婁 彬

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

糯扎渡水電站主廠房Ⅰ層開挖支護(hù)施工技術(shù)

婁 彬

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

糯扎渡水電站地下主廠房長(zhǎng)418m，寬31m，高81.6m，是世界級(jí)的地下廠房，其結(jié)構(gòu)尺寸龐大、周邊相鄰洞室多、施工干擾大、地質(zhì)情況復(fù)雜、開挖支護(hù)工程量龐大，跨度大，加之成型要求高，難度較大。本文主要介紹利用起拱兩側(cè)巖柱，采用中導(dǎo)洞開挖的施工方法獲得良好開挖效果，為同類型工程施工中合理組織施工程序、采用安全有效的開挖方法提供一定的借鑒。

糯扎渡水電站；主廠房I層；開挖支護(hù)

1 工程概況

糯扎渡水電站工程屬大（I）型一等工程，永久性主要水工建筑物為一級(jí)建筑物。水庫(kù)庫(kù)容為237×108m3，工程以發(fā)電為主兼有城市供水、防洪、灌溉、養(yǎng)殖和旅游等綜合利用效益，水庫(kù)具有多年調(diào)節(jié)性能。左岸山體中布置地下引水發(fā)電系統(tǒng)、導(dǎo)流工程等建筑物，電站總裝機(jī)容量5850MW（9×650MW）。

地下廠房包括主、副廠房，從右至左依次為副安裝場(chǎng)、機(jī)組段、主安裝場(chǎng)和地下副廠房四個(gè)部分組成。副安裝場(chǎng)20m×31m×84.6m；機(jī)組段306m ×31m×81.6m；主安裝場(chǎng)70m×31m×43.1m；地下副廠房22m×29m×43.1m。

主廠房第I層開挖長(zhǎng)418.00m，寬31m，層高12m（EL640.60～EL628.60，起拱高程EL630.50），其中中導(dǎo)洞（8.0m×7.0m）已由外標(biāo)段施工完成。

2 地質(zhì)條件

主廠房主要位于弱風(fēng)化～新鮮的堅(jiān)硬花崗巖體（γ43～γ51）地層中，主要為塊狀結(jié)構(gòu)或整體結(jié)構(gòu)巖體。主廠房區(qū)域發(fā)育有Ⅲ級(jí)結(jié)構(gòu)面的斷層有F20、F22和F23三條，斷層影響帶較寬，巖體破碎，不規(guī)則節(jié)理發(fā)育，多為散體結(jié)構(gòu)和碎結(jié)構(gòu)巖體。F23斷層橫切廠房主安裝間；F22斷層橫切9#機(jī)附近廠房；F20斷層橫切5#機(jī)附近廠房。屬于Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面的小斷層、擠壓面平均發(fā)育間距約為23.5m左右；一般發(fā)育二組節(jié)理，多為微張或閉合的剛性結(jié)構(gòu)面［1］。

由于三條斷層均傾向下游，對(duì)大洞室下游邊墻開挖穩(wěn)定影響較大；F20、F23斷層走向與廠房軸線夾角在 44～56°之間，傾角在58～78°之間，對(duì)廠房頂拱和邊墻影響范圍大，其中F23斷層影響帶規(guī)模相對(duì)而言較大，寬度達(dá)4.8m，廠房開挖中需重點(diǎn)關(guān)注本斷層對(duì)圍巖穩(wěn)定的影響，尤其是頂拱部位。

3 施工布置

（1）施工通道：由布置于左端墻的4#支洞及右端墻的3#支洞是雙向施工通道。

（2）施工供風(fēng)：前期供風(fēng)由布置堪界河渣場(chǎng)壓風(fēng)機(jī)站，經(jīng)由3#施工支洞，從主廠房右端墻進(jìn)入，敷設(shè)一套供風(fēng)管路；后期待上層排水廊道與10#施工支洞貫通后，經(jīng)由3#～3施工支洞、上層排水廊道、10#施工支洞進(jìn)入主廠房，布設(shè)一套供風(fēng)管路供應(yīng)［2］。

