邢 磊，史永方，吳書艷

(江蘇國信溧陽抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇溧陽213334)

1 工程概況

溧陽抽水蓄能電站地下廠房系統(tǒng)由主廠房、主變洞、母線洞、高壓電纜平洞及電纜豎井、進(jìn)廠交通洞、施工支洞兼排風(fēng)洞、排水廊道、排風(fēng)豎井等洞室組成。地下廠房由主機(jī)間、安裝間和副廠房3部分組成，開挖斷面219.90 m×23.5 m×55.3 m(長×寬×高)，巖壁吊車梁以上開挖跨度25.00 m，以下為23.50 m，拱頂巖體厚240～290 m，屬大型地下廠房。主變洞開挖尺寸193.16 m×19.7 m×22.0 m(長×寬×高)，拱頂巖體厚220～270 m，主變室地面高程與安裝間相同。母線洞共6條，城門洞形斷面，開挖尺寸8.7 m×9.6 m(寬×高)，靠近主廠房10.0 m范圍母線洞的開挖尺寸7.2 m×6.0 m(寬×高)。

地下廠房系統(tǒng)埋深200～300 m，基巖巖性均為志留系茅山組下段中厚～巨厚層石英砂巖夾少量泥質(zhì)粉砂巖，巖性堅(jiān)硬，多數(shù)呈中厚～巨厚層狀，局部出露少量斷層或巖脈，廠房頂拱受F54、F57等較大斷層的影響。受斷層及層間錯(cuò)動(dòng)帶分布及節(jié)理裂隙發(fā)育程度等影響，圍巖大部分位于弱風(fēng)化帶內(nèi)，巖體多屬鑲嵌結(jié)構(gòu)或鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)。圍巖分類占比：Ⅲ1類約占10%、Ⅲ2類約占30%、Ⅳ1類約占35%、Ⅳ2類約占20%、Ⅴ類約占5%。廠區(qū)地下水豐富，部分結(jié)構(gòu)面，尤其是斷層為強(qiáng)透水帶，地下洞室涌水量約4 000～5 000 m3/d。

2 施工重點(diǎn)及難點(diǎn)

(1)主廠房、主變洞開挖跨度大，圍巖相對較差，IV類圍巖占45%，頂拱開挖安全是本工程的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。洞室圍巖條件相對較差，系統(tǒng)支護(hù)工程量大，設(shè)計(jì)不僅布置了錨噴支護(hù)，還在主廠房、主變洞頂拱、側(cè)墻設(shè)置了對穿錨索和端頭錨，以及預(yù)應(yīng)力錨桿、超前小導(dǎo)管、管棚等臨時(shí)支護(hù)。支護(hù)是制約工程進(jìn)度的關(guān)鍵。此外，主廠房開挖高差較大，開挖高邊坡安全穩(wěn)定問題是本工程的又一個(gè)重點(diǎn)。

(2)巖錨梁開挖成型質(zhì)量和爆破后巖體完整性直接影響到橋機(jī)運(yùn)行安全。因此，如何開挖巖錨梁，確保巖錨梁開挖質(zhì)量是地下廠房施工的重中之重。

(3)母線洞開挖既要確保廠房巖壁安全及巖錨梁質(zhì)量要求，又要盡量減少占壓廠房開挖直線工期。如何合理安排開挖時(shí)機(jī)是本工程的重點(diǎn)。

(4)地下洞室群相互關(guān)系復(fù)雜，施工通道錯(cuò)綜復(fù)雜，交通管理及交通安全是施工控制的難點(diǎn)；廠房系統(tǒng)洞室群隧洞交錯(cuò)復(fù)雜，確保洞室交叉處圍巖穩(wěn)定，是施工中的重點(diǎn)。

(5)F54斷層是影響廠房的最大斷層，其規(guī)模和影響區(qū)域較大，在主廠房、主變洞、母線洞等地下洞室均有出露。F54斷層由斷層泥夾角礫巖組成，強(qiáng)滲水，破碎及影響帶寬度有一定變化，總寬度3.7～12.2 m。F54斷層及影響帶對廠房頂拱、邊墻等部位的安全穩(wěn)定影響較大，必須采取相應(yīng)的處理措施，以確保圍巖穩(wěn)定。

