地下廠房及尾水系統(tǒng)開挖支護施工技術(shù)

王春明

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 丹東 118000）

1 工程概述

天龍湖水電站位于四川省茂縣較場鄉(xiāng)小海子?？诙危叵聫S房布置于小寨溝上游岷江右岸山體內(nèi)。主、副廠房與安裝間呈一字形布置。主變室與尾閘室平行于主廠房布置，與主廠房間距34.35 m，其間有主變搬運洞、3條母線洞和3條尾水連接洞相連。尾水匯流洞與主變室軸線呈30°交角布置，與主變室最小間距22.50 m，匯流后為無壓尾水洞。

2 開挖分層及開挖方法

地下廠房及尾水系統(tǒng)施工一般依照自上而下，分層分塊開挖支護，逐步成型的原則。確定開挖分層應(yīng)綜合考慮施工通道、設(shè)備作業(yè)空間、鉆孔精度以及爆破振動控制等因素。

廠房開挖分層根據(jù)出碴施工道路與廠房相交高程和廠房的自身結(jié)構(gòu)進行。廠房開挖分為6層，其各層開挖的高程不同。廠房頂拱層分3塊開挖，中間部分先開挖，開挖寬度為8.00 m；待中間部分開挖結(jié)束后，且錨植、噴混凝土（d≥5 cm）施工完畢，再進行兩側(cè)巖石開挖，兩側(cè)巖石開挖寬度為5.25 m。廠房第II層的開挖分塊采用中間開挖兩邊預(yù)留保護層的方式進行，中間開挖寬度為14 m，兩側(cè)預(yù)留保護層寬度分別為2.25 m（EL1 927.50 m）、1.55 m（EL 出施工道.50 m），巖壁吊車梁的開挖也在本層之內(nèi)。第III層中間開挖的鉆孔爆破及保護層的開挖施工、噴混凝土的施工及錨桿施工，基本同第II層的開挖施工。第IV～VI層的開挖采用中間爆破分段開挖，平均每段長度為8.8 m。兩側(cè)預(yù)留保護層，采用光面爆破。

考慮交通通道及開挖支護之便，主變室開挖分為兩層。由出線洞1925.00 m高程進入主變室頂端，第一層底板開挖高程為1924.50 m，高度為5.80 m；剩余部分為第二層，底板開挖高程為1916.00 m，高度為8.00 m。頂拱開挖兩部分，由中間分左右兩塊，第二層考慮兩邊預(yù)留保護層進行光面爆破。無壓尾水洞開挖按分層高度采用全斷面開挖方法。

3 開挖支護的施工技術(shù)方法

3.1 廠房

3.1.1 廠房頂拱層

廠房頂拱中間部分開挖采用手風鉆鉆孔，毫秒微差爆破，周邊采用光面爆破。圍巖鉆孔深度為3.5 m，每循環(huán)進尺3.0 m（對于夾千枚巖的部位減小鉆孔深度，最大進尺不大于2.5 m）。出碴采用50側(cè)卸式裝載機，裝4.5 t自卸汽車出碴運輸，以通風洞作為施工通道。

廠房頂拱兩側(cè)部分開挖沿設(shè)計開挖線采取光面爆破，以減少超挖和保證開挖面平整度。廠房頂拱兩側(cè)巖石開挖應(yīng)錯開進行，其錯開距離不小于30 m，領(lǐng)先側(cè)和滯后側(cè)開挖的永久錨噴支護緊隨開挖面，施工的主要順序為鉆孔、爆破、安全處理、出碴、錨桿施工，首層噴混凝土施工。

一般錨桿施工用錨桿鉆機鉆孔，錨桿注漿機注漿，以先注漿后插桿的方式進行施工；對于頂拱有仰角的錨桿施工，采用水泥卷錨桿的方式進行施工；對于局部滲水量較大部位，采用樹脂錨桿的方式進行施工。

3.1.2 廠房第II層

第II層開挖先從通風洞以14%坡逐漸形成坡道，達到1922.50 m高程后，按劃分高度進行鉆孔爆破開挖，兩側(cè)保護層（巖壁吊車梁）開挖滯后中間開挖20 m進行。爆破開挖時，首先開挖一個5 m×10 m（長×寬）的槽子，以增加爆破臨空面，5 m×10 m的槽子，布孔采用楔形掏槽的方式進行槽子的開挖。保護層（巖壁吊車梁）開挖采用鉆孔直徑為42 mm，為了保證巖壁吊車梁的開挖質(zhì)量，在光爆孔的前一序爆破孔設(shè)置光爆的保護孔，以提高光面爆破的質(zhì)量。

