縱橫貫通法快速開挖水電站地下廠房施工技術

許東升

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000）

一、工程概況

古瓦水電站位于四川省甘孜藏族自治州鄉(xiāng)城縣境內(nèi)，是碩曲河干流鄉(xiāng)城、得榮段“一庫六級”梯級開發(fā)方案中的“龍頭水庫”電站。電站地下廠房從右至左依次布置安裝間、主機間和副廠房，總長度80.14m、最大開挖寬度19.90m、最大開挖高度43.12m。地下廠房開挖量大，其施工進度是直接影響水電站直線工期的重要因素；而地下廠房跨越的地質(zhì)圍巖情況差別較大，局部存在不穩(wěn)定塊體，并且高原地區(qū)氧氣稀薄，對施工均會造成不利影響。

二、施工過程中的創(chuàng)新點

（一）利用與地下廠房聯(lián)通的各個洞室在地下廠房合適的層面開挖導洞，已完成導洞開挖的層面在開挖至本層時只需進行擴挖。導洞貫通后開挖貫通上下層的通風豎井，通過導洞和通風豎井將地下廠房縱橫貫通，形成多工作面同時作業(yè)。

（二）通過上下層導洞及通風豎井形成的自然通風系統(tǒng)，再配合通風機為地下廠房通風，提高通風效果。

（三）使用微差起爆方法開挖通風豎井，成型快，安全風險低。

（四）通風豎井也可以用來溜渣，在豎井上層和其所在層開挖時皆可以將渣體溜向下層導洞出渣，出渣的同時施工層進行支護作業(yè)，加快施工進度。

（五）針對高原空氣稀薄地區(qū)的地下廠房，如果通風不能滿足要求，?？梢允褂霉I(yè)制氧機為工作面內(nèi)輸送氧氣。

（六）提前開挖地下廠房第六層的肘管部分，而在擴挖第五層時，部分開挖渣體溜入肘管處存放，給第五層提供支護平臺，同時節(jié)約了開挖時間。

（七）各層開挖的導洞和通風豎井給本層提供了爆破開挖臨空面，降低了爆破震動影響。

三、實施措施

（一）實施流程

現(xiàn)場準備→由排風洞進入地下廠房第一層開挖導洞，同時由進廠交通洞進入地下廠房第三層開挖導洞→開挖聯(lián)通第一、三層的通風豎井→廠房第一層擴挖，由通風豎井溜渣至第三層導洞出渣→廠房第二層擴挖，由通風豎井溜渣至第三層導洞出渣，同時由壓力管道1#～3#支管進入地下廠房開挖第五層導洞→開挖聯(lián)通第三、五層的通風豎井→廠房第三層擴挖，由通風豎井溜渣至第五層導洞出渣→廠房第四層開挖，由通風豎井溜渣至第五層導洞出渣，同時由1#～3#尾水連接洞進入第六層開挖肘管部分→廠房第五層擴挖，部分渣體暫落入第六層存放→第六層修邊、清底。地下廠房分層分塊開挖如圖1。

（二）施工工藝

1.第一、三層導洞開挖

施工準備工作完成后，由排風洞進入地下廠房開挖第一層導洞，同時由交通洞進入地下廠房開挖第三層導洞，導洞斷面以方便出渣和方便液壓鉆機施工為宜，但不能超過廠房設計開挖輪廓線。導洞支護形式應參照排風洞和交通洞支護形式，遇圍巖破碎洞段應加強支護。

2.貫通第一、三層的通風豎井開挖

地下廠房第一層和第三層導洞都完成后進行貫通第一、三層的通風豎井。通風豎井直徑為1.4m～2.0m，深度為第一層導洞底板至第三層導洞頂拱。由于通風豎井深度不大，可采用微差起爆法一次開挖。

使用液壓鉆機將通風豎井爆破孔一次鉆孔到位，分層不耦合間斷裝藥，層與層爆破間隔時間為25ms。爆破鉆孔應適當向外傾斜，爆破后形成的通風豎井呈“圓臺”型。為形成更好的通風效果，通風豎井可開挖3～5 個。通風豎井孔鉆孔、裝藥如圖2 所示。

通風豎井開挖完成后，調(diào)整廠房通風形式，由原來的壓入式通風改為混合式通風：自交通洞洞口向廠房內(nèi)供風，經(jīng)交通洞、第三層導洞、通風豎井至第一層導洞，然后由第一層導洞向排風洞外抽風。通過自然通風系統(tǒng)并配合機械供風，達到較好的通風效果。通風豎井貫通后供風形式如圖3 所示。