（3）通風(fēng)散煙：前期在3#施工支洞洞口布置2臺(tái)1100m3/min軸流式通風(fēng)機(jī)，進(jìn)行負(fù)壓接力通風(fēng)。后期4#施工支洞與副排風(fēng)豎井貫通后，通過3#施工支洞正壓通風(fēng)，副排風(fēng)豎井排風(fēng)，形成系統(tǒng)的進(jìn)排風(fēng)通道，改善廠房開挖通風(fēng)條件。

（4）施工供水：供水管道與供風(fēng)管道同時(shí)同路徑敷設(shè)。

（5）施工排水：在作業(yè)面附近布置臨時(shí)潛水泵，沿3#施工支洞內(nèi)排水管抽排至洞外的原堪界河污水處理系統(tǒng)，經(jīng)沉淀處理后排走。

（6）施工供電：前期利用3#～1號(hào)施工支洞與3#施工支洞交叉處的800kVA變壓器進(jìn)行供電。經(jīng)由3#施工支洞，從主廠房右端墻進(jìn)入，敷設(shè)一套供電線路供應(yīng)；后期經(jīng)由3#～3施工支洞、上層排水廊道、10#施工支洞進(jìn)入主廠房中導(dǎo)洞，增設(shè)一套供電線路。

（7）施工通訊： 使用場(chǎng)內(nèi)有線電話、 移動(dòng)電話。

4 爆破開挖技術(shù)

4.1 施工重點(diǎn)及難點(diǎn)

跨度大，挖空率高，圍巖穩(wěn)定問題突出；

工期壓力大，糯扎渡主廠房開挖總量81.8萬m3，工期30個(gè)月，月開挖強(qiáng)度達(dá)2.73萬m3。

4.2 開挖程序及方法

根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，地下廠房自上而下，逐層開挖支護(hù)，逐步成型，其分層厚度一般為8～10m（糯扎渡地下廠房開挖分層圖見圖1）。確定分層應(yīng)綜合考慮施工通道、設(shè)備作業(yè)空間，鉆孔精度以及爆破震動(dòng)控制等因素，頂拱層多以拱腳錨桿施工需要進(jìn)行控制［3］。

大型地下廠房頂拱層開挖一般采用兩種方式，一種為先開挖中部，支護(hù)結(jié)束后，再依次開挖兩側(cè)拱腳；另一種為先依次開挖兩側(cè)供腳，及時(shí)永久支護(hù)，并根據(jù)揭露巖體性狀對(duì)中部上覆蓋圍巖進(jìn)行預(yù)加固，最后挖除中部巖柱。根據(jù)地質(zhì)勘探資料，糯扎渡地下廠房巖層厚，巖體單軸抗壓強(qiáng)度較大，洞室軸線與最小主應(yīng)力交角有利，故采用先中部再兩側(cè)的開挖方式［4］。

主廠房I層開挖分兩步施工，即中導(dǎo)洞開挖、擴(kuò)挖。首先開挖一條8.00m×7.00m中導(dǎo)洞，底部高程EL630.60m，頂拱預(yù)留保護(hù)層；擴(kuò)挖又分四部分進(jìn)行，中部擴(kuò)挖區(qū)按12.0m寬，10.0m高考慮（頂部高程EL640.60，底部高程EL630.60），兩側(cè)均為9.5m寬，并下挖2.0m（底部高程EL628.60），以便于拱腳部位9.0m長(zhǎng)系統(tǒng)錨桿施工，考慮I層的文明施工及兩側(cè)的出渣車輛進(jìn)出方便，底部2.0m厚水平層緊隨上游側(cè)擴(kuò)挖挖除。具體開挖分區(qū)見圖2。