3.1.3 廠房第III層

第III層中間開挖的鉆孔爆破及保護層的開挖施工、噴混凝土的施工及錨桿施工，基本同第II層的開挖施工。廠房第III層開挖與巖壁吊車梁的混凝土澆筑相互干擾，為了保證巖壁吊車梁混凝土的施工，首先進行廠房中間14 m寬，按每段長度8.8 m逐段鉆孔放炮，當放至上層留下的斜坡道石碴時，應(yīng)使用在本層預(yù)放的反鏟將石碴，倒運到已經(jīng)放完炮的位置再進行鉆孔爆破。當中間部分全部爆破完后，及時調(diào)整巖壁吊車梁的模板和支撐，準備進行混凝土澆筑，在澆筑混凝土和砼養(yǎng)護待強時間進行廠房中間石碴的運輸，當混凝土強度達到70%后，應(yīng)拆除巖壁吊車梁下部的支撐，進行該層的保護層開挖和噴混凝土及錨桿施工。

3.1.4 廠房第IV層及以下部分

廠房第IV層以下，每層均有錨桿及噴混凝土的永久支護。在進行廠房第IV層開挖時與母線洞洞口開挖相互穿插進行，應(yīng)先進行母線洞開挖，后進行廠房該層該段的開挖，每個母線洞至少應(yīng)開挖進去10 m，并進行鎖口處理，鎖口主要采用錨桿和噴混凝土支護。

3.2 主變兼尾閘室

主變兼尾閘室上游設(shè)主變壓器室，下游為尾閘室，兼作主變搬運道，開挖尺寸為52.90 m×14.10 m×14.40 m（長×寬×高），采用噴錨支護保證施工期圍巖穩(wěn)定，后期現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌。主廠房與主變室之間設(shè)3條母線道，凈空尺寸為4.40 m×5.00 m（寬×高）。

3.2.1 開挖施工順序

首先進行主變室I1塊開挖，由于主變室頂拱的高程，高于出線洞的頂拱的高程。在開挖時，逐漸擴大頂拱使其平緩過度到設(shè)計斷面，再按標準斷面進行開挖，當開挖到端部后返回再進行I2塊開挖，開挖方式同I1塊開挖方式。洞口頂拱欠挖處理，先進行I1塊開挖，后進行I2塊開挖，頂拱錨噴支護全部完成后，進行下層開挖。

3.2.2 開挖與支護的施工技術(shù)方法

I1塊的開挖采用楔形掏槽方式進行爆破開挖，邊頂拱采用光面爆破，以控制邊線的開挖質(zhì)量；第II層開挖采用打水平孔，邊墻進行光面爆破一次開挖成型，開挖鉆孔深度為4.5 m；底板集油池開挖采用手風鉆鉆孔進行開挖。

從開挖及支護設(shè)備考慮，鉆孔采用手風鉆進行頂拱爆破孔鉆孔，錨桿鉆孔及第II層水平孔施工，錨桿安插采用隧洞作業(yè)臺車，人工配合進行插桿，錨桿注漿采用MZ-1型錨桿注漿機進行注漿，噴混凝土采用HP-1型混凝土噴射機，裝載機運輸混凝土。出碴采用40型裝載機裝4.5 t自卸汽車出碴。

3.3 母線洞及搬運道

母線洞與搬運道，均采用全斷進行開挖，邊頂拱采用光面爆破，鉆孔采用楔形掏槽，每次鉆孔深度為3.5 m，每次進尺為3.0 m，爆破后采用1 m3液壓反鏟進行掌子面安全處理。

手風鉆進行鉆孔，1 m3液壓反鏟進行扒底，40型裝載機裝4.5 t自卸汽車，噴混凝土采用干噴機由人工和隧洞作業(yè)車配合進行噴射，錨桿安插采用人工配合隧洞作業(yè)車進行錨桿安裝。錨桿注漿采用MZ-1型錨桿注漿機進行注漿。

3.4 尾水系統(tǒng)

尾水系統(tǒng)包括尾水管及其延長段、尾水閘門段、無壓尾水洞四部分，無壓尾水洞分為尾水支洞及尾水主洞（含匯流洞）。3條尾水支洞采用卜形分岔方式，匯入?yún)R流洞，分岔角為120°，1號尾水支洞轉(zhuǎn)折處長24.50 m。無壓尾水支洞與有壓段同寬，底板采用1∶5反坡，匯流后匯流洞寬度由3.85 m，逐漸加寬至6.00 m，納入3號無壓尾水支洞，無壓尾水主洞開挖斷面尺寸為7.20 m×10.62 m。

