大跨度地下洞室開挖施工

□陳華劍（江西贛禹工程建設(shè)有限公司）

大跨度地下洞室開挖施工

□陳華劍（江西贛禹工程建設(shè)有限公司）

大跨度地下洞室開挖一直以來都是地下工程施工的重點和難點，其松弛塌落范圍比單拱洞室要大得多，作用在支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)上的荷載也要比單拱洞室大得多，如何保持圍巖的穩(wěn)定性成了急需解決的技術(shù)難題。文章通過結(jié)合某水電站地下洞室開挖工程實例，該工程難點在于地下洞室大跨度、高邊墻的開挖穩(wěn)定問題，為確保開挖施工安全，針對各個洞室采取嚴(yán)格的開挖施工技術(shù)措施，為同類工程提供參考實例。

穩(wěn)定性；地下洞室；洞室開挖

1 引言

某水電站工程屬大（1）型一等工程，永久性主要水工建筑物為一級建筑物。工程以發(fā)電為主兼有防洪、灌溉、攔沙及航運等綜合利用效益。該工程由混凝土雙曲拱壩（壩高292 m）、壩后水墊塘及二道壩、左岸泄洪洞及右岸地下引水發(fā)電系統(tǒng)組成。引水發(fā)電系統(tǒng)由三大洞室和六條引水壓力管道、六條母線洞、兩條尾水洞以及交通洞、運輸洞、出線洞和通風(fēng)洞組成一個龐大的地下洞室群。其主副廠房高82 m、寬30.60 m、長298.10 m；主變室高22 m、寬19 m、長230.60 m；雙圓筒阻抗式調(diào)壓室高90 m、直徑32 m，最大開挖直徑38 m，兩調(diào)壓井軸線間距99.50 m；兩條尾水隧洞長度分別為945.40 m和717.40 m，洞徑均為18 m。

2 工程難點分析及其處理方案

地下洞室規(guī)模大，開挖施工強(qiáng)度高。主廠房跨度30.60 m，高度81 m，長度298 m；尾水調(diào)壓井最大開挖直徑φ38 m，高度90 m；尾水隧洞開挖直徑φ21.60 m，襯砌直徑φ18 m；電梯井深度252 m，直徑φ11.60 m；主排風(fēng)洞斜井傾角70°，深度235 m，開挖直徑φ10 m；引水洞豎井開挖直徑為φ10.60 m，深155.00 m；出線洞斜井傾角32°，深度442 m，總開挖量達(dá)221萬m3，洞室混凝土70萬m3，鋼筋量9萬t，噴混凝土5.40萬m3，錨桿11萬根。

工程地下洞室具有大跨度、高邊墻的情況，存在開挖穩(wěn)定性問題、以及地下洞室群有交叉、交錯處也會有開挖穩(wěn)定性的問題、最主要還有相鄰洞室之間的巖層、巖柱的存在比較突出的穩(wěn)定性問題。該工程的地質(zhì)情況相對復(fù)雜，Ⅲ級、Ⅳ級結(jié)構(gòu)比較發(fā)育，巖層內(nèi)應(yīng)力較高，對周邊圍巖的穩(wěn)定也會影響，因此，如何控制地下洞室的圍巖穩(wěn)定性應(yīng)該是該工程的洞室開挖的重點及難點。針對各洞室的體型特點、地質(zhì)條件、相互位置，采取綜合措施，確保地下洞室圍巖的穩(wěn)定。

配置先進(jìn)高效和配套的施工設(shè)備，鉆、挖、裝、噴錨等主要設(shè)備采用一半以上的新購進(jìn)口設(shè)備，配置電腦導(dǎo)向多臂鉆、液壓錨桿臺車、濕噴混凝土作業(yè)車、液壓平臺車、液壓正鏟等先進(jìn)設(shè)備，其它設(shè)備數(shù)量充足，性能優(yōu)良，滿足高峰施工強(qiáng)度要求并有一定的備用量，以保證地下洞室的快速開挖，快速支護(hù)。

