水利水電大型地下廠房工程施工技術(shù)

劉秀國

（中國葛洲壩集團(tuán)三峽建設(shè)工程有限公司，湖北 宜昌 443000）

目前，我國的經(jīng)濟(jì)水平大幅度提升，科學(xué)技術(shù)進(jìn)入到了全新發(fā)展的時代。以科學(xué)為導(dǎo)向的“國土資源有效利用”與“可再生資源的發(fā)展”都迅速推動了我國水利水電工程建設(shè)的發(fā)展。我國水利水電大型地下廠房施工技術(shù)有著特殊與廣泛的特點(diǎn)，而我國大部分的大型水利水電工程都集中分布于高山峽谷的地形和地貌中，這就使得我國水利水電工程施工的難度大幅提升。

1 工程案例

某電站是我國實(shí)施“西部大開發(fā)”和“西電東送”項(xiàng)目中一個極其重要且標(biāo)志性的工程。是我國第二大水電站，其投資金額和開大規(guī)模僅次于三峽水電站，是我國廣西省最大的水電站。該水電項(xiàng)目建設(shè)的過程中對地下廠房的開挖跨度為30.8m，巖層與洞室軸線走向的交角在35～40°范圍內(nèi)，該水利水電項(xiàng)目采用的是C20噴鋼纖維混凝土與150kN預(yù)應(yīng)力的瞄桿對其進(jìn)行永久性的支護(hù)，取得較大的成功。

2 我國水利水電大型地下廠房工程的現(xiàn)狀

我國水利水電大型地下廠房工程項(xiàng)目是較為全面和多樣的，其施工的工序不僅復(fù)雜且涉及的范圍也特別廣。因此，國家對水利水電大型地下廠房建設(shè)的要求非常高。在水利水電大型地下廠房工程的建設(shè)過程中，第一，要配備成套且功能齊全的大型地下廠房的施工設(shè)備，并要對進(jìn)場的材料進(jìn)行嚴(yán)格的檢測，只有達(dá)到相應(yīng)的規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)才可以被投入和使用；第二，要不斷優(yōu)化和創(chuàng)新水利水電大型地下廠房工程中使用的設(shè)備，這樣才能保障水利水電工程項(xiàng)目的順利實(shí)施［1］。

而我國的水利水電地下廠房工程與一些發(fā)達(dá)的國家相比其起步較晚，但其建設(shè)的規(guī)模卻正處于蓬勃發(fā)展的時期，各施工單位也通過不斷的分析和研究取得了可喜的成績。而隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷進(jìn)步以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)日新月異，我國對大型水電水利工程的投資力度也正在不斷加大，水利水電工程作為我國的一項(xiàng)新能源技術(shù)，不僅安全而且沒有任何污染，它還是一種可再生的資源，其施工技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步必然會給未來的子孫后代帶來巨大的利益，而其快速發(fā)展在一定程度上也迅速推動著我國經(jīng)濟(jì)與社會的快速發(fā)展［2］。所以，水利水電工程受到了社會各界人士的高度重視。但是，水利水電大型地下廠房工程在建設(shè)的過程中也難免對會遇到一些問題，比如所處的環(huán)境較差、地應(yīng)力較高以及工程的跨度較大等是大型地下廠房工程建設(shè)過程中必須要直面的問題。

3 水利水電大型地下廠房工程施工技術(shù)

3.1 開挖技術(shù)

在水利水電大型地下廠房施工的過程中，從上到下、分層施工以及逐步成型是施工企業(yè)必須要遵循的原則，而對于每一層的厚度來說要嚴(yán)格控制在8～10m的范圍之內(nèi)，在進(jìn)行分層的過程中相關(guān)的施工人員應(yīng)當(dāng)對爆破的振動頻次、鉆孔的精度以及作業(yè)的空間進(jìn)行綜合分析和考慮；而對于巖壁吊車的量層來說，應(yīng)該嚴(yán)格控制在10m之內(nèi)，上下界面也應(yīng)該根據(jù)梁頂?shù)母叨扰c拐點(diǎn)的高度嚴(yán)格控制在0.5～3.5m的范圍之內(nèi)；在對發(fā)電機(jī)上下界面進(jìn)行控制的時候，還應(yīng)當(dāng)對母線洞口的洞臉以及引水隧道進(jìn)行加固。在總結(jié)多個實(shí)際水電工程地下廠房建設(shè)開挖經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)：由于大多數(shù)的工程項(xiàng)目是在中下部的深孔階段內(nèi)展開開挖作業(yè)，這樣就會造成高邊墻圍巖實(shí)際位移呈上升的態(tài)勢［3］。因此，在對水利水電大型地下廠房工程開挖中，應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)制度，這樣可以有效減少高邊墻位移帶來的影響；在對地下廠房拱層進(jìn)行開挖時，通常采用的辦法是利用預(yù)爆破和光面爆破相結(jié)合的手段來實(shí)現(xiàn)對地下廠房輪廓的控制，最后利用深孔梯段微差爆破的方法將多余的巖體清除出去。

