楊紫慧，宋海亮

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概況

厄瓜多爾保特-索普拉多拉水電站項(xiàng)目地下廠(chǎng)房為圓拱直墻型，頂拱為三心圓拱。廠(chǎng)房全長(zhǎng)87m，最大跨度22m，總高度56.4m。在開(kāi)工時(shí)間整體滯后的條件下，在交叉作業(yè)面多，工期緊張，工程質(zhì)量要求高的背景下，如何快速高效地完成廠(chǎng)房開(kāi)挖支護(hù)，保證三臺(tái)機(jī)組的正常發(fā)電時(shí)間，以及如何保證廠(chǎng)房區(qū)域施工中的通風(fēng)問(wèn)題和安全監(jiān)測(cè)是本項(xiàng)目研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1-5]。

2 主要研究?jī)?nèi)容及需要解決的技術(shù)難題

(1)索普拉多拉水電站項(xiàng)目地下廠(chǎng)房快速開(kāi)挖的主要研究?jī)?nèi)容：

①地下廠(chǎng)房開(kāi)挖及支護(hù)施工方案；

②廠(chǎng)房開(kāi)挖爆破設(shè)計(jì)；

③廠(chǎng)房分層開(kāi)挖布置；

④廠(chǎng)房通風(fēng)系統(tǒng)方案；

⑤廠(chǎng)房開(kāi)挖期安全監(jiān)測(cè)。

(2)技術(shù)攻關(guān)主要解決如下幾個(gè)問(wèn)題：

①研究多工作面交叉作業(yè)時(shí)各工作面的協(xié)調(diào)施工；

②研究廠(chǎng)房區(qū)域各施工部位通風(fēng)問(wèn)題；

③研究廠(chǎng)房分層方式及各層施工通道的利用；

④研究廠(chǎng)房各層施工順序及施工時(shí)間；

⑤研究廠(chǎng)房區(qū)域其他部位施工順序?qū)χ鲝S(chǎng)房開(kāi)挖進(jìn)度的影響；

⑥研究多點(diǎn)位移計(jì)安裝埋設(shè)方法。

3 實(shí)施進(jìn)展

3.1 主要方法

3.1.1 地下廠(chǎng)房分層施工

圖1 地下廠(chǎng)房開(kāi)挖分層示意

將地下廠(chǎng)房分為八層開(kāi)挖，具體分層如表1所示。

表1 地下廠(chǎng)房開(kāi)挖分層

3.1.2 廠(chǎng)房安全監(jiān)測(cè)

安全監(jiān)測(cè)主要是通過(guò)埋設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)來(lái)進(jìn)行控制。地下廠(chǎng)房共埋設(shè)18個(gè)多點(diǎn)位移計(jì)，其中，頂拱埋設(shè)4個(gè)(孔深18m)；長(zhǎng)度方向每側(cè)對(duì)應(yīng)埋設(shè)3排，一排2個(gè)(孔深18m)；跨度方向每側(cè)對(duì)應(yīng)埋設(shè)1個(gè)(孔深12m)。通過(guò)收集觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)判斷廠(chǎng)房巖石位移變化情況。

(1)首先按圖紙或監(jiān)理的指示放出儀器位置，避開(kāi)附近錨桿等設(shè)施，采用巖芯鉆進(jìn)行造孔。

(2)巖石表面采用φ130mm鉆頭，進(jìn)行50cm長(zhǎng)度鉆孔，形成長(zhǎng)(20cm)×寬(20cm)×深(50cm)的坑槽；接著φ110mm鉆頭，進(jìn)行100cm長(zhǎng)度鉆孔，其余1100cm或1700cm采用φ90mm鉆頭進(jìn)行鉆孔，形成巖石表面長(zhǎng)(20cm)×寬(20cm)×深(50cm)的坑槽。連接長(zhǎng)100cm，φ110mm的洞，再連接長(zhǎng)1100cm或1700cm，φ90mm的洞。

(3)按照?qǐng)D紙?jiān)O(shè)計(jì)要求或監(jiān)理的指示，我們組裝位移計(jì)并固定測(cè)頭的位置，固定位移計(jì)的灌漿管和排氣管，將位移計(jì)整體推入孔內(nèi)到達(dá)設(shè)計(jì)的位置。

