龍灘水電站地下廠房Ⅰ層開挖支護施工技術

徐世普

（華能瀾滄江水電有限公司，云南 昆明 650214）

1 工程概況

龍灘工程地下廠房總長388.5m，設置有巖錨吊車梁，其上部開挖跨度30.70m，下部開挖跨度28.90m，拱頂開挖高程261.40m，底部最低開挖高程184.10m，開挖高度77.30m，總石方開挖量63萬m3，噴砼工程量0.98萬m3，錨桿3萬根，其中Ⅰ層開挖方量12萬m3，噴砼工程量3730m3，錨桿8320根。龍灘工程地下廠房是目前世界上最大的地下廠房，其洞室尺寸大，跨度大，邊墻高，相鄰洞室距離近，交叉口多，上下重疊，縱橫交錯，施工強度大，施工技術復雜。

2 開挖方法

在地下洞室開挖，由于機械化程度的提高及新奧法的應用，對于大斷面洞室的開挖方法，現一般多采用先中導洞后擴挖跟進的開挖方法。龍灘水電站地下廠房Ⅰ層開挖跨度為30.7m，是目前世界第一大跨度的地下廠房，在國內外還沒有相應的施工經驗可以借鑒，如何保證開挖后圍巖的穩定性是一個世界級的難題，也是確保后續施工及電站運行安全的前提，正確合理地選擇開挖方案對于洞室的穩定是非常關鍵的。

先兩邊側導洞后中墩開挖方法，整個洞室分成三次開挖，減小一次開挖斷面，減小應力變形，側導洞開挖及支護施工均達到設計要求后再開挖中墩部份，邊墻及起拱部位在中墩開挖之前其支護條件已達到設計值，其應力拱圈已經形成而且已達到能全部承擔整個洞室開挖成形后所形成的重分布應力，可以更有效地控制開挖成形后洞室的整體變形，確保洞室圍巖的穩定性，保證施工安全。

采用先中導洞后擴挖的方式時，雖然中導洞開挖成形后，對中洞部份也先進行了支護后才進行兩邊擴挖，但是當兩側擴挖后，其兩側邊墻及起拱部位的重分布值和整個洞室全斷面一次開挖所形成的重分布應力值幾乎相當，在邊墻及起拱位置形成較大的應力和塑性區，不利于圍巖穩定。

通過對以上兩種方案的對比，采用先兩側導洞后中墩的開挖方法。

施工組織是工程施工的重要組成部份，是把建筑物設計藍圖付諸實施的基礎。優秀的施工組織設計對于保證工程施工安全、保證工程質量、降低施工成本、縮短施工工期、取得良好的經濟效益和社會效益有重大的意義。主廠房Ⅰ層的開挖支護順序如圖1所示：

立體交叉平行作業是加快施工進度有效手段之一。主廠房Ⅰ層開挖支護，采取以上游側導洞為主，左右兩個方向兩側導洞多個工作面同時掘進。主廠房右端：先行從右向左開挖上游側導洞；在上游側導洞開挖到HR0+10樁號后，在HR0+50樁號處向下游開設一個7.2×6.5m通道進行下游側導洞的開挖。主廠房左端：經3#施工支洞于HL0+300樁號進入主廠房左端，從左端向右端方向進行上、下游導洞的開挖支護直至兩端導洞相互貫通結束側導洞開挖。

3 施工布置

3.1 施工道路

主廠房Ⅰ層開挖及支護主要利用母線排風兼施工支洞及3#施工支洞作為施工通道進行施工。

3.2 施工用、排水

施工用水從洞外總供水池用6"鋼管引入母線排風洞兼施工支洞內，在母線排風洞與3#施工支洞交叉處分成兩趟接入各施工工作面。

施工排水主要是在主廠房右端及3#施工支洞各安設一個3×3×2m3的薄鐵皮集水箱。集中排出洞外排水溝。

3.3 施工用電

施工用電主要是在3#施工支洞Z0+20和Z0+365樁號分別安裝一臺變壓器。

3.4 施工用風

施工跟據施工需要在施工現場放置1～3臺20m3/min的移動式空壓機。

3.5 通風散煙

主廠房Ⅰ層通風主要由母線排風洞、3#施工支洞進風，由廠房進風洞出風的一個排風系統。

4 爆破設計及施工

主廠房Ⅰ層采用光面爆破技術進行爆破。確定合理的爆破參數是取得良好開挖進尺、確保洞室圍巖的穩定、加快施工進度及取得良好經濟效益的基礎。

4.1 掏槽眼及崩落眼參數設計

掏槽眼采用二級復式楔形掏槽，設計循環進尺3.2m，第一級眼孔向與掌子面成60°角，孔深2.5m，每排4個眼，上下間距50cm，孔口距掌子面中心線120cm；第二級孔向與掌子面成65°角，孔深3.9m，每排3個眼，與第一級炮眼成梅花型布置，上下間距50cm，兩級間相距50cm。

