縱橫貫通法快速開(kāi)挖水電站地下廠房施工技術(shù)

許東升

（中國(guó)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(kù)六級(jí)”梯級(jí)開(kāi)發(fā)方案中的“龍頭水庫(kù)”電站。電站地下廠房從右至左依次布置安裝間、主機(jī)間和副廠房，總長(zhǎng)度80.14m、最大開(kāi)挖寬度19.90m、最大開(kāi)挖高度43.12m。地下廠房開(kāi)挖量大，其施工進(jìn)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(duì)施工均會(huì)造成不利影響。

二、施工過(guò)程中的創(chuàng)新點(diǎn)

（一）利用與地下廠房聯(lián)通的各個(gè)洞室在地下廠房合適的層面開(kāi)挖導(dǎo)洞，已完成導(dǎo)洞開(kāi)挖的層面在開(kāi)挖至本層時(shí)只需進(jìn)行擴(kuò)挖。導(dǎo)洞貫通后開(kāi)挖貫通上下層的通風(fēng)豎井，通過(guò)導(dǎo)洞和通風(fēng)豎井將地下廠房縱橫貫通，形成多工作面同時(shí)作業(yè)。

（二）通過(guò)上下層導(dǎo)洞及通風(fēng)豎井形成的自然通風(fēng)系統(tǒng)，再配合通風(fēng)機(jī)為地下廠房通風(fēng)，提高通風(fēng)效果。

（三）使用微差起爆方法開(kāi)挖通風(fēng)豎井，成型快，安全風(fēng)險(xiǎn)低。

（四）通風(fēng)豎井也可以用來(lái)溜渣，在豎井上層和其所在層開(kāi)挖時(shí)皆可以將渣體溜向下層導(dǎo)洞出渣，出渣的同時(shí)施工層進(jìn)行支護(hù)作業(yè)，加快施工進(jìn)度。

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

（六）提前開(kāi)挖地下廠房第六層的肘管部分，而在擴(kuò)挖第五層時(shí)，部分開(kāi)挖渣體溜入肘管處存放，給第五層提供支護(hù)平臺(tái)，同時(shí)節(jié)約了開(kāi)挖時(shí)間。

（七）各層開(kāi)挖的導(dǎo)洞和通風(fēng)豎井給本層提供了爆破開(kāi)挖臨空面，降低了爆破震動(dòng)影響。

三、實(shí)施措施

（一）實(shí)施流程

現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備→由排風(fēng)洞進(jìn)入地下廠房第一層開(kāi)挖導(dǎo)洞，同時(shí)由進(jìn)廠交通洞進(jìn)入地下廠房第三層開(kāi)挖導(dǎo)洞→開(kāi)挖聯(lián)通第一、三層的通風(fēng)豎井→廠房第一層擴(kuò)挖，由通風(fēng)豎井溜渣至第三層導(dǎo)洞出渣→廠房第二層擴(kuò)挖，由通風(fēng)豎井溜渣至第三層導(dǎo)洞出渣，同時(shí)由壓力管道1#～3#支管進(jìn)入地下廠房開(kāi)挖第五層導(dǎo)洞→開(kāi)挖聯(lián)通第三、五層的通風(fēng)豎井→廠房第三層擴(kuò)挖，由通風(fēng)豎井溜渣至第五層導(dǎo)洞出渣→廠房第四層開(kāi)挖，由通風(fēng)豎井溜渣至第五層導(dǎo)洞出渣，同時(shí)由1#～3#尾水連接洞進(jìn)入第六層開(kāi)挖肘管部分→廠房第五層擴(kuò)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(kāi)挖如圖1。

（二）施工工藝

1.第一、三層導(dǎo)洞開(kāi)挖

施工準(zhǔn)備工作完成后，由排風(fēng)洞進(jìn)入地下廠房開(kāi)挖第一層導(dǎo)洞，同時(shí)由交通洞進(jìn)入地下廠房開(kāi)挖第三層導(dǎo)洞，導(dǎo)洞斷面以方便出渣和方便液壓鉆機(jī)施工為宜，但不能超過(guò)廠房設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓線。導(dǎo)洞支護(hù)形式應(yīng)參照排風(fēng)洞和交通洞支護(hù)形式，遇圍巖破碎洞段應(yīng)加強(qiáng)支護(hù)。

2.貫通第一、三層的通風(fēng)豎井開(kāi)挖

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

使用液壓鉆機(jī)將通風(fēng)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(shí)間為25ms。爆破鉆孔應(yīng)適當(dāng)向外傾斜，爆破后形成的通風(fēng)豎井呈“圓臺(tái)”型。為形成更好的通風(fēng)效果，通風(fēng)豎井可開(kāi)挖3～5 個(gè)。通風(fēng)豎井孔鉆孔、裝藥如圖2 所示。

通風(fēng)豎井開(kāi)挖完成后，調(diào)整廠房通風(fēng)形式，由原來(lái)的壓入式通風(fēng)改為混合式通風(fēng)：自交通洞洞口向廠房?jī)?nèi)供風(fēng)，經(jīng)交通洞、第三層導(dǎo)洞、通風(fēng)豎井至第一層導(dǎo)洞，然后由第一層導(dǎo)洞向排風(fēng)洞外抽風(fēng)。通過(guò)自然通風(fēng)系統(tǒng)并配合機(jī)械供風(fēng)，達(dá)到較好的通風(fēng)效果。通風(fēng)豎井貫通后供風(fēng)形式如圖3 所示。