(4)在位移計(jì)測(cè)頭部位采用土工布和水泥卷進(jìn)行封孔，引出位移計(jì)的灌漿管和排氣管。

(5)采用與錨桿灌漿一樣的水泥漿進(jìn)行灌漿，到孔內(nèi)充滿(mǎn)水泥漿，待水泥漿凝固后進(jìn)行位移計(jì)的數(shù)據(jù)收集和整理資料。

把每次測(cè)量的讀數(shù)連接成線(xiàn)，得到時(shí)間與位移的變化曲線(xiàn)。由各深度觀(guān)測(cè)點(diǎn)位移的整體變化趨勢(shì)可以看出，開(kāi)挖爆破階段受開(kāi)挖荷載、爆破震動(dòng)影響各深度測(cè)點(diǎn)都出現(xiàn)位移徒增，尤其是在8月4日廠(chǎng)房第Ⅲ層(高程935.46m)下挖開(kāi)工后位移發(fā)展迅速，變形將在開(kāi)挖支護(hù)工作完成后逐漸收斂。從變形量的角度分析，位移量隨深度增加而增加，變形主要發(fā)生在距表面5m以?xún)?nèi)的監(jiān)測(cè)部位，5m點(diǎn)和8m點(diǎn)基本保持同步變形趨勢(shì)，2m點(diǎn)的變形總體比較平緩而且變形總量較小。

圖2 地下廠(chǎng)房多點(diǎn)位移計(jì)數(shù)據(jù)分析

3.2 施工措施

3.2.1 地下廠(chǎng)房分層施工

(1)廠(chǎng)房第Ⅰ層開(kāi)挖(959.00m～949.00m)

廠(chǎng)房第Ⅰ層采用“中導(dǎo)洞(9.2m×9.0m)超前、兩側(cè)擴(kuò)挖跟進(jìn)”的方法開(kāi)挖。首先從7#廊道進(jìn)入廠(chǎng)房，沿洞軸線(xiàn)單向掘進(jìn)，進(jìn)行中導(dǎo)洞開(kāi)挖支護(hù)施工。待4#廊道貫通后，兩端相向掘進(jìn)，形成兩個(gè)工作面進(jìn)行開(kāi)挖。由4#廊道進(jìn)入廠(chǎng)房后，形成坡度約12.9%的斜坡道路，作為主要施工通道。

中導(dǎo)洞采用人工氣腿鉆在自制臺(tái)車(chē)上造孔，頂拱周邊光面爆破，中導(dǎo)洞每循環(huán)進(jìn)尺3.0m～3.5m；兩側(cè)擴(kuò)挖滯后中導(dǎo)洞開(kāi)挖20m～30m進(jìn)行，采用人工氣腿鉆在自制臺(tái)車(chē)上造孔，頂拱及側(cè)墻周邊光面爆破，擴(kuò)挖每循環(huán)進(jìn)尺3.5m～4.0m。

(2)廠(chǎng)房第Ⅱ?qū)娱_(kāi)挖(949.00m～941.80m)

廠(chǎng)房第Ⅱ?qū)佑?#廊道進(jìn)入，采用“中間抽槽、兩側(cè)擴(kuò)挖”的方法開(kāi)挖。中間抽槽寬度約15.0m，采用液壓鉆造孔，深孔梯段爆破；為確保洞室周邊圍巖不受破壞，抽槽輪廓線(xiàn)進(jìn)行預(yù)裂爆破，保護(hù)層厚度3.5m。保護(hù)層采用氣腿鉆造孔，人工裝藥，周邊光面爆破。

(3)廠(chǎng)房第Ⅲ層開(kāi)挖(941.80m～935.46m)

廠(chǎng)房第Ⅲ層由進(jìn)廠(chǎng)交通洞進(jìn)入，除937.10m平臺(tái)保護(hù)層采用氣腿鉆水平光爆外，其余開(kāi)挖方法同第Ⅱ?qū)印?/p>

(4)廠(chǎng)房第Ⅳ層開(kāi)挖(935.46m～928.15m)

廠(chǎng)房第Ⅲ層開(kāi)挖結(jié)束后，即進(jìn)行第Ⅳ層抽槽爆破，待排架柱安裝及吊車(chē)梁混凝土澆筑后，再進(jìn)行出渣。吊車(chē)梁混凝土澆筑完成21d后，再進(jìn)行兩側(cè)擴(kuò)挖施工。具體開(kāi)挖方法同第Ⅱ?qū)印?/p>