崩落孔間排距依據每一排炮出露的巖石取100cm～120cm。中墩崩落孔間排距取150cm～180cm。

4.2 周邊孔參數設計

周邊孔鉆孔直徑D=45mm，弧線段周邊眼間距E=50cm（直線段間距70cm），最小抵抗線W=75cm。

4.3 裝藥結構

掏槽眼、崩落眼、底眼均采用連續裝藥結構，裝藥集中度均為750g/m，堵塞長度分別為1m、1.2m、0.8m。采用孔底反向起爆，起爆體放置于藥柱距孔底1/3處。

周邊眼采用不偶合間隔裝藥，堵塞長度為0.5m。不偶合系數α=D/d=2.25。弧線段周邊眼采用φ25藥卷間隔(10cm長)裝藥，線裝藥密度q=100g/m。直邊墻周邊眼采用φ25藥卷間隔裝藥，線裝藥密度q=150g/m。

5 支護施工

新奧法是充分利用了洞室圍巖自身承載能力，把圍巖當作支護結構的基本組成部分，節省了施工成本，且具有快速、安全、適應范圍廣、調整方便等特點。

龍灘地下廠房Ⅰ層以新奧法作為永久性支護。支護參數為：噴C25鋼纖維砼厚20cm；Ⅱ、Ⅲ類圍采用 Φ28L=6.0m及 Φ32L=8.5m@1.5×1.5m兩種長短普通砂漿錨桿相間布置，Ⅳ、Ⅴ類圍采用Φ28L=6.0m普通砂漿錨桿及Φ32L=9.35m預應力錨桿兩種長短間距1.5×1.5m相間布置；為在保證洞室安全的前提下取得良好的施工進度，實現施工目標，龍灘工程在新奧法施工中采取了如下施工順序：隨機支護-Φ28L=6.0m普通砂漿錨桿施工-噴C25鋼纖維砼厚5 ～10cm-Φ32L=8.5m普通砂漿錨桿及 Φ32L=9.35m預應力錨桿等深孔錨桿施工-補噴C25鋼纖維砼達到設計的20cm完成所有支護工作。

龍灘工程地下廠房的支護施工依據自身的地質條件及施工組織設計、施工特點采取先短后長，先薄后厚，先易后難，適當協調的施工方法。先短后長指先施工Φ28L=6.0m普通砂漿錨桿后進行Φ32L=8.5m普通砂漿錨桿或Φ32L=9.35m預應力錨桿等深孔錨桿施工。先薄后厚即短錨桿施工后立即噴5～10cm鋼纖維砼對巖面進行封閉，防止圍巖掉碎塊及風化，最后適時地補噴到設計厚度。

為提高設備的利用率，加快施工進度和能達到對圍巖的適時支護及根據龍灘工程地下廠房的地質條件。Φ28L=6.0m普通砂漿錨桿孔造孔與排炮孔造孔同時施工，每一排炮把具備施工條件的Φ28L=6.0m普通砂漿錨桿孔造好。開挖過程中以隨機錨桿為主，當開挖進尺30m后作為一個整體單元進行Φ28L=6.0m普通砂漿系統錨桿注漿插桿施工，緊接著噴砼厚5～10cm。淺孔錨桿孔和排炮孔同時施工，可利用臺車三條臂因造孔數量不均而閑置的臂進行造孔，不僅能提高設備的利用率，加快施工進度，在施工過程中當出現圍巖變形過大過快時，能及時進行支護，抑制圍巖變形。

