李 凱

（山西中部引黃工程建設(shè)管理有限公司，山西 太原 030024）

1 工程概況

中部引黃工程是山西省“十二五”規(guī)劃大水網(wǎng)建設(shè)中一項(xiàng)重要的工程，工程包括水源工程和輸水工程，2016年底其水源工程被列為水利部172項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程。取水口位于天橋水電站左壩頭上游380m處，地下泵站位于取水工程的末端，泵站廠房為地下廠房，裝機(jī)容量9.9萬kW，設(shè)計(jì)取水流量23.55m3/s。水源工程地下廠房由安裝間、主廠房、副廠房組成。

廠房開挖斷面長120.8m，寬21.3～25.84m，最大高度41.6m，底板開挖高程800.4m，頂拱開挖高程842.0m。地下廠房布置了8條施工支洞，主廠房頂部施工支洞長140m，終點(diǎn)為廠房833.55m高程，泵站下部施工支洞長24m，終點(diǎn)為廠房810.3m高程；泵站中部施工支洞長22m，終點(diǎn)為廠房824.05m高程；泵站底部支洞通過擴(kuò)挖1號(hào)進(jìn)水管而成，長度26m，終點(diǎn)為廠房800.4m高程。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 基本地質(zhì)條件

地下廠房處鉆孔巖芯揭露，該處發(fā)育的地層由老至新分別為：奧陶系中統(tǒng)上馬家溝中段（O2s2）厚層灰?guī)r、豹皮狀灰?guī)r，巖性較堅(jiān)硬；廠房所處山梁兩側(cè)基巖出露，F(xiàn)al正斷層從場地南側(cè)穿過，在泵站西側(cè)溝內(nèi)有露頭，距離泵站邊墻110m。斷層產(chǎn)狀NW300°~320°/SW∠70°~80°，斷層帶寬3~5m，斷距60~70m。下盤巖層產(chǎn)狀為NW330°~340°/SW∠2°~6°，上盤巖層產(chǎn)狀為NW330°~340°/NE∠5°~10°。

2.2 水文地質(zhì)條件

地下泵站地處天橋泉域排泄區(qū)，據(jù)泉域有關(guān)水文地質(zhì)資料，地下水整體由東向西流動(dòng)，水力坡度為5‰；地下泵站西南1km團(tuán)結(jié)村水井巖溶水位為833m左右。廠房處地下硐室及其上部灰?guī)r及泥灰?guī)r層存在兩層地下水。上層滯水水位高程913m左右，奧陶系中統(tǒng)峰峰組下段泥灰?guī)r、角礫狀泥灰?guī)r為相對(duì)隔水層。下層巖溶水位高程834m左右，主要含水層為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組灰?guī)r，具有一定承壓性。

3 地下廠房工程地質(zhì)問題及工程措施

3.1 軟巖層工程地質(zhì)問題

（1）地下廠房頂拱開挖高程為842m，泥灰?guī)r分布高程范圍為829.5~861.8m，由于泥灰?guī)r巖性較軟，在地下水的作用下易軟化，洞室穩(wěn)定性差。同時(shí)泥灰?guī)r層主要分布于廠房頂拱部位，厚度5.5~18.7m，對(duì)廠房頂拱的穩(wěn)定不利。

工程措施：地下廠房頂拱上部分布一定厚度的泥灰?guī)r層，且為水平構(gòu)造，這對(duì)于地下廠房的開挖及運(yùn)行極為不利。若將該層泥灰?guī)r進(jìn)行挖除，雖一定程度上解決該問題，但是必將增大頂拱支護(hù)難度，增加工程投資，并且不能徹底解決頂拱安全問題，仍存在安全隱患。

經(jīng)多方案比選，選擇在地下廠房開挖前，利用上方的通風(fēng)兼灌漿廊道，對(duì)廠房頂拱部位泥灰?guī)r層進(jìn)行固結(jié)灌漿，加強(qiáng)頂拱巖石的完整性，提高巖體強(qiáng)度和剛度。在廠房第一層開挖過程中，為確保開挖過程中頂拱的穩(wěn)定性，首先沿I層開挖輪廓線噴鋼纖維混凝土20cm厚；同時(shí)在廠房頂拱與上部灌漿廊道間，梅花型布置7排共192根1000KN級(jí)、長度L為20～28m的對(duì)穿無黏結(jié)式預(yù)應(yīng)力錨索，并布置直徑28mm，間距1.5m×1.5m，長大于6～9m，入巖長度5.5～8.5m的系統(tǒng)錨桿，保證在開挖過程中頂拱的穩(wěn)定性。在廠房I層開挖完成后，對(duì)頂拱進(jìn)行混凝土襯砌，拱襯砌厚度為100～169.5cm（EL841.80m~EL836.14m間沿鉛垂方向），配雙層鋼筋。