當(dāng)下，我國的水利水電大型地下廠房工程施工開挖技術(shù)通常按照以下步驟進(jìn)行：第一，根據(jù)爆破試驗(yàn)中取得的數(shù)據(jù)對地下廠房的預(yù)留保護(hù)層進(jìn)行有效控制；第二，對地下廠房的中槽部分進(jìn)行開挖；第三，利用小型炸藥包將多余部分的保護(hù)層清除；通過以上三個步驟來實(shí)現(xiàn)對地下廠房上輪廓的控制。而對于地下廠房的下層開挖來說，通常采用的做法是光爆成型法，光爆成型法可以有效控制超挖現(xiàn)象的產(chǎn)生，控制范圍大約在15～20cm之間。大量水利水電地下廠房開挖證明，開挖技術(shù)之所以能對邊墻的位移產(chǎn)生影響主要還是在于對保護(hù)層開挖的深度。所以，在運(yùn)用開挖技術(shù)的過程中最關(guān)鍵的部分還是要看開挖的方式是否合理。

3.2 支護(hù)技術(shù)

對于水利水電工程地下廠房的中硬巖體，支護(hù)技術(shù)可以隨著中硬巖體的位移增加或者減少。在位移相同的情況下，支護(hù)前圍巖所需要的壓力通常要＞支護(hù)后的壓力，而支護(hù)前后的壓力也是隨著圍巖發(fā)生的位移增加而增加的。因此，一項(xiàng)科學(xué)合理的支護(hù)技術(shù)應(yīng)該是初噴混凝土緊跟著開挖面，而支護(hù)技術(shù)中淺孔瞄桿支護(hù)的距離要控制在開挖面3倍洞徑的范圍之內(nèi)。而在地下廠房建設(shè)的最后階段還應(yīng)當(dāng)利用預(yù)應(yīng)力瞄索，并根據(jù)地下廠房施工的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息對開挖和支護(hù)技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。另一方面，要切實(shí)保障地下廠房直立邊墻的穩(wěn)定性，不僅需要的是噴混凝土、潛孔瞄桿支護(hù)和預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)，更需要的是利用預(yù)應(yīng)力錨索對地下廠房的圍巖進(jìn)行加固。目前，在我國一些大型的水利水電地下廠房的建設(shè)中通常采用的是分散型預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)，如圖1所示。因?yàn)榇笮偷叵聫S房的建設(shè)周期比較長，所以支護(hù)技術(shù)是目前提升地下廠房施工項(xiàng)目建設(shè)速度的重要方法，在具體的項(xiàng)目建設(shè)中，應(yīng)當(dāng)加快施工進(jìn)度進(jìn)而縮短施工周期，可以利用高頻沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)和鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制墊座的方式，亦可以采用鄰進(jìn)開辟作業(yè)的方式，提早完成對地下廠房鉆孔的作業(yè)。在主廠房爆破開挖完成之后，要迅速完成穿索等后續(xù)工作，嚴(yán)格控制錨索初次張拉的荷載，并預(yù)留一定的應(yīng)力增量，這樣做的目的是可以有效避免由于錨索附存力變化而產(chǎn)生的超挖現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3.3 爆破技術(shù)

水利水電大型地下廠房工程爆破技術(shù)是目前國際上的一種通用做法，對于我國一些大型的地下廠房工程來說，通常采用的是光面、預(yù)裂以及深孔梯段微差爆這三種較為常見的方式對來開挖地下廠房拱頂層的上部，而對于大型地下廠房工程輪廓線的處理通常采用的是預(yù)裂以和深孔梯段微差爆這兩種方法，光面爆破通常用來集中處理地下廠房中間的巖體。在水利水電大型地下廠房工程運(yùn)用施工爆破技術(shù)的過程中，還可以進(jìn)行以下兩個方面的細(xì)化：第一，對地下廠房工程輪廓線的處理，為此通常采用的辦法是深孔預(yù)裂爆破技術(shù)；第二，則是通過爆破試驗(yàn)中取得的數(shù)據(jù)來對預(yù)留保護(hù)層的厚度進(jìn)行選擇。如果說對大型地下廠房的變形控制較為嚴(yán)格，而又沒有其他方面要求的情況下，第一種做法要優(yōu)于第二種做法。

所以，在對水利水電大型地下廠房工程的建設(shè)過程中要盡可能選擇爆破技術(shù)中的第一種方法。因?yàn)榈谝环N方法可以將超挖控制在8～15cm的范圍之內(nèi)，而第二種方法只能控制在15～20cm的范圍之內(nèi)。施工人員在利用爆破技術(shù)對大型地下廠房爆破的過程需要準(zhǔn)確了解地下廠房的地質(zhì)結(jié)構(gòu)與基本特點(diǎn)，對獲取到的信息技術(shù)進(jìn)行及時的分析和調(diào)查，降低爆破對地下廠房圍巖造成的破壞，只有這樣才能確保大型地下廠房工程的安全和質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，目前我國水利水電工程地下廠房施工技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了世界的先進(jìn)水平，大型地下廠房的施工經(jīng)驗(yàn)也在日漸成熟。因此，在水利水電大型地下廠房工程的建設(shè)中作為施工人員要對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時的分析、整理、歸納和總結(jié)，進(jìn)而提升和完善我國水利水電工程的施工技術(shù)。