圖1 糯扎渡地下廠房開挖分層圖

（1）中導(dǎo)洞開挖。該導(dǎo)洞已由其它標(biāo)段施工完成；

（2）中部擴(kuò)挖。主廠房擴(kuò)挖前，需基本完成上層排水廊道觀測(cè)儀器的埋設(shè)。從中導(dǎo)洞開挖地質(zhì)情況看，主廠縱0+000～0+050段頂拱地質(zhì)條件較差，故中部擴(kuò)挖先安排主廠縱0+050.0～0+077.0段的擴(kuò)挖，即由中導(dǎo)洞主廠縱0+050.0起，兩側(cè)按1∶2.0～1∶3.0的坡度向上、下游邊墻方向，頂部按1∶5.0的反坡向頂拱擴(kuò)挖，要求頂拱預(yù)留保護(hù)層80cm，在進(jìn)入頂拱80cm保護(hù)層范圍時(shí)，最后1～2排炮須嚴(yán)格控制爆破進(jìn)尺在2.0m以內(nèi)，然后利用臺(tái)車?yán)^續(xù)向前利用1～2排炮擴(kuò)挖至設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)面。開挖至設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)面之后［5］，再向前開挖挖2～3排炮（水平造孔，向左端墻方向），排炮進(jìn)尺在3.0～4.0m左右。然后再反向進(jìn)行端墻部位主廠縱0+000～0+077段的中部擴(kuò)挖。待右端墻部位開挖結(jié)束，再進(jìn)行廠縱0+077.0～0+418.0段的中部擴(kuò)挖。

圖2 廠房I層開挖分區(qū)及施工程序示意圖

（3）上游側(cè)擴(kuò)挖。在中部擴(kuò)挖200m時(shí)，從主廠縱0+062.0開挖擴(kuò)挖，開挖采用手風(fēng)鉆進(jìn)行。開口部位施工時(shí)下部近邊墻位置預(yù)留80cm保護(hù)層，上部臨近設(shè)計(jì)邊線部位造孔時(shí)，須嚴(yán)格控制造孔深度，以防止造成過大超挖。待開口部位完成后，將手風(fēng)鉆臺(tái)車就位，先進(jìn)行右端墻方向的擴(kuò)挖支護(hù)，再反向進(jìn)行另一側(cè)的開挖。

（4）下游側(cè)擴(kuò)挖。在上游側(cè)擴(kuò)挖進(jìn)行到主廠縱0+110.0樁號(hào)左右時(shí)進(jìn)行施工，此時(shí)上游側(cè)廠縱0 +0.0～0+086.0段支護(hù)已基本完成，擴(kuò)挖采用手風(fēng)鉆進(jìn)行。開口部位初步擬定在廠縱0+062.0～0+086.0段。施工程序和施工方法同上游側(cè)擴(kuò)挖［6］。上下游側(cè)共用一臺(tái)手風(fēng)鉆架臺(tái)車造孔，交替進(jìn)行開挖支護(hù)。中導(dǎo)洞下部2m厚水平層開挖安排與下游側(cè)開挖同步進(jìn)行。

（5）廠房左右端墻部位的擴(kuò)挖。先預(yù)留3m保護(hù)層，沿平行于軸線的輪廓線及垂直于軸線的端墻面造孔，光面爆破，端墻面頂拱圓弧段采用長(zhǎng)短釬造孔。端墻保護(hù)層擴(kuò)挖時(shí)分部進(jìn)行施工，先進(jìn)行3#（4#）施工支洞上部至廠房頂拱部位的開挖；再進(jìn)行兩側(cè)開挖。

各部位開挖時(shí)周邊孔間距按不大于50cm控制，并且要求隔孔對(duì)周邊孔開孔孔位、造孔方向進(jìn)行放樣。各部位崩落孔嚴(yán)格控制造孔深度，尤其是端墻部位部位保護(hù)層開挖時(shí)的崩落孔。

對(duì)于上述問題，仍用“3個(gè)0.5相加”來解釋顯然是不對(duì)的.傳統(tǒng)的小數(shù)乘法教學(xué)中，教師往往會(huì)忽略對(duì)于小數(shù)乘法意義的多方面理解.用單一模型講解小數(shù)乘法的意義，會(huì)使學(xué)生陷入誤區(qū)，同時(shí)對(duì)后續(xù)小數(shù)乘小數(shù)的意義理解形成影響.確切地說，學(xué)生不明白這種模型下為什么要用乘法，即3×0.5為什么表示“3的一半”！這一點(diǎn)在[4]中有較為詳細(xì)的研究.