通風豎井屬于安全“四口”之一，貫通后務必做好井口防護工作。

通風機械要根據(jù)：①排除炮煙需風量；②洞內(nèi)同時工作的最多人數(shù)所需空氣量；③允許最低平均風速所需通風量；④爆破后稀釋有害氣體至許可最高濃度所需空氣量；⑤稀釋內(nèi)燃機廢氣的所需要空氣量與同時工作的人員必需通風量的合計量，按五種計算結(jié)果的最大值再減掉自然通風量而選擇。自然通風量要根據(jù)通風斷面與風速計算而得。

針對高原缺氧地區(qū)，如依靠通風不能滿足氧氣供應，可在洞外配置工業(yè)制氧機向洞內(nèi)輸送氧氣。工業(yè)制氧機如圖4。

3.地下廠房第一層擴挖

通風豎井開挖完成后進行地下廠房第一層擴挖，擴挖產(chǎn)生的渣體經(jīng)通風豎井溜渣至第三層導洞出渣。在出渣的同時可進行第一層的支護工作，形成多工作面同時作業(yè)。第一層擴挖出渣如圖5 所示。

地下廠房第一層為穹頂層，支護主要采用錨桿+掛網(wǎng)+噴射混凝土支護，錨桿使用單臂鉆鉆孔，“先插桿、后注漿”施工工藝，鋼筋網(wǎng)片規(guī)格為Φ8@200mm，噴混凝土采用濕噴法噴射C20 混凝土。

4.地下廠房第二層開挖

地下廠房第一層擴挖完成后進行第二層開挖，開挖時由通風豎井附近開始爆破，通風豎井為爆破提供臨空面，減少爆破振動對地下廠房的不利影響。開挖產(chǎn)生的渣體同樣經(jīng)通風豎井溜渣至第三層導洞出渣。第二層開挖出渣如圖6 所示。

地下廠房第二層為巖錨梁層，為保證巖錨梁的穩(wěn)定，開挖時要采用預裂爆破的方式為巖臺預留保護層。并且?guī)r臺開挖之前要進行爆破試驗確定巖臺爆破參數(shù)。

地下廠房第二層支護同樣采用錨桿+掛網(wǎng)+噴射混凝土支護，支護時要特別注意巖錨梁錨桿施工質(zhì)量。

5.第五層導洞開挖

第二層開挖的同時，由壓力管道1#～3#支管進入地下廠房第五層開挖導洞，開挖形式同第一、三層導洞。

6.貫通第三、五層的通風豎井開挖

待地下廠房第二層開挖和第五層導洞開挖完成后，再開挖貫通第三、五層的通風豎井，通風豎井開挖形式參照圖2。

本層通風豎井開挖完成后，自壓力管道施工支洞洞口向廠房內(nèi)供風，經(jīng)壓力管道下平洞（尾部洞段）、1#～3#支管、第五層導洞、通風豎井至第三層導洞，然后由第三層導洞向交通洞外排風。供風形式參照圖3。

7.地下廠房第三層擴挖

貫通第三、五層的通風豎井開挖完成后進行地下廠房第三層擴挖，擴挖產(chǎn)生的渣體經(jīng)通風豎井溜渣至第五層導洞出渣，減少出渣對第三層的影響，在出渣的同時進行第三層的支護工作。參照地下廠房第一層擴挖。

8.地下廠房第四層開挖

第三層擴挖完成后進行第四層開挖，開挖產(chǎn)生的渣體經(jīng)通風豎井溜渣至第五層導洞出渣。參照地下廠房第二層開挖。

9.開挖部分肘管

為合理利用開挖時間，在廠房第四層開挖的同時，由1#～3#尾水連接洞進入第六層將肘管開挖一部分，減輕第六層的開挖負擔。

10.第五層擴挖

第四層開挖完成后，第六層的部分肘管也開挖完成，這時擴挖第五層，第五層的一部分渣體溜入第六層存放，其余由壓力管道支管出渣至渣場。

11.第六層修邊、清底

地下廠房第六層已在第四層開挖時開挖部分肘管，這時僅需要進行少量開挖修邊，之后將底板清理干凈。

四、結(jié)語

地下廠房作為水電站的重要組成部分，開挖量大、工期緊，容易成為“卡脖子”工程。為滿足地下廠房工期要求，本文提出“縱橫貫通法”快速開挖地下廠房的施工管理思路，希望能夠?qū)︻愃乒こ烫峁┯幸娴慕?jīng)驗。