地下洞室開挖采用光面爆破、預(yù)裂爆破技術(shù)，減少爆破振動對圍巖的影響，確保開挖輪廓準(zhǔn)確，減小圍巖應(yīng)力集中。特別是三大洞室大跨度頂拱和高邊墻的光面爆破及預(yù)裂爆破。交叉洞室交叉洞口兩倍洞徑洞段范圍采用淺孔短進(jìn)尺的開挖方式，在開挖后及時施作強(qiáng)支護(hù)或視情況進(jìn)行混凝土襯砌鎖口。

3 洞室開挖實施

3.1 開挖程序安排原則

對于大斷面的洞室而言，如：主副廠房、機(jī)組尾水檢修閘門室、主變室、尾水調(diào)壓室、尾水洞和尾水支洞，根據(jù)具體洞室有關(guān)穩(wěn)定性的要求、施工質(zhì)量控制、施工的進(jìn)度要求以及施工采用的機(jī)械、設(shè)備的性能等進(jìn)行分部、分片、分層開挖，在每一層開挖的過程中，及時按施工詳圖和監(jiān)理的指令進(jìn)行有效的支護(hù)。如等廠房III層開挖完成后，應(yīng)先進(jìn)行IV層邊墻的預(yù)裂工作，然后進(jìn)行廠房吊頂梁和巖壁吊車梁錨桿及混凝土施工。

3.2 頂拱開挖支護(hù)施工要點

廠房開挖、支護(hù)重點：一是廠房開挖跨度大，要保證開挖后圍巖穩(wěn)定；二是周邊成型好，光爆殘痕率高，巖面平整；三是廠房開挖高度達(dá)86.43 m，高差大，交叉洞室多，顯而易見存在高邊墻的穩(wěn)定性問題。針對上面所述的特點，為了有效保證洞室開挖施工質(zhì)量，該工程開挖施工全過程必須按圖紙及相關(guān)規(guī)范施工。每一層施工后根據(jù)地質(zhì)實際情況做支護(hù)，甚至要進(jìn)行超前支護(hù)，比如：斷層、或者層間錯動，以及蝕變帶巖層等不利條件，有時候?qū)υ碧降牡刭|(zhì)圖紙進(jìn)行復(fù)核，特別是在極端不利的地質(zhì)條件下，更應(yīng)該適當(dāng)超前勘探以確保施工安全。

3.3 母線洞開挖與支護(hù)

母線洞開挖、支護(hù)重點：一是開挖跨度大，要保證開挖后圍巖穩(wěn)定；二是開挖應(yīng)確保廠房巖錨梁的安全；三是開挖高差大，上游邊墻為6個母線洞擴(kuò)大段，顯而易見也存在高邊墻的穩(wěn)定性問題。針對上面所述的特點，為了有效保證洞室開挖施工質(zhì)量，嚴(yán)格按規(guī)范要求開挖、支護(hù)，各層開挖后必須根據(jù)地質(zhì)條件適時支護(hù)，局部存在破碎帶的地質(zhì)在開挖前采取超前預(yù)支護(hù)，開挖后應(yīng)及時支護(hù)。在主變室開挖交叉洞室的洞口時，應(yīng)采取控制爆破，并根據(jù)設(shè)計要求完成交叉洞室鎖口錨桿支護(hù)。對較大規(guī)模斷層、軟弱夾層開挖時采用工字鋼拱架或格柵鋼拱架支撐，以保證洞室的穩(wěn)定。

3.4 球形頂拱開挖支護(hù)