4.3 爆破設(shè)計(jì)

（1）主要鉆爆參數(shù)選擇

廠房第I層中導(dǎo)洞開挖及擴(kuò)挖主要采用手風(fēng)鉆架臺(tái)車水平開挖，造孔采用YT28型手風(fēng)鉆，孔徑為42mm。循環(huán)進(jìn)尺2.5～3.0m，故孔深設(shè)置為3.0m，主爆孔孔距1.2m，Φ32藥卷連續(xù)裝藥，單孔藥量2.0kg，堵塞長(zhǎng)度1.0m，周邊孔孔距0.5m，采用小藥卷捆綁于竹片上并用導(dǎo)爆索連接的間隔裝藥方式，孔底加強(qiáng)藥包采用一節(jié) Φ32藥卷，其余1/2節(jié)Φ25@25cm，線裝藥密度控制在190g/m，單孔藥量0.575kg，堵塞70cm，最小抵抗線60cm；不良地質(zhì)圍巖洞段循環(huán)進(jìn)尺控制在1.0～2.0m，孔深2.0m藥量適當(dāng)減少［7］。

（2）爆破器材選用

炸藥根據(jù)巖性及地下水情況選用乳化炸藥和4#抗水炸藥，起爆均采用非電毫秒雷管及磁環(huán)電雷管。

（3）爆破粒徑控制

根據(jù)招標(biāo)文件要求，弱風(fēng)化及其以下花崗巖圍巖洞室開挖料作為加工混凝土骨料的有用料，最大粒徑不超過80cm。為獲得合格的開挖洞渣料，對(duì)導(dǎo)流洞開挖洞渣進(jìn)行篩分試驗(yàn)，將其爆破參數(shù)作為參考，并根據(jù)某公司設(shè)計(jì)開發(fā)的《水電工程施工梯段爆破試驗(yàn)計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)軟件》進(jìn)行爆破洞渣仿真模擬計(jì)算，根據(jù)上述資料初步擬定爆破參數(shù)，在施工中通過爆破洞渣篩分試驗(yàn)對(duì)爆破設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，確保獲得合格粒徑的洞渣料，主要爆破參數(shù)見表1。

4.4 支護(hù)程序及方法

支護(hù)施工與開挖跟進(jìn)平行交叉作業(yè)［8］，各工序間交替流水作業(yè)，視圍巖揭示情況適時(shí)跟進(jìn)開挖工作面，I～Ⅲ類圍巖地質(zhì)段噴混凝土支護(hù)作業(yè)面滯后開挖掌子面10～20m，錨桿支護(hù)作業(yè)面滯后掌子面30～50m；不良地質(zhì)段支護(hù)緊跟開挖掌子面；錨桿鉆孔采用鑿巖臺(tái)車、錨桿臺(tái)車鉆孔為主，輔助潛孔鉆造孔，人工配合平臺(tái)車安插、注漿機(jī)注漿，混凝土噴車濕噴工藝分層施噴。

表1 主廠房Ⅰ層開挖鉆爆設(shè)計(jì)

（1）Ⅱ、 Ⅲ類圍巖

施工準(zhǔn)備→初噴3～5cm厚混凝土→砂漿錨桿→預(yù)應(yīng)力錨桿→掛網(wǎng)→噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度→預(yù)應(yīng)力錨索施工→下一層開挖。

（2）斷層破碎帶

施工準(zhǔn)備→超前小導(dǎo)管、中空錨桿預(yù)注漿、管棚→初噴3～5cm厚混凝土→砂漿錨桿施工→自進(jìn)式預(yù)應(yīng)力錨桿→掛網(wǎng)或鋼支撐→復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度→預(yù)應(yīng)力錨索施工→下一層開挖。