3.4.1 開挖施工順序

尾水系統(tǒng)由尾水施工支洞分割為兩個開挖工作面。其一，由施工支洞向下游為一個工作面。其二，由施工支洞向上游（廠房方向）為一個工作面，該工作面主要開挖尾水主洞80 m、卜形分岔洞、尾水支洞及尾水管延長段。

在開挖時尾水主洞及卜形分岔和尾水支洞分兩層開挖，第一層開挖為頂拱層開挖，高度為不小于6.0 m，余下為第二層，先開挖頂拱層，當頂拱層開挖完后，且完成錨噴支護后，開始進行第二層開挖及尾水管延長段的開挖。

3.4.2 開挖與支護的施工技術(shù)方法

尾水主洞開挖施工考慮分層開挖。第一層開挖采用楔形掏槽，周邊光面爆破。第二層開挖采用打水平孔，中間先行起爆破兩邊光面爆破的爆破方法進行底層開挖。第一層和第二層的開挖設(shè)備采用手風鉆進行鉆孔，40型裝載機裝4.5 t自卸汽車出碴，1 m3液壓反鏟扒底及安全處理。開挖時先進行卜形分岔段及尾水支洞開挖，根據(jù)設(shè)計斷面的情況采用分層進行開挖，即先開挖頂拱層后開挖下層，頂拱層的開挖高度應(yīng)不小于6.0 m，此段的開挖應(yīng)隨尾水主洞進行，當尾水主洞上層開挖到卜形分岔段時，應(yīng)繼續(xù)進行開挖完成卜形分岔段和尾水支洞部分的上部開挖，進行尾水支洞開挖時，先開挖1號和3號，后開挖2號。

尾水管擴散段的開挖是在尾水管延長段開挖到該段后進行，開挖時1號和2號的擴散段斷面按設(shè)計要求進行全斷面開挖，3號尾水管擴散段做為廠房下部的施工交通通道，需擴挖方能滿足要求，即當尾水管延長段開挖到擴散段時，以11.429%坡度向蝶閥底部開挖高程1902.00 m，進行開挖，當開挖到高程102.00 m止。

尾水卜型分岔段、尾水支洞及尾水管延長段的開挖鉆孔設(shè)備，采用手風鉆機進行鉆孔，40型裝載機裝4.5 t自卸汽車出碴，噴混凝土采用HP-1型噴射機進行混凝土噴射，利用隧洞作業(yè)車進行錨桿安裝及頂拱的混凝土噴射。

對于尾水閘門上下游的尾水管延長段和尾水主洞的出碴，分別考慮為1號和2號尾水支洞及尾水管延長段和尾水管擴散段，采用40型裝載機端碴在尾水主洞裝碴。3號尾水支洞及尾水管延長段，也采用了40型裝載機端碴在尾水主洞裝碴，當開挖離廠房下游邊20 m時，擴挖一個裝碴洞，擴挖寬度為2.0 m，高度不小于5 m，長度為16.0 m，擴挖方量為100 m3，此裝碴洞做為尾水管延長段余下部分的開挖裝碴和擴散段及廠房下部分石碴的裝碴洞。

4 結(jié)語

地下廠房及尾水系統(tǒng)是地下引水發(fā)電系統(tǒng)施工的關(guān)鍵項目，其施工特點具有洞室開挖率高，支護強度高，致使圍巖穩(wěn)定問題突出，因而，合理的開挖方法及程序，及時進行高效支護是地下廠房施工的關(guān)鍵技術(shù)問題。因此，加強對地下廠房及尾水系統(tǒng)的施工技術(shù)的研究與總結(jié)，根據(jù)特定的工程要求與工程地質(zhì)條件進行綜合考慮，做出安全可靠、經(jīng)濟的開挖與支護施工方案，對水電站的經(jīng)濟運行具有重大現(xiàn)實意義。

［1］呂祖珩.天龍湖地下水電站廠區(qū)樞紐設(shè)計與施工［J］.西北水電，2006（04）.

［2］和孫文，楊元紅.水利水電大型地下廠房工程施工技術(shù)［C］.南方十三?。▍^(qū)、市）水力發(fā)電學會秘書長會議論文集，2008（01）.

［3］和孫文，謝勇兵.龍灘水電站大跨度地下廠房開挖施工技術(shù)［J］.水力發(fā)電，2003（10）.

［4］白帆，賀鈺釧，王曉輝.拉西瓦水電站地下廠房開挖分層及頂拱的開挖支護［J］.水力發(fā)電，2003（11）.

［5］鄧仁杰.不良地質(zhì)條件下的洞室開挖及支護施工技術(shù)［J］.廣西水利水電，2004(z1).