（2）地下廠房四周邊墻分布泥灰?guī)r，受地下水作用，廠房邊墻上部穩(wěn)定性較差，需釆取必要的工程措施進(jìn)行處理。

工程措施：為確保開挖過程中，地下廠房邊墻的穩(wěn)定，在每層邊墻開挖完成后，及時(shí)噴20cm厚鋼纖維混凝土，同時(shí)在地下廠房上、下游邊墻布設(shè)有預(yù)應(yīng)力錨索（包括對(duì)穿錨索和端頭錨索），上游布設(shè)有對(duì)穿錨索與進(jìn)水池對(duì)穿貫通，下游下部為對(duì)穿錨索與出水閥室對(duì)穿貫通，下游上部布設(shè)有2排端頭錨索。對(duì)穿錨索型式為1600KN，長為20~23.5m無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，端頭錨索為1000KN，長為23m無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索。

3.2 地下水的影響

廠房區(qū)地下水主要是基巖裂隙水與巖溶裂隙水，主要富存于巖體中的節(jié)理裂隙中。巖體以弱~中等透水為主。該工程整個(gè)水源工程均處于天橋泉域排泄區(qū)，水源來源豐富，廠房區(qū)天然地下水位高程約為834~836m，地下水位位于廠房洞室中上部，施工時(shí)存在施工涌水問題。

工程措施：為盡可能創(chuàng)造地下廠房施工的干地條件，避免廠房開挖對(duì)天橋泉域水資源的破壞，同時(shí)也防止意外施工涌水造成生命財(cái)產(chǎn)損失，對(duì)地下廠房的地下水進(jìn)行系統(tǒng)的處理。本工程在地下廠房開挖之前，利用廠房頂部灌漿廊道，對(duì)廠房周邊進(jìn)行帷幕灌漿，灌漿深度到廠房底板高程以下3m，完成廠房四周邊墻范圍內(nèi)封水。由于廠房底部泥灰?guī)r層下部出現(xiàn)承壓水，壓力較大，廠房開挖底板附近，為防止泵站底部軟弱層被擊穿而出現(xiàn)大范圍涌水，對(duì)硐室下部承壓水帶進(jìn)行固結(jié)灌漿封堵處理，使泥灰?guī)r層下部和硐室兩側(cè)，形成6m厚的帷幕帶，起到加固硐室及阻水的作用。通過灌漿對(duì)地下廠房四周形成封水帷幕，既創(chuàng)造了施工的干地條件，又為今后泵站運(yùn)行節(jié)省排水成本。

4 廠房開挖及趕工措施

由于工作面交接滯后、增加頂拱襯砌等原因，水源工程地下廠房進(jìn)度較原計(jì)劃推遲，為加快施工進(jìn)度，根據(jù)廠房的總高度及施工通道布置情況、投入的施工設(shè)備、施工方便等綜合考慮，將廠房開挖分層方案由7層調(diào)整為5層開挖完成。

4.1 廠房開挖程序

第I層：根據(jù)施工總體規(guī)劃，廠房I層開挖洞內(nèi)通道，為1號(hào)交通洞、2號(hào)通風(fēng)機(jī)室施工支洞、2號(hào)通風(fēng)機(jī)室、廠房I層工作面?？紤]到頂拱層獨(dú)洞開挖及支護(hù)工作量大等特點(diǎn)，確定開挖高度9.5m（高程842.0~832.75m），分左右兩半幅進(jìn)行開挖。

第II層開挖通道分兩條。施工通道一為2號(hào)通風(fēng)機(jī)室、2號(hào)通風(fēng)機(jī)室支洞、1號(hào)交通洞，該通道進(jìn)行該層大部分開挖。施工通道二直接利用1號(hào)交通洞。該層開挖實(shí)施范圍為EL832.75m-EL825.30m，開挖高度7.45m。廠房II及巖壁梁開挖，主要包括中槽預(yù)裂施工、臨時(shí)便道開挖、中槽開挖、保護(hù)層開挖、巖壁梁開挖。