龍灘地下廠房采用先兩側導洞后中墩開挖的施工方案，一次開挖成型的洞室斷面不足設計斷面的三分之一。導洞的開挖時其應力應變將遠遠小設計值，沒有必要一次支護到設計量。深孔錨桿造孔、注漿、插桿等各施工工序的難度大、技術要求高、施工進度慢。如與開挖同步進行施工，是嚴重約束施工進度的要素之一。深孔錨桿的施工在保證洞室安全的條件下采用見縫插針或一次性系統施工是有效加快施工進度的有力手段。無論是見縫插針或一次性系統施工，當深孔錨桿施工完成一個單元（30m）后，要尺快進行剩余噴砼工程量的施工，以便及時對單元工程進行驗收。

中礅的開挖與支護的施工，施工組織的主要指導思想相同于側導洞的開挖與支護。因龍灘地下廠房跨度大，中墩開后洞室頂部應力應變還是比較大，故在開挖及支護兩個方面投入的力量要比較均衡，深孔錨桿的施工與開挖掘進不能拖得太遠，以確保施工安全。

6 質量控制

6.1 建立健全施工質量管理體制。嚴格實行“三檢驗收”制度、“特殊工序三檢旁站”制度，嚴格控制各道工序的施工質量，加強施工過程中技術指導、質量檢查及驗收。

6.2 嚴格控制放樣精度。排炮放樣時相鄰兩個放樣點間距不大于80cm，依據掌子面的平整度適當加密的原則。當樣點偏差值小于±5cm時，由技術員按實測偏差值估計用紅油漆連線，否則必須重新打點，連線后規格線誤差不大于1cm。起拱點、中心點等特殊點位必須打點。每一排炮均必須放出數條尾線（方向線）作為造孔孔向及外偏值的參照體。尾線間距3～5m一條，而且特殊部位（如頂拱中心線、起拱、拐點）必須放一條尾線，依據實際情況尾水數量可適當加密。尾線點離掌子面5～6m，尾線點必須做有醒目的標記，并注明超（欠）挖值，以便于造孔時控制炮孔外偏值。尾線點與掌子面上相應點間用紅漆連接，作為控制造孔方向的參照線。

6.3 嚴格控制鉆孔質量。鉆孔要求做到“平、齊、直、準”，周邊孔及掏槽孔鉆孔開口位置偏離設計線不大于2cm，孔底外偏移值不大于15cm。其它孔開口偏差不大于10cm，孔底不大于20cm。相鄰兩孔鉆孔方向要平行，周邊孔孔口間距和孔底間距差不大于5cm。鉆孔深度超深值不大于30cm，超過者用沙袋堵塞到設計孔深。鉆孔結束后進行驗孔，不符合要求的孔用沙袋全部堵塞后重新鉆孔直到合格。

6.4 嚴格控制爆破作業。周邊采用光面爆破技術，裝藥聯線時對總裝藥量、單孔裝藥量、最大單響藥量、線裝藥密度、堵塞及爆破網路聯接等各工序進行驗收。

7 結束語

7.1 采用平行作業或立體交叉作業，盡可能多地創造工作面是加快施工進度，降低施工成本的有效手段之一。

7.2 施工設備是現代化施工的基本保障，提高設備的利用率和完好率，加強設備管理是項目施工管理的重要部分。

7.3 應盡量采用先錨后噴或先初噴后錨再噴的支護順序。新奧法的原理是噴錨支護體與圍巖共同承受變形應力。噴砼起到一個拱的的作用，錨桿的作用：①縫合結構面、斷面及節理裂隙的作用；②減跨作用，圍巖松動區及朔性區有變形應力通過錨桿傳遞到彈性區內巖石，增強圍巖的整體性；③連接作用，增加砼拱與圍巖的結合力；④節點作用，增加薄砼拱的節點，使砼拱形成一個網拱，提高承載能力。錨桿施工時，水泥砂漿在其重力和流動性的作用下，孔口部位一般會有部分水泥砂漿流出不能填滿孔口（2～5cm）。當采用先錨后噴時，噴砼能補充此部分砂漿填滿孔口，而先噴后錨則無法消除此缺陷，減弱錨桿的連接作用和節點作用，降低砼拱的承載能力。

[1]爆破工程（上、下）.冶金工業出版社.1996.

[2]水利水電工程施工組織設計手冊.中國水利水電出版社.2001.

[3]張志呈、肖正學等.裂隙巖體爆破技術.四川技術出版社.

[4]龍灘水電站地下引水發電系統工程地下洞室開挖爆破振動試驗成果報告.長江水利委員會長江科學院.2002.