3 主要應(yīng)對措施

(1)針對廠房、主變室頂拱跨度大及圍巖地質(zhì)情況較復(fù)雜這一施工難點(diǎn)，主要采取下列措施：①在廠房、主變室開挖中，相應(yīng)高程的排水廊道提前施工完成，達(dá)到降低地下水位、提高圍巖類別、減少施工中涌水量的目的。②根據(jù)籌建期在PD5探硐進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿試驗(yàn)，初步確定廠房頂拱層預(yù)固結(jié)灌漿參數(shù)，并根據(jù)排水廊道開挖揭露的地質(zhì)情況進(jìn)一步優(yōu)化參數(shù)，對廠房頂拱10 m范圍進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿。③采取超前探孔、超前探硐和地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；同時(shí)，利用廠房排水廊道開挖揭露的地質(zhì)情況，推測廠房頂拱的地質(zhì)情況；在廠房頂拱上游導(dǎo)洞施工過程中，在推斷進(jìn)入F54斷層影響帶前5 m，先開挖斷面2 m×3 m、長40 m的探硐，完全查明F54斷層的走向、斷層及影響帶的寬度。④頂拱層開挖采用兩側(cè)導(dǎo)洞開挖先行，中間預(yù)留巖柱開挖跟進(jìn)的施工方案，根據(jù)導(dǎo)洞揭露的地質(zhì)情況，及時(shí)進(jìn)行必要的超前支護(hù)或臨時(shí)支護(hù)；中墩完成擴(kuò)挖、系統(tǒng)錨桿、鋼筋拱肋、噴鋼纖維混凝土施工后，滯后掌子面10 m必須及時(shí)完成中部對穿錨索張拉，并及時(shí)跟進(jìn)兩側(cè)端錨及拱腳預(yù)應(yīng)力錨桿施工。⑤系統(tǒng)支護(hù)隨開挖斷面及時(shí)跟進(jìn)，防止頂拱產(chǎn)生大的變形。⑥嚴(yán)格控制單響藥量，控制質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度在規(guī)定范圍內(nèi)。⑦頂拱層支護(hù)相應(yīng)部位沒完成前，禁止開挖下層。

(2)針對廠房、主變室直立邊墻安全穩(wěn)定問題，采用以下措施：①除主廠房第Ⅱ、Ⅲ層，主變洞Ⅱ、Ⅲ層開挖均采取中間拉槽，兩側(cè)預(yù)留保護(hù)層擴(kuò)挖跟進(jìn)的方式；中間拉槽梯段爆破開挖前，先沿預(yù)留保護(hù)層邊線進(jìn)行預(yù)裂爆破施工，以減少爆破對預(yù)留巖體造成震動(dòng)破壞；預(yù)留保護(hù)層開挖采用設(shè)計(jì)輪廓線光面爆破的控制爆破技術(shù)；主廠房第Ⅳ層及以下采用邊墻一次預(yù)裂到位的施工方法。②對在主廠房上下游邊墻上開孔的引水隧洞支洞、母線洞及尾水支洞等的開挖，采取“先洞后墻”的開挖順序，在主廠房邊墻開挖前先形成洞室，確保高邊墻的穩(wěn)定，同時(shí)達(dá)到先期排水、降低地下水位的作用。③廠房和主變洞與-27.00 m高程灌漿排水廊道之間布置的對穿錨索孔的施工，在相應(yīng)的邊墻開挖后及時(shí)進(jìn)行，確保其對邊墻穩(wěn)定的保護(hù)作用。④為避免母線洞開挖占用廠房直線工期，提前利用主變聯(lián)系洞在主變洞內(nèi)布置臨時(shí)施工支洞進(jìn)入母線洞開挖掌子面，進(jìn)行母線洞開挖。⑤為確保地下廠房高邊墻的穩(wěn)定，在開挖廠房第Ⅵ、Ⅶ層之前，對開挖邊墻進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿；對廠房下游邊墻F54斷層影響帶進(jìn)行混凝土置換。⑥主廠房機(jī)坑之間巖埂保留對廠房邊墻的穩(wěn)定十分有利，在廠房第Ⅶ層開挖前，先對機(jī)坑之間的巖埂進(jìn)行固結(jié)灌漿。⑦地下廠房Ⅳ、Ⅴ類圍巖部位的網(wǎng)架吊頂牛腿和巖壁吊車梁下部，均增設(shè)附壁墻，附壁墻一直伸至發(fā)電機(jī)層高程，后期與發(fā)電機(jī)層上下游邊墻連接形成一個(gè)整體墻，附壁墻既可作為網(wǎng)架吊頂牛腿和巖壁吊車梁的支撐結(jié)構(gòu)，又可作為約束邊墻變形的支護(hù)手段。