5 質(zhì)量控制措施

5.1 超前勘探孔

根據(jù)實(shí)際情況，分別在主廠縱0+15.00、0+ 90.00、0+160.00、0+210.00、0+285.00、0+ 382.00處中導(dǎo)洞開挖后中部擴(kuò)挖前、中部擴(kuò)挖后兩側(cè)擴(kuò)挖前的頂拱及兩側(cè)邊墻布置超前勘探孔，孔內(nèi)進(jìn)行爆前爆后聲波測(cè)試，利用沿探孔深度的巖體波速曲線，準(zhǔn)確探清中導(dǎo)洞開挖松動(dòng)區(qū)范圍，檢測(cè)、優(yōu)化廠房開挖支護(hù)設(shè)計(jì)［9］；

經(jīng)測(cè)試主廠房0+015.00～0+382.00測(cè)試部位，通過炮前、炮后對(duì)比測(cè)試表明：聲波速度 Vp值普遍在4000～5500m/s之間。除局部區(qū)域波速受結(jié)構(gòu)面及巖體風(fēng)化程度的影響偏低外，總的來看聲波波速較高，聲速變化在正常波動(dòng)范圍內(nèi)，波速衰減率＜4%，巖體完整性系數(shù)普遍在0.64～0.89，巖體較完整～完整，局部區(qū)域較破碎，從波速 ～孔深關(guān)系曲線上來看，爆破對(duì)巖體造成的松馳范圍≤0.6m。說明爆破施工設(shè)計(jì)合理，廠房I層開挖質(zhì)量良好。

5.2 安全檢測(cè)

主廠房擴(kuò)挖前，需基本完成上層排水廊道觀測(cè)儀器的埋設(shè)，主要針對(duì)施工期圍巖的變形，其主要目的有：① 監(jiān)測(cè)開挖過程中圍巖的變形以決策施工安全，以及施工過程對(duì)圍巖的擾動(dòng)情況；② 監(jiān)測(cè)洞室圍巖的內(nèi)部松弛變形，指導(dǎo)圍巖設(shè)計(jì)和施工；③ 監(jiān)測(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)效應(yīng)變化，指導(dǎo)支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化和施工。施工期應(yīng)保證監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)和監(jiān)測(cè)反饋的及時(shí)性。相關(guān)儀器主要為振弦式多點(diǎn)位移計(jì)、滑動(dòng)測(cè)微計(jì)孔、收斂計(jì)、收斂測(cè)樁。

從檢測(cè)成果來看，糯扎渡地下廠房頂拱開挖結(jié)束時(shí)頂拱實(shí)測(cè)最大位移為3.38mm，至第Ⅶ層開挖完成時(shí)，廠房邊墻、頂拱圍巖沿洞室總軸線方向兩端變形較大，中間變形較小，沿洞室垂直方向上游拱座及巖壁吊車梁以下區(qū)域變形量較大，但變形主要發(fā)生在0～6m深度范圍內(nèi)，屬于淺表層圍巖變形， 說明開挖控制效果明顯［10］。

6 結(jié)語

大型地下廠房頂層施工確保圍巖穩(wěn)定，有效控制圍巖塑性變形區(qū)范圍，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效的工程目的，關(guān)鍵在于優(yōu)選開挖程序，控制爆破參數(shù)，適時(shí)支護(hù)，及時(shí)監(jiān)測(cè)反饋，動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)施工。

（1）在圍巖情況較好情況下，地下廠房頂拱采用先中導(dǎo)洞開挖后擴(kuò)挖，再兩側(cè)擴(kuò)挖的施工方法是有較大優(yōu)勢(shì)的，增加了工作面，減少了開挖與支護(hù)之間的相互干擾，加快了施工進(jìn)度。

（2）充分利用各種監(jiān)測(cè)設(shè)備儀器進(jìn)行數(shù)字化、信息化施工和設(shè)計(jì)。利用每次爆破監(jiān)測(cè)資料成果復(fù)核爆破設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)圍巖應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)成果及時(shí)進(jìn)行支護(hù)或加強(qiáng)支護(hù)，以確保圍巖穩(wěn)定。

（3）錨噴支護(hù)是關(guān)鍵。采取各種手段最大限度地控制圍巖變形，是確保工程安全的關(guān)鍵所在。

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TV554

B

1672-2469（2017）02-0120-05

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.02.037

2016-07-21

婁 彬（1983年—），男，工程師。