俞 成，張榮隨

(廣州新珠工程監(jiān)理有限公司， 廣州 510610)

水電站地下廠房基坑開挖和支護(hù)技術(shù)淺析

俞 成，張榮隨

(廣州新珠工程監(jiān)理有限公司， 廣州 510610)

地下廠房工程施工具有跨度大、廠房高度高，分層開挖施工、與相鄰洞室并列或縱橫交錯(cuò)、洞室交岔口多等特點(diǎn)。因此，地下廠房施工時(shí)采取必要的技術(shù)措施，控制施工期間的變形、保證施工期安全穩(wěn)定最為至關(guān)重要。文章分析的是某水電站地下廠房基坑建設(shè)，并對(duì)基坑開挖和支護(hù)技術(shù)進(jìn)行了探討。

地下廠房；基坑開挖；支護(hù)技術(shù)；水電站

1 地質(zhì)概況

該水電站廠房全長(zhǎng)253.70m，總寬度40m，廠區(qū)洞室全為輝綠巖侵入體的中心相，上層暗色菊花狀粗晶輝長(zhǎng)輝綠巖和下層淺色條帶狀粗晶輝綠巖，厚度變化是50-110m和80-90m,總厚度變幅為130-200m。它的主要物質(zhì)組成是白色基性斜長(zhǎng)石和暗色普通輝石，具輝長(zhǎng)輝綠結(jié)構(gòu)和流動(dòng)定向條帶構(gòu)造。廠區(qū)洞室圍巖以橫河向分布的F48陡立逆斷層為分界線，上盤下游側(cè)為Ⅲ類，下盤上游側(cè)絕大部為Ⅱ類圍巖，深部低高程為Ⅰ類。

2 施工平面布置

2.1 道路布置

主廠房開挖施工道路由廠左側(cè)廠房排風(fēng)洞接入。

2.2 施工水電布置

沿用廠房排風(fēng)洞的供水管路，采用DN150鋼管敷設(shè)至工作面，洞內(nèi)設(shè)支架，供水管距底板高0.5m。廠房底板高程低于廠房排風(fēng)洞底板高程，廠房滲水和施工廢水無法自流排出。因此在兩側(cè)邊墻設(shè)置排水溝，工作面和低洼處設(shè)置積水坑，設(shè)4-5臺(tái)5.5kw抽水機(jī)抽水至廠房、主變頂拱施工支洞現(xiàn)有排水溝排至洞外。

施工用電10kV高壓電纜從排風(fēng)豎井上方探硐內(nèi)變電站接入，1000kVA變壓器位于排風(fēng)洞，經(jīng)變壓后，采用三相四線電纜供電。

2.3 供風(fēng)安排

沿用廠房排風(fēng)洞的供風(fēng)管路，采用DN250鋼管接至廠房，作業(yè)面采用高壓橡膠管供風(fēng)。

3 基坑開挖施工技術(shù)

3.1 分層高度及分區(qū)原則

地下廠房的開挖施工順序分別是上、中、下部及頂拱四個(gè)部分，共分十層進(jìn)行開挖施工。頂拱188.00-179.60m按一層開挖，先中間導(dǎo)洞(寬10.0m)推進(jìn)，后兩側(cè)(各寬10.0m)擴(kuò)挖跟進(jìn)，通過廠房排風(fēng)洞、廠房主變室頂拱施工支洞出碴，上部179.60-171.60m，共分兩層進(jìn)行開挖，逐層開挖逐層支護(hù)，通過豎井溜碴至地下廠房中部164.00m，通過進(jìn)廠運(yùn)輸洞出碴；中部171.60-138.00m，共分四層進(jìn)行開挖施工，逐層開挖逐層支護(hù)，通過豎井溜碴至141.5m，經(jīng)過引水隧洞、引水隧洞施工支洞、進(jìn)廠運(yùn)輸洞出碴。下部138.00-113.45m，逐層進(jìn)行開挖支護(hù)，通過豎井溜碴至113.45m，經(jīng)尾水管、尾水管施工支洞、尾水隧洞施工支洞、進(jìn)廠運(yùn)輸洞出碴。

在這么多層結(jié)構(gòu)中，頂拱作為施工步驟中最主要的一個(gè)部位，它需要強(qiáng)力的支護(hù)，因?yàn)樗苯涌刂浦鴱S房一層施工進(jìn)度。拱頂支護(hù)一般使用9m左右長(zhǎng)度預(yù)應(yīng)力錨桿，錨桿通過多臂鑿臺(tái)車或錨桿臺(tái)車造錨桿孔。頂拱開挖順序要按照規(guī)范進(jìn)行，先進(jìn)行導(dǎo)洞開挖，然后中部開挖，最后兩側(cè)開挖的順序[1-3]。

下面詳細(xì)介紹頂拱部分技術(shù)要點(diǎn)。

3.2 開挖流程要點(diǎn)

采取先導(dǎo)洞，后擴(kuò)挖的方式施工，導(dǎo)洞工作面和上下游工作面之間相隔30m左右后，開始上游側(cè)擴(kuò)挖，然后繼續(xù)下游側(cè)擴(kuò)挖。