尾水調(diào)壓室頂拱為球形，輪廓開挖質(zhì)量要求高，施工難度大；頂拱跨度大，開挖強(qiáng)度高。為確保球形頂拱開挖質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，保證工程穩(wěn)定和施工安全，針對該項目特點，結(jié)合本集團(tuán)公司的施工經(jīng)驗，其施工原則為：先周邊環(huán)形導(dǎo)洞開挖，再中間巖柱開挖，導(dǎo)洞及巖柱采用大型機(jī)械施工保進(jìn)度、搶方量，保護(hù)層和輪廓面人工精雕細(xì)刻保質(zhì)量、爭效益，跟進(jìn)支護(hù)保安全。開挖支護(hù)程序：球形頂分三區(qū)七序開挖，Ⅰ區(qū)為周邊環(huán)形導(dǎo)洞，分導(dǎo)洞開挖和保護(hù)層開挖；Ⅱ、Ⅲ區(qū)為中間巖柱，先進(jìn)行頂拱環(huán)向開挖，形成頂拱開挖作業(yè)平臺，隔墩開挖1循環(huán)，便于清碴和及時提供支護(hù)面；Ⅲ區(qū)分頂拱和隔墩開挖，先開挖頂拱，之后開挖隔墩。

3.5 上、下平洞開挖支護(hù)

上、下平洞均為城門洞型斷面，斷面尺寸為5.80 m×6.95 m（寬×高），其中1#出線洞上平段長66.61 m，下平段長9.01 m，2#出線洞上平段長36.22 m，下平段長16.40 m。因兩條出線洞的上下平段相距較近，擬采用一套設(shè)備進(jìn)行施工。上、下平洞段采取全斷面開挖，周邊光面爆破。鉆孔采用三臂鑿巖臺車，出渣采用3 m3裝載機(jī)自運至洞口裝車，20 t自卸汽車運輸；錨桿采用YT28氣腿鉆造孔，MZ-1注漿機(jī)注漿，可移動平臺車配合人工安裝；噴混凝土采用TK-961混凝土噴濕噴機(jī)，人工手持噴頭施噴。

3.6 斜井開挖支護(hù)

兩條出線洞斜井段為城門洞型斷面（5.80 m×6.95 m），斜長均為442.52 m，傾角均為32°。兩條出線洞側(cè)壁凈距為8～53 m，為保證施工安全，兩條出線洞擬錯開40～50 m進(jìn)行施工。擬在洞口平臺設(shè)一卷揚機(jī)牽引軌道式工作平臺車自上而下全斷面開挖，鉆孔采用設(shè)于工作平臺車上的氣腿風(fēng)鉆，人工裝藥，非電毫秒雷管分段，非電起爆，光面爆破成洞。出渣采用人工裝渣，卷揚機(jī)牽引1 m3礦車至上平段，人力推出洞口卸渣，3 m3裝載機(jī)配合20 t自卸汽車轉(zhuǎn)運至存（棄）渣場。

4 結(jié)語

針對地下洞室大跨度情況，其易坍塌直接關(guān)系到洞室開挖時的穩(wěn)定性問題。文章通過結(jié)合某水電站洞室開挖工程實例，針對大跨度洞室開挖情況，為有效確保開挖施工安全性，通過配置先進(jìn)高效和配套的施工設(shè)備，保證地下洞室的快速開挖，快速支護(hù)。從本工程實施效果表明，本工程的洞室開挖技術(shù)是可行安全的，可為同類工程提供參考實例。

［1］李院忠；王少川；孫莉萍；齊俊修.水平薄層巖體中大跨度地下洞室工程地質(zhì)研究［J］.巖土力學(xué)，2014（8）：80-82.

［2］王曉偉.龍灘水電站地下廠房大跨度高邊墻開挖施工技術(shù)［J］.廣東科技，2009（9）：115-118.

［3］羅濟(jì)章；鐘永貴；胡振瀛.鬧市區(qū)淺埋大跨度巖石地下洞室的開挖、支護(hù)及預(yù)測［J］.地下空間，2013（8）：115-118.

編輯：劉長垠 韋詩佳

TU457

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1673-8853（2017）06-0058-02

2017-03-09