第III層開挖實(shí)施范圍為EL825.30m—EL820.20m，開挖高度5.1m，開挖通道直接利用1號(hào)交通洞。廠房III層開挖主要包括：邊墻及端墻預(yù)裂施工；1號(hào)交通洞與安裝間交岔段開挖支護(hù)；安裝間端墻開護(hù)；上游半幅開挖支護(hù)；下游半幅開挖支護(hù)；副廠房端墻開挖支護(hù)。

第IV層開挖實(shí)施范圍為EL820.20m—EL811m序開挖，廠房IV-I層開挖高度4.5m，廠房IV-II層開挖高度4.7m，每序按左右半幅進(jìn)行開挖支護(hù)。廠房IV層開挖有兩條施工通道：一是安裝間處施工通道,為施工工作面、安裝間、1號(hào)交通洞；二是泵站下部支洞處施工通道，為施工工作面、泵站下部支洞、進(jìn)水洞施工支洞、2號(hào)交通洞、1號(hào)交通洞。

第V層開挖施工范圍為EL811.00m—EL800.40m，開挖高度10.6m；分兩序開挖，廠房V-I層開挖高度6.7m，廠房V-II層開挖高度3.9m。端墻進(jìn)行預(yù)裂爆破施工，I序及II序均釆用中部拉槽，預(yù)留3.0m保護(hù)層開挖支護(hù)施工。V層開挖通道有3條：一是下部施工支洞處施工通道，為施工工作面、臨時(shí)施工便道、地下泵站下部施工支洞、進(jìn)水洞施工支洞、2號(hào)交通洞、1號(hào)交通洞；二是地下泵站底部施工支洞處施工通道，為施工工作面、地下泵站底部施工支洞、進(jìn)水洞施工支洞、2號(hào)交通洞、1號(hào)交通洞；三是4號(hào)進(jìn)水支洞處施工通道，為施工工作面、4號(hào)進(jìn)水支洞、進(jìn)水洞施工支洞、2號(hào)交通洞、1號(hào)交通洞。

4.2 趕工措施

為達(dá)到預(yù)定的通水目標(biāo)，在廠房開挖之前，制定了多項(xiàng)措施進(jìn)行趕工。

（1）擴(kuò)大2號(hào)通風(fēng)機(jī)室支洞斷面。2號(hào)通風(fēng)機(jī)室支洞室，支護(hù)后斷面尺寸為4.5m×5.0m（寬×高），是廠房Ⅰ層開挖及頂拱混凝土襯砌的唯一通道，而廠房Ⅰ層及頂拱襯砌進(jìn)度直接制約整個(gè)廠房開挖進(jìn)度，由于該支洞斷面尺寸制約了大型鑿巖臺(tái)車進(jìn)場、同時(shí)不利于通風(fēng)散煙及出渣設(shè)備的通行。因此將該支洞斷面尺寸調(diào)整為7.5m×8.0m。

（2）調(diào)整開挖跨度，釆用左右半幅錯(cuò)距開挖。對(duì)于大斷面洞室，釆用先中導(dǎo)洞再兩側(cè)擴(kuò)挖的方法，進(jìn)行廠房I層開挖，即廠房I層分3次開挖。為盡量滿足廠房工期需要，同時(shí)考慮實(shí)際施工條件，將廠房I層分左右兩半幅進(jìn)行開挖。同時(shí)安排在2號(hào)通風(fēng)室開挖支護(hù)期間同時(shí)進(jìn)行中導(dǎo)洞超前開挖，在2號(hào)通風(fēng)機(jī)室擴(kuò)挖支護(hù)完成后，將中導(dǎo)洞兩側(cè)擴(kuò)挖完成，隨后即釆用左右半幅錯(cuò)距開挖的方法進(jìn)行I層開挖。

（3）廠房I層開挖支護(hù)和混凝土襯砌交叉進(jìn)行?？紤]廠房頂拱I層圍巖較差，開挖支護(hù)時(shí)間將較長，且頂拱混凝土襯砌范圍及施工難度較大，釆取開挖和襯砌交叉進(jìn)行，在廠房全斷面開挖支護(hù)60m左右后開始啟動(dòng)頂拱混凝土施工。

5 結(jié)論

中部引黃地下泵站地處天橋泉域下泄區(qū)，工程地質(zhì)條件差、水文條件不利，通過釆取合適的工程措施，確保了工程施工及今后運(yùn)行安全，也避免了對(duì)當(dāng)?shù)厮Y源環(huán)境的破壞；通過對(duì)部分設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行優(yōu)化、調(diào)整施工順序、合理進(jìn)行開挖分層，極大地加快了廠房開挖進(jìn)度，從而為首臺(tái)機(jī)組上水奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。