左側(cè)開挖的準(zhǔn)備工作，首先要選擇一個(gè)作業(yè)平臺(tái)，而廠房臺(tái)車下部是一個(gè)較好的選擇，然后進(jìn)行鉆孔，鉆孔一般使用人工鉆孔，爆破時(shí)使用裝載機(jī)將臺(tái)車端進(jìn)廠房排風(fēng)洞避炮。右側(cè)前3個(gè)循環(huán)開挖采用氣腿鉆鉆孔，鉆孔深度3.2m。中導(dǎo)洞開挖頂拱光爆孔孔距45cm，光爆孔采用間隔裝藥，裝藥密度根據(jù)爆破實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整。廠頂擴(kuò)挖后，及時(shí)進(jìn)行錨桿的施工，斜坡段底板分兩側(cè)進(jìn)行開挖，錨桿及素噴及時(shí)跟進(jìn)施工。在廠房開挖導(dǎo)洞的流程中，開挖至斜坡終點(diǎn)30m左右時(shí)，才能進(jìn)行上游的擴(kuò)挖，而在上游開挖完成30m左右時(shí)候，才能進(jìn)行下一項(xiàng)工作，即下游側(cè)擴(kuò)挖。上下游擴(kuò)挖到終點(diǎn)時(shí)，利用作業(yè)臺(tái)車，進(jìn)行開槽開挖、導(dǎo)洞開挖。具體開挖孔距及指標(biāo)嚴(yán)格按照施工技術(shù)規(guī)范進(jìn)行[4-6]。

端墻開挖分兩部分進(jìn)行開挖，先進(jìn)行中下部開挖，然后繼續(xù)周邊預(yù)留部分的開挖，具體孔深及鉆孔孔距嚴(yán)格按照施工規(guī)范要求進(jìn)行。

3.3 爆破要求

開挖過程中，爆破是最危險(xiǎn)的一項(xiàng)內(nèi)容，炮孔需要經(jīng)過檢查合格后，才可裝藥爆破，嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)要求進(jìn)行控制炮孔裝藥量，遵守安全爆破操作規(guī)程進(jìn)行。爆破工程師和現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)檢人員要復(fù)核檢查無誤后，撤離現(xiàn)場(chǎng)等待引爆[7]。

爆后要進(jìn)行爆后檢查，發(fā)現(xiàn)盲炮或未完成爆破的炸藥及時(shí)處理。在爆破完成后，要及時(shí)檢查爆后有沒有排煙通風(fēng)，有毒氣體有沒有排除，是否符合國(guó)家爆破毒氣排放標(biāo)準(zhǔn)，才能進(jìn)行出渣，這也是保證作業(yè)人員安全的一個(gè)重要步驟。進(jìn)行出渣前，必須進(jìn)行井壁的檢查工作，避免因井壁松動(dòng)造成石塊掉落或其他安全事故的發(fā)生，必要時(shí)要進(jìn)行井壁的支護(hù)加固方可出渣[8]。

4 基坑支護(hù)施工技術(shù)

4.1 支護(hù)施工流程圖

支護(hù)施工流程圖見圖1。

圖1 支護(hù)施工流程圖

4.2 錨桿支護(hù)施工方案

一次系統(tǒng)錨桿為Φ28(三級(jí)鋼)6.0m/9.0m長(zhǎng)短結(jié)合錨桿，入巖5.5m/8.5m和5.8m/8.8m，間排距1.5(或4.5)m，間隔布臵。設(shè)計(jì)形式為普通砂漿錨桿。施工設(shè)計(jì)形式采用是先插桿后注漿型砂漿錨桿，主要用于頂拱角度30°以上等部位施工，施工時(shí)不易砂漿易注入且漿液容易外漏。

砂漿錨桿先注漿后插桿施工工藝流程圖見圖2。

圖2 錨直支護(hù)工藝流程圖

4.3 錨桿支護(hù)施工方法

4.3.1 鉆孔

支護(hù)錨桿的直徑為Φ28mm，長(zhǎng)度分9.0m和6.0m兩種，采用先注漿后插桿施工方式時(shí)其鉆孔直徑選取為42mm；錨桿鉆孔采用阿特拉斯-353E多臂鉆打設(shè)；錨桿安裝采用自制可升降的液壓臺(tái)車進(jìn)行施工。

4.3.2 安裝與注漿

錨桿在加工場(chǎng)內(nèi)根據(jù)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度定長(zhǎng)在加工廠下料，分類堆放待用；施工時(shí)用5t運(yùn)輸汽車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，人工垂直搬運(yùn)至個(gè)施工作業(yè)面。

1)完成鉆孔后，要用風(fēng)吹走孔內(nèi)雜物或碎屑，并且及時(shí)進(jìn)行孔口的封堵工作，避免其他動(dòng)物或者雜物進(jìn)入孔內(nèi)。