通風(fēng)豎井屬于安全“四口”之一，貫通后務(wù)必做好井口防護(hù)工作。

通風(fēng)機(jī)械要根據(jù)：①排除炮煙需風(fēng)量；②洞內(nèi)同時(shí)工作的最多人數(shù)所需空氣量；③允許最低平均風(fēng)速所需通風(fēng)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(jī)廢氣的所需要空氣量與同時(shí)工作的人員必需通風(fēng)量的合計(jì)量，按五種計(jì)算結(jié)果的最大值再減掉自然通風(fēng)量而選擇。自然通風(fēng)量要根據(jù)通風(fēng)斷面與風(fēng)速計(jì)算而得。

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

3.地下廠房第一層擴(kuò)挖

通風(fēng)豎井開(kāi)挖完成后進(jìn)行地下廠房第一層擴(kuò)挖，擴(kuò)挖產(chǎn)生的渣體經(jīng)通風(fēng)豎井溜渣至第三層導(dǎo)洞出渣。在出渣的同時(shí)可進(jìn)行第一層的支護(hù)工作，形成多工作面同時(shí)作業(yè)。第一層擴(kuò)挖出渣如圖5 所示。

地下廠房第一層為穹頂層，支護(hù)主要采用錨桿+掛網(wǎng)+噴射混凝土支護(hù)，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(kāi)挖

地下廠房第一層擴(kuò)挖完成后進(jìn)行第二層開(kāi)挖，開(kāi)挖時(shí)由通風(fēng)豎井附近開(kāi)始爆破，通風(fēng)豎井為爆破提供臨空面，減少爆破振動(dòng)對(duì)地下廠房的不利影響。開(kāi)挖產(chǎn)生的渣體同樣經(jīng)通風(fēng)豎井溜渣至第三層導(dǎo)洞出渣。第二層開(kāi)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(kāi)挖時(shí)要采用預(yù)裂爆破的方式為巖臺(tái)預(yù)留保護(hù)層。并且?guī)r臺(tái)開(kāi)挖之前要進(jìn)行爆破試驗(yàn)確定巖臺(tái)爆破參數(shù)。

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

5.第五層導(dǎo)洞開(kāi)挖

第二層開(kāi)挖的同時(shí)，由壓力管道1#～3#支管進(jìn)入地下廠房第五層開(kāi)挖導(dǎo)洞，開(kāi)挖形式同第一、三層導(dǎo)洞。

6.貫通第三、五層的通風(fēng)豎井開(kāi)挖

待地下廠房第二層開(kāi)挖和第五層導(dǎo)洞開(kāi)挖完成后，再開(kāi)挖貫通第三、五層的通風(fēng)豎井，通風(fēng)豎井開(kāi)挖形式參照?qǐng)D2。

本層通風(fēng)豎井開(kāi)挖完成后，自壓力管道施工支洞洞口向廠房?jī)?nèi)供風(fēng)，經(jīng)壓力管道下平洞（尾部洞段）、1#～3#支管、第五層導(dǎo)洞、通風(fēng)豎井至第三層導(dǎo)洞，然后由第三層導(dǎo)洞向交通洞外排風(fēng)。供風(fēng)形式參照?qǐng)D3。

7.地下廠房第三層擴(kuò)挖

貫通第三、五層的通風(fēng)豎井開(kāi)挖完成后進(jìn)行地下廠房第三層擴(kuò)挖，擴(kuò)挖產(chǎn)生的渣體經(jīng)通風(fēng)豎井溜渣至第五層導(dǎo)洞出渣，減少出渣對(duì)第三層的影響，在出渣的同時(shí)進(jìn)行第三層的支護(hù)工作。參照地下廠房第一層擴(kuò)挖。

8.地下廠房第四層開(kāi)挖

第三層擴(kuò)挖完成后進(jìn)行第四層開(kāi)挖，開(kāi)挖產(chǎn)生的渣體經(jīng)通風(fēng)豎井溜渣至第五層導(dǎo)洞出渣。參照地下廠房第二層開(kāi)挖。

9.開(kāi)挖部分肘管

為合理利用開(kāi)挖時(shí)間，在廠房第四層開(kāi)挖的同時(shí)，由1#～3#尾水連接洞進(jìn)入第六層將肘管開(kāi)挖一部分，減輕第六層的開(kāi)挖負(fù)擔(dān)。

10.第五層擴(kuò)挖

第四層開(kāi)挖完成后，第六層的部分肘管也開(kāi)挖完成，這時(shí)擴(kuò)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(chǎng)。

11.第六層修邊、清底

地下廠房第六層已在第四層開(kāi)挖時(shí)開(kāi)挖部分肘管，這時(shí)僅需要進(jìn)行少量開(kāi)挖修邊，之后將底板清理干凈。

四、結(jié)語(yǔ)

地下廠房作為水電站的重要組成部分，開(kāi)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(kāi)挖地下廠房的施工管理思路，希望能夠?qū)︻?lèi)似工程提供有益的經(jīng)驗(yàn)。