(5)廠(chǎng)房第Ⅴ層開(kāi)挖(928.15m～920.84m)

廠(chǎng)房第Ⅴ層由擴(kuò)挖后的引水隧洞下平段岔管進(jìn)入，同樣采用“中間抽槽、兩側(cè)擴(kuò)挖”的方法進(jìn)行開(kāi)挖，最后進(jìn)行926.15m及926.00m平臺(tái)保護(hù)層開(kāi)挖，開(kāi)挖方法同第Ⅲ層。

(6)廠(chǎng)房第Ⅵ層開(kāi)挖(920.84m～912.65m)

廠(chǎng)房第Ⅵ層由擴(kuò)挖后的引水隧洞下平段岔管和機(jī)組排水洞進(jìn)入，同樣采用“中間抽槽、兩側(cè)擴(kuò)挖”的方法進(jìn)行開(kāi)挖，最后進(jìn)行919.00m平臺(tái)保護(hù)層開(kāi)挖，開(kāi)挖方法同第Ⅲ層。

(7)廠(chǎng)房第Ⅶ、Ⅷ層開(kāi)挖(912.65m～906.65m、906.65m～902.60m)

廠(chǎng)房第Ⅶ、Ⅷ層集水井由機(jī)組排水洞進(jìn)入，進(jìn)行開(kāi)挖。采用“中間抽槽、預(yù)留邊墻保護(hù)層”的開(kāi)挖方法，保護(hù)層厚度1.45m。

第Ⅶ、Ⅷ層集水井開(kāi)挖完成后，采用輕質(zhì)材料(泡沫或木板等)將集水井填充，避免因上層開(kāi)挖渣料堆積其內(nèi)造成二次出渣。

3.2.2 廠(chǎng)房通風(fēng)系統(tǒng)

根據(jù)本項(xiàng)目廠(chǎng)房區(qū)域的總體設(shè)計(jì)，廠(chǎng)房各廊道以及廠(chǎng)房和主變室開(kāi)挖期間，僅有進(jìn)廠(chǎng)交通洞作為唯一的施工通道和通風(fēng)排煙通道?？紤]到進(jìn)廠(chǎng)交通洞長(zhǎng)達(dá)1903m，通風(fēng)距離較遠(yuǎn)，且末端有多條施工廊道，因此，廠(chǎng)房區(qū)域各工作面開(kāi)挖期間主要利用下坡開(kāi)挖的優(yōu)勢(shì)，采用洞口平臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)壓入式通風(fēng)為主。同時(shí)根據(jù)需要增加吸出式射流風(fēng)機(jī)(或軸流風(fēng)機(jī))以增強(qiáng)排風(fēng)效果。

根據(jù)廠(chǎng)房各部位獨(dú)頭掘進(jìn)距離、開(kāi)挖斷面尺寸和采用無(wú)軌運(yùn)輸?shù)葪l件計(jì)算通風(fēng)量。擬選取其中最長(zhǎng)的隧洞組合進(jìn)行單獨(dú)計(jì)算(L=進(jìn)廠(chǎng)交通洞1732m+1#廊道41.49m+2#廊道362.45m-風(fēng)管距掌子面距離30m=2105.94m)，然后進(jìn)行統(tǒng)一考慮。

圖3 進(jìn)廠(chǎng)交通洞口及洞內(nèi)通風(fēng)布置

3.3 技術(shù)路線(xiàn)

地下廠(chǎng)房開(kāi)挖施工技術(shù)路線(xiàn)如圖5所示。

圖5 地下廠(chǎng)房開(kāi)挖施工流程

4 結(jié)語(yǔ)

索普拉多拉水電站地下廠(chǎng)房系統(tǒng)是一個(gè)洞室縱橫交錯(cuò)、龐大復(fù)雜的地下洞室群，對(duì)地下廠(chǎng)房快速建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)的研究，合理新增了7#施工支洞，提前30d進(jìn)入了廠(chǎng)房開(kāi)挖?？茖W(xué)合理的開(kāi)挖方法及通風(fēng)方案，使廠(chǎng)房開(kāi)挖施工有條不紊的進(jìn)行。同時(shí)利用施工期的安全監(jiān)測(cè)，過(guò)程中的數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)了大跨度地下廠(chǎng)房快速開(kāi)挖。