2)砂漿錨桿安裝，易塌孔部位或頂拱部位的錨桿孔，采取先插桿后注漿的方法進(jìn)行施工。施工時(shí)人工用PCV管或木棍向孔底50cm范圍內(nèi)推入浸泡好的水泥錨固劑，并輕搗密實(shí)，然后人工輔以機(jī)械插入錨桿，并固定好；錨桿桿體和排氣管、注漿管一同捆綁好，同時(shí)對(duì)管口做防護(hù)；然后用麻繩和水泥錨固劑將孔口50cm范圍內(nèi)封堵密實(shí)；用注漿機(jī)連接注漿管注入M25水泥砂漿，注漿要飽滿，待排氣管有漿液流出時(shí)停止注漿；最后人工用砂漿對(duì)空口找平，待砂漿達(dá)到70%強(qiáng)度后，放上鋼墊板后人工安裝上M22螺帽并旋緊；錨桿安裝時(shí)用塑料薄膜將錨桿待絲扣段保護(hù)好。錨桿孔注漿后，在砂漿凝固前不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿。

4.4 掛鋼筋網(wǎng)、噴混凝土施工

洞內(nèi)噴混凝土采用濕噴法施工，噴混凝土利用錨桿施工作業(yè)平臺(tái)臺(tái)車，用短鋼筋(φ12)設(shè)臵噴層厚度標(biāo)志，人工撬除浮石，把滴、滲、淋水引出受噴單元外，用高壓風(fēng)槍吹洗坡面巖粉、巖屑及其他污物。受噴面經(jīng)驗(yàn)收后灑水潤(rùn)濕。噴射混凝土采用TK961濕噴機(jī)，每塊噴護(hù)面按自下而上進(jìn)行噴護(hù)，噴嘴與受噴面盡量垂直，噴射混凝土在邊坡錨桿支護(hù)完畢后，沿邊坡自上而下分層次分段分片依次進(jìn)行。噴混凝土分兩層進(jìn)行，第一層噴射5cm，后一層應(yīng)在前一層初凝前及時(shí)進(jìn)行。終凝后即刻進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

5 施工安全保證措施

施工安全保證措施主要有：

1)施工作業(yè)人員必須配備安全防護(hù)工具及用品，例如反光衣、手套、頭盔等工具。各材料庫(kù)、倉(cāng)庫(kù)等必須配備必要的消防器具，并且有明顯的安全警示標(biāo)志。

2)進(jìn)行爆破等危險(xiǎn)性工作時(shí)，必須由具有爆破安全技術(shù)人員進(jìn)行擔(dān)任，嚴(yán)格按照爆破程序進(jìn)行，保持安全距離和注意爆破程序。

3)在開挖地質(zhì)不良的地段時(shí)，要進(jìn)行地質(zhì)的勘查，應(yīng)按照短進(jìn)尺、弱爆破、先護(hù)頂、及時(shí)強(qiáng)支護(hù)的原則進(jìn)行，并且編制相應(yīng)的專項(xiàng)方案，組織管理技術(shù)人員進(jìn)行方案的檢查和制定安全事故措施。

4)洞室交叉口的開挖應(yīng)先打鎖口錨桿加固再進(jìn)行相貫洞室的開口爆破，爆破后支護(hù)立即跟上，以防止出現(xiàn)塌方。

5)爆破作業(yè)中鉆孔、裝藥、連網(wǎng)、起爆以及爆后檢查均由持有效操作證的職工完成。

6)在洞室施工中配備有害氣體監(jiān)測(cè)、報(bào)警裝臵；洞內(nèi)要保持通風(fēng)干燥，能見度良好，注意安裝有毒氣體檢測(cè)器，避免對(duì)作業(yè)施工人員的傷害。

7)在電線電力方面，要注意電線的安裝高度，配電系統(tǒng)的安置要注意進(jìn)行防護(hù)，防止漏電等事故的發(fā)生，及時(shí)摸查電路電線的老化情況，設(shè)立明顯的警示標(biāo)志，使用安全電壓等。

8)鋼筋、錨索通過特制的放料支架下料，以防其彈力將人員彈傷，往孔內(nèi)安裝錨桿、錨索時(shí)，由專人統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮。

6 結(jié) 語

以上是對(duì)地下廠房基坑開挖及支護(hù)的淺析，給同類工程作為參考，其實(shí)在地下廠房基坑工程中，開挖和支護(hù)最重要的原則就是利用可靠的技術(shù)手段為前提，積累經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)積極探索和發(fā)現(xiàn)新材料、新工藝、新方法，并結(jié)合施工難度進(jìn)行綜合分析，才能不斷提升工程質(zhì)量。

[1]佘金波,劉鐵.通過有限元法對(duì)嘉州路站基坑開挖支護(hù)施工安全性影響評(píng)估[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(01):87-88.

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[4]吳赤寧.基坑開挖支護(hù)的數(shù)值模擬[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2008(15):89-92.

[5]吳赤寧.基坑開挖支護(hù)的數(shù)值模擬[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2008(19):56-58.

[6]朱玉國(guó).營(yíng)業(yè)線基坑開挖支護(hù)設(shè)計(jì)與施工[J].山西建筑,2008(31):27-29.

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1007-7596(2017)07-0157-03

2017-06-18

俞成 (1986-)，男，安徽舒城人，工程師；張榮隨(1985-)，男，湖北十堰人，工程師。

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