāi)挖施工主要利用1#～4#施工支洞、進(jìn)廠交通洞、尾水洞及尾水支洞。地下廠房洞室施工圍繞主副廠房及安裝間這一關(guān)鍵線路展開(kāi)。在主副廠房及安裝間、尾水尾水閘室等大洞室采用分層開(kāi)挖支護(hù)，層內(nèi)多工序平行流水作業(yè)，在立體上進(jìn)行平行、交叉施工，形成“平面多工序、立體多層次”的施工作業(yè)方式。主廠房開(kāi)挖共分6層，開(kāi)挖施工道路規(guī)劃為：廠房Ⅰ、II層為1#施工支洞；廠房Ⅲ、Ⅳ層為進(jìn)廠交通洞；廠房第V層為2#施工支洞；廠房第Ⅵ層為尾水洞。

尾水閘門(mén)室是本次開(kāi)挖的另一處主要洞室，平面尺寸7.0 m×32.8 m，第一層與4#支洞相連，第三層與尾水洞、3#支洞相連。上層采用三臂液壓臺(tái)車(chē)鉆孔爆破，2 m3裝載機(jī)裝15 t自卸車(chē)由4#支洞及交通洞出碴，下層采用三臂液壓臺(tái)車(chē)鉆孔爆破，1 m3短臂挖掘機(jī)裝渣，10 t自卸車(chē)出渣，中層開(kāi)挖在上層及下層開(kāi)挖完成后進(jìn)行，利用溜渣井，由尾水支洞、3#支洞及交通洞出渣。其他支洞主要包括交通洞及交通支洞，其尺寸不大，均可采用三臂液壓臺(tái)車(chē)鉆孔爆破，2 m3裝載機(jī)裝15 t自卸車(chē)出碴或1 m3短臂挖掘機(jī)裝渣，10 t自卸車(chē)出渣。

3.2 洞室支護(hù)方案

為確保引水及地下廠房系統(tǒng)在開(kāi)挖施工中巖體穩(wěn)定及建筑物安全，設(shè)計(jì)對(duì)地下洞室的圍巖進(jìn)行支護(hù)加固處理。主副廠房、主變室、尾水閘室等大中型洞室采用噴射機(jī)械手噴射作業(yè)，局部采用人工噴護(hù)；支護(hù)遵循自上而下、分層分段，支護(hù)隨開(kāi)挖及時(shí)跟進(jìn)的原則。中小洞室支護(hù)施工采用TK－961型混凝土噴射機(jī)接導(dǎo)管至工作面人工噴護(hù)，緊跟開(kāi)挖工作面施工；對(duì)于軟弱巖層及構(gòu)造破碎帶區(qū)域，鉆爆后，根據(jù)具體情況及時(shí)采用隨機(jī)錨桿和噴射混凝土進(jìn)行初期支護(hù)，在確保洞室穩(wěn)定后進(jìn)入下一道工序施工。平洞后期支護(hù)滯后開(kāi)挖作業(yè)面，按先錨后噴（含掛網(wǎng)）的順序進(jìn)行。噴射混凝土噴層厚度100～200 mm，混凝土標(biāo)號(hào)為C25，掛網(wǎng)為Φ8鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距150 mm×150 mm；頂拱每層噴射厚度為5～7 cm，噴射混凝土分2～3次噴射到設(shè)計(jì)厚度。掛鋼筋網(wǎng)部位按“噴——網(wǎng)——噴”的程序進(jìn)行。錨桿施工中，大中型洞室長(zhǎng)度6 m以內(nèi)錨桿采用錨桿臺(tái)車(chē)施工，中小洞室5 m以內(nèi)錨桿采用YT－28氣腿鉆造孔，孔徑大于錨桿直徑25 mm以上。錨桿注漿后三日內(nèi)，在砂漿凝固前嚴(yán)禁敲擊、碰撞及拉拔錨桿。

4 結(jié)束語(yǔ)

水電站地下廠房的施工，涉及地下洞室群開(kāi)挖、支護(hù)等復(fù)雜工序，而施工廠區(qū)的工程地質(zhì)條件復(fù)雜多變，為地下洞室施工帶來(lái)諸多困難。本文結(jié)合四川省某中型水電站地下廠房施工實(shí)例，對(duì)施工中的主廠房、主變洞、尾水閘門(mén)室、尾水洞及交通洞的洞室開(kāi)挖、支護(hù)方案進(jìn)行了探討，相關(guān)技術(shù)方案較好解決了復(fù)雜地質(zhì)條件帶來(lái)的問(wèn)題，確保施工順利進(jìn)行，為今后類似工程施工提供參考。

1 楊映、黃靜.思林水電站地下廠房支護(hù)施工探討[J].貴州水力發(fā)電，2008（4）：42～44

2 李友華、黃應(yīng)軍、李景元.溪洛渡水電站左岸地下廠房大跨度高邊墻開(kāi)挖施工技術(shù)[J]，2008（9）：9～12

3 《水利水電地下工程錨噴支護(hù)施工技術(shù)規(guī)范》（SDJ57－85）

4 《水工建筑物地下開(kāi)挖工程施工技術(shù)規(guī)范》（DL/5099－1999）