(3)針對巖錨梁開挖成型難的問題，主要采取以下措施：①為使在巖錨梁開挖施工前取得合理的爆破參數(shù)及優(yōu)選出合理的開挖施工方法，進(jìn)行了3次巖錨梁爆破試驗(yàn)。②在巖錨梁層上下游邊墻預(yù)留3.5 m厚的保護(hù)層，中間梯段開挖前先沿保護(hù)層邊線進(jìn)行預(yù)裂施工，保護(hù)層開挖分2序，第1序采用液壓鉆造垂直孔和三臂液壓鉆機(jī)水平造孔，邊墻預(yù)裂；第2序采用風(fēng)鉆鉆孔，雙面光爆，同時(shí)嚴(yán)格控制單響藥量，確保質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度在控制范圍之內(nèi)。③距離巖錨梁下拐點(diǎn)10 cm處增設(shè)1排鎖口錨桿(φ25、1 500@1 000)，在巖臺(tái)下拐點(diǎn)開口位置靠下布置1道槽鋼進(jìn)行加固，槽鋼與加固錨桿焊接牢固，以加強(qiáng)下拐點(diǎn)保護(hù)，防止巖臺(tái)開挖撕壞下拐點(diǎn)。④本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，巖石結(jié)構(gòu)破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，為能進(jìn)一步加強(qiáng)斜向巖臺(tái)的保護(hù)，在斜向巖臺(tái)開挖前，根據(jù)節(jié)理、裂隙發(fā)育走向，采用玻璃纖維錨桿對斜向巖臺(tái)進(jìn)行預(yù)加固。

(4)針對廠房系統(tǒng)洞室群隧洞交錯(cuò)復(fù)雜，為確保洞室交叉處圍巖穩(wěn)定，采用以下措施：①引水隧洞岔洞、母線洞及尾水?dāng)U散段的開挖，采取間隔開挖的措施，確保巖壁穩(wěn)定。②對各洞室交叉口1.5倍洞徑范圍，開挖后及時(shí)加強(qiáng)支護(hù)或進(jìn)行混凝土襯砌鎖口，在廠房等大洞室高邊墻上開洞口時(shí)，先采用鎖口錨桿對邊墻進(jìn)行超前錨固，必要時(shí)進(jìn)行超前預(yù)注漿。③針對揭露斷層、巖石結(jié)構(gòu)破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育的部位，采取預(yù)固結(jié)灌漿進(jìn)行先期加固。

(5)針對廠房系統(tǒng)地下水豐富，降低地下水確保施工安全問題，采用以下措施：①建立工程區(qū)地下水位監(jiān)測網(wǎng)，并對輸水發(fā)電系統(tǒng)的地下水三維滲流場進(jìn)行分析研究，掌握了地下水的動(dòng)態(tài)特征。②在廠房、主變室開挖前，相應(yīng)高程的排水廊道提前施工完成，達(dá)到降低地下水位的目的。③充分利用掌子面各類鉆孔排水，包括超前勘探孔、管棚孔、小導(dǎo)管孔等；對掌子面的明顯出水點(diǎn)，則布置隨機(jī)排水孔；對已支護(hù)洞段新出現(xiàn)的出水點(diǎn)繼續(xù)布置隨機(jī)排水孔排水，以減輕掌子面的降水壓力。④當(dāng)遇到較大涌水且持續(xù)時(shí)間較長時(shí)，采用深井降水方案。在掌子面底板采用D50鉆機(jī)鉆設(shè)2～4個(gè)直徑195 mm、深20～40 m深井，采用潛水泵進(jìn)行抽排。

