水電站地下廠房開挖與支護方案探討

嚴 宏，楊 波

（葛洲壩集團五公司，湖北 宜昌 443002）

1 引言

水電站地下廠房是水電站開發形式的一種，廠房埋在較深的巖層中，能較好的利用圍巖的穩定性提高廠房的整體性，較好的解決修建大壩和壩址地形地貌帶來的不利條件，較好的解決了輸水、發電和大壩安全等諸因素的相互影響，因此在我國西南地區的水利工程中得到廣泛應用。但是地下施工對電站建設工程地質條件要求頗高，遇到巖層破碎帶或大的構造帶，施工處理非常復雜，對施工單位和設計單位提出較高的要求。本文結合我國四川境內某水電站地下廠房洞室開挖施工工藝，對開挖過程中的關鍵問題進行研究，并提出了合理的解決方案，為類似工程施工提供參考。

2 工程概況

某水電站位于我國四川省境內岷江干流，為引水式電站，電站裝機容量為3×60 MW，發電經110 kV高壓電送入電網。水電站主副廠房、主變壓器洞、引水隧洞、尾水隧洞、母線洞均為地下洞室結構，其中主副廠房及安裝場直線布置，電站廠房設計洪水標準50 a一遇，最大下泄流量Q＝1 103 m3/s，校核洪水標準200 a一遇，最大下泄流量Q＝1 194.7 m3/s。地下廠房至尾水調壓井的出露地層為寒武系二道水組灰巖，奧陶系下統灰綠色砂質頁巖夾少量薄層紫紅色黏土巖、石英砂巖、泥質灰巖；奧陶系中統龜裂紋灰巖；志留系龍馬溪組灰黑色頁巖等。

3 工程開挖及支護方案

本電站地下洞室主要建筑物由主洞室（主副廠房、開關站、主變室）、出線洞、交通洞、尾水洞、尾水閘門室洞、排水洞等組成。主變布置在主廠房左端頭，與主機在同一洞室里，主變室、主廠房、副廠房呈一字型布置，依次為安裝間、主機間、主變室、副廠房，地下GIS室布置在主變室上層。尾水閘門室洞布置在主廠房下游34 m處，與主洞室平行布置。尾水洞接閘門室洞。交通洞從右端與安裝間連接。出線兼通風洞利用主洞室左端1#施工支洞，該洞也兼安全洞。

3.1 主要洞室開挖方案

地下洞室開挖施工主要利用1#～4#施工支洞、進廠交通洞、尾水洞及尾水支洞。地下廠房洞室施工圍繞主副廠房及安裝間這一關鍵線路展開。在主副廠房及安裝間、尾水尾水閘室等大洞室采用分層開挖支護，層內多工序平行流水作業，在立體上進行平行、交叉施工，形成“平面多工序、立體多層次”的施工作業方式。主廠房開挖共分6層，開挖施工道路規劃為：廠房Ⅰ、II層為1#施工支洞；廠房Ⅲ、Ⅳ層為進廠交通洞；廠房第V層為2#施工支洞；廠房第Ⅵ層為尾水洞。

尾水閘門室是本次開挖的另一處主要洞室，平面尺寸7.0 m×32.8 m，第一層與4#支洞相連，第三層與尾水洞、3#支洞相連。上層采用三臂液壓臺車鉆孔爆破，2 m3裝載機裝15 t自卸車由4#支洞及交通洞出碴，下層采用三臂液壓臺車鉆孔爆破，1 m3短臂挖掘機裝渣，10 t自卸車出渣，中層開挖在上層及下層開挖完成后進行，利用溜渣井，由尾水支洞、3#支洞及交通洞出渣。其他支洞主要包括交通洞及交通支洞，其尺寸不大，均可采用三臂液壓臺車鉆孔爆破，2 m3裝載機裝15 t自卸車出碴或1 m3短臂挖掘機裝渣，10 t自卸車出渣。

3.2 洞室支護方案

為確保引水及地下廠房系統在開挖施工中巖體穩定及建筑物安全，設計對地下洞室的圍巖進行支護加固處理。主副廠房、主變室、尾水閘室等大中型洞室采用噴射機械手噴射作業，局部采用人工噴護；支護遵循自上而下、分層分段，支護隨開挖及時跟進的原則。中小洞室支護施工采用TK－961型混凝土噴射機接導管至工作面人工噴護，緊跟開挖工作面施工；對于軟弱巖層及構造破碎帶區域，鉆爆后，根據具體情況及時采用隨機錨桿和噴射混凝土進行初期支護，在確保洞室穩定后進入下一道工序施工。平洞后期支護滯后開挖作業面，按先錨后噴（含掛網）的順序進行。噴射混凝土噴層厚度100～200 mm，混凝土標號為C25，掛網為Φ8鋼筋網，網格間距150 mm×150 mm；頂拱每層噴射厚度為5～7 cm，噴射混凝土分2～3次噴射到設計厚度。掛鋼筋網部位按“噴——網——噴”的程序進行。錨桿施工中，大中型洞室長度6 m以內錨桿采用錨桿臺車施工，中小洞室5 m以內錨桿采用YT－28氣腿鉆造孔，孔徑大于錨桿直徑25 mm以上。錨桿注漿后三日內，在砂漿凝固前嚴禁敲擊、碰撞及拉拔錨桿。

4 結束語

水電站地下廠房的施工，涉及地下洞室群開挖、支護等復雜工序，而施工廠區的工程地質條件復雜多變，為地下洞室施工帶來諸多困難。本文結合四川省某中型水電站地下廠房施工實例，對施工中的主廠房、主變洞、尾水閘門室、尾水洞及交通洞的洞室開挖、支護方案進行了探討，相關技術方案較好解決了復雜地質條件帶來的問題，確保施工順利進行，為今后類似工程施工提供參考。

1 楊映、黃靜.思林水電站地下廠房支護施工探討[J].貴州水力發電，2008（4）：42～44

2 李友華、黃應軍、李景元.溪洛渡水電站左岸地下廠房大跨度高邊墻開挖施工技術[J]，2008（9）：9～12

3 《水利水電地下工程錨噴支護施工技術規范》（SDJ57－85）

4 《水工建筑物地下開挖工程施工技術規范》（DL/5099－1999）