(6)在地下廠房系統(tǒng)開挖過程中，加強(qiáng)圍巖安全監(jiān)測，建立安全預(yù)報(bào)制度。開挖過程中，根據(jù)開挖部位和地質(zhì)條件，及時(shí)設(shè)置安全監(jiān)測點(diǎn)和圍巖收斂監(jiān)測斷面，對圍巖進(jìn)行安全監(jiān)測，以便調(diào)整開挖鉆爆程序和鉆爆參數(shù)，減輕開挖爆破對圍巖穩(wěn)定的影響。

4 施工總結(jié)

溧陽抽水蓄能電站地下廠房系統(tǒng)圍巖地質(zhì)條件

差，且地下水豐富，開挖后洞室自身穩(wěn)定性差，確保地下洞室圍巖安全穩(wěn)定是開挖支護(hù)的難點(diǎn)。結(jié)合現(xiàn)場施工取得的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，地下廠房系統(tǒng)開挖支護(hù)施工所遵循的原則為“超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前排水、超前支護(hù)、先邊后中、先軟后硬、先洞后墻、薄層開挖、隨層支護(hù)、加強(qiáng)觀測”。

(1)采取超前探孔、超前探硐和地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)；對埋深較淺的洞段，在地表測放出洞軸線，提前調(diào)查沿線地表覆蓋層、沖溝的性狀及水系分布，對照地勘資料分析前方圍巖的地質(zhì)構(gòu)造，也是地質(zhì)預(yù)報(bào)的方法之一。

(2)在地下廠房系統(tǒng)開挖前，相應(yīng)高程的排水廊道提前施工完成，達(dá)到提前降低地下水位的目的；同時(shí)，充分利用掌子面各類鉆孔排水，包括超前勘探孔、小導(dǎo)管孔等；在前期，施工支洞和排水廊道部位采用深井降水方案。

(3)主廠房、主變洞等大型洞室頂拱開挖嚴(yán)格遵循“上下游邊導(dǎo)洞先行，中墩跟進(jìn)”的原則；在開挖過程中，始終堅(jiān)持“先軟后硬，及時(shí)支護(hù)，開挖面領(lǐng)先掌子面不超過3個(gè)循環(huán)進(jìn)尺” 的原則；遇到引水支管、母線洞、尾水支洞等交叉部位，先進(jìn)行小洞室開挖，再進(jìn)行邊墻開挖，同時(shí)做好鎖口施工；主廠房高55 m，開挖共分8層，做到開挖1層支護(hù)1層，再進(jìn)行下層開挖。

(4)施工開挖期間，加強(qiáng)對洞室圍巖完整性和穩(wěn)定性的關(guān)注，在空間和時(shí)間上合理有序地安排施工。從觀測結(jié)果來看， 地下廠房系統(tǒng)的觀測布置較為合理，起到了險(xiǎn)情預(yù)報(bào)、指導(dǎo)施工、評價(jià)與修改支護(hù)參數(shù)的作用，達(dá)到了對整個(gè)地下廠房系統(tǒng)全面監(jiān)控的目的，保證了工程的總體安全。

5 結(jié) 語

在溧陽抽水蓄能電站地下廠房系統(tǒng)施工中，遇到了許多復(fù)雜的施工難題，參建各方集思廣益，同心協(xié)力，攻克了一個(gè)又一個(gè)難關(guān)，整個(gè)地下系統(tǒng)施工中未發(fā)生一起較大規(guī)模的塌方事故，從而有效地保證了施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度。