糯扎渡水電站主廠房Ⅰ層開挖支護施工技術

婁 彬

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

糯扎渡水電站主廠房Ⅰ層開挖支護施工技術

婁 彬

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

糯扎渡水電站地下主廠房長418m，寬31m，高81.6m，是世界級的地下廠房，其結構尺寸龐大、周邊相鄰洞室多、施工干擾大、地質情況復雜、開挖支護工程量龐大，跨度大，加之成型要求高，難度較大。本文主要介紹利用起拱兩側巖柱，采用中導洞開挖的施工方法獲得良好開挖效果，為同類型工程施工中合理組織施工程序、采用安全有效的開挖方法提供一定的借鑒。

糯扎渡水電站；主廠房I層；開挖支護

1 工程概況

糯扎渡水電站工程屬大（I）型一等工程，永久性主要水工建筑物為一級建筑物。水庫庫容為237×108m3，工程以發電為主兼有城市供水、防洪、灌溉、養殖和旅游等綜合利用效益，水庫具有多年調節性能。左岸山體中布置地下引水發電系統、導流工程等建筑物，電站總裝機容量5850MW（9×650MW）。

地下廠房包括主、副廠房，從右至左依次為副安裝場、機組段、主安裝場和地下副廠房四個部分組成。副安裝場20m×31m×84.6m；機組段306m ×31m×81.6m；主安裝場70m×31m×43.1m；地下副廠房22m×29m×43.1m。

主廠房第I層開挖長418.00m，寬31m，層高12m（EL640.60～EL628.60，起拱高程EL630.50），其中中導洞（8.0m×7.0m）已由外標段施工完成。

2 地質條件

主廠房主要位于弱風化～新鮮的堅硬花崗巖體（γ43～γ51）地層中，主要為塊狀結構或整體結構巖體。主廠房區域發育有Ⅲ級結構面的斷層有F20、F22和F23三條，斷層影響帶較寬，巖體破碎，不規則節理發育，多為散體結構和碎結構巖體。F23斷層橫切廠房主安裝間；F22斷層橫切9#機附近廠房；F20斷層橫切5#機附近廠房。屬于Ⅳ級結構面的小斷層、擠壓面平均發育間距約為23.5m左右；一般發育二組節理，多為微張或閉合的剛性結構面［1］。

由于三條斷層均傾向下游，對大洞室下游邊墻開挖穩定影響較大；F20、F23斷層走向與廠房軸線夾角在 44～56°之間，傾角在58～78°之間，對廠房頂拱和邊墻影響范圍大，其中F23斷層影響帶規模相對而言較大，寬度達4.8m，廠房開挖中需重點關注本斷層對圍巖穩定的影響，尤其是頂拱部位。

3 施工布置

（1）施工通道：由布置于左端墻的4#支洞及右端墻的3#支洞是雙向施工通道。

（2）施工供風：前期供風由布置堪界河渣場壓風機站，經由3#施工支洞，從主廠房右端墻進入，敷設一套供風管路；后期待上層排水廊道與10#施工支洞貫通后，經由3#～3施工支洞、上層排水廊道、10#施工支洞進入主廠房，布設一套供風管路供應［2］。

（3）通風散煙：前期在3#施工支洞洞口布置2臺1100m3/min軸流式通風機，進行負壓接力通風。后期4#施工支洞與副排風豎井貫通后，通過3#施工支洞正壓通風，副排風豎井排風，形成系統的進排風通道，改善廠房開挖通風條件。

（4）施工供水：供水管道與供風管道同時同路徑敷設。

（5）施工排水：在作業面附近布置臨時潛水泵，沿3#施工支洞內排水管抽排至洞外的原堪界河污水處理系統，經沉淀處理后排走。

（6）施工供電：前期利用3#～1號施工支洞與3#施工支洞交叉處的800kVA變壓器進行供電。經由3#施工支洞，從主廠房右端墻進入，敷設一套供電線路供應；后期經由3#～3施工支洞、上層排水廊道、10#施工支洞進入主廠房中導洞，增設一套供電線路。

（7）施工通訊： 使用場內有線電話、 移動電話。

4 爆破開挖技術

4.1 施工重點及難點

跨度大，挖空率高，圍巖穩定問題突出；

工期壓力大，糯扎渡主廠房開挖總量81.8萬m3，工期30個月，月開挖強度達2.73萬m3。

4.2 開挖程序及方法

根據相關工程經驗，地下廠房自上而下，逐層開挖支護，逐步成型，其分層厚度一般為8～10m（糯扎渡地下廠房開挖分層圖見圖1）。確定分層應綜合考慮施工通道、設備作業空間，鉆孔精度以及爆破震動控制等因素，頂拱層多以拱腳錨桿施工需要進行控制［3］。

大型地下廠房頂拱層開挖一般采用兩種方式，一種為先開挖中部，支護結束后，再依次開挖兩側拱腳；另一種為先依次開挖兩側供腳，及時永久支護，并根據揭露巖體性狀對中部上覆蓋圍巖進行預加固，最后挖除中部巖柱。根據地質勘探資料，糯扎渡地下廠房巖層厚，巖體單軸抗壓強度較大，洞室軸線與最小主應力交角有利，故采用先中部再兩側的開挖方式［4］。

主廠房I層開挖分兩步施工，即中導洞開挖、擴挖。首先開挖一條8.00m×7.00m中導洞，底部高程EL630.60m，頂拱預留保護層；擴挖又分四部分進行，中部擴挖區按12.0m寬，10.0m高考慮（頂部高程EL640.60，底部高程EL630.60），兩側均為9.5m寬，并下挖2.0m（底部高程EL628.60），以便于拱腳部位9.0m長系統錨桿施工，考慮I層的文明施工及兩側的出渣車輛進出方便，底部2.0m厚水平層緊隨上游側擴挖挖除。具體開挖分區見圖2。

圖1 糯扎渡地下廠房開挖分層圖

（1）中導洞開挖。該導洞已由其它標段施工完成；

（2）中部擴挖。主廠房擴挖前，需基本完成上層排水廊道觀測儀器的埋設。從中導洞開挖地質情況看，主廠縱0+000～0+050段頂拱地質條件較差，故中部擴挖先安排主廠縱0+050.0～0+077.0段的擴挖，即由中導洞主廠縱0+050.0起，兩側按1∶2.0～1∶3.0的坡度向上、下游邊墻方向，頂部按1∶5.0的反坡向頂拱擴挖，要求頂拱預留保護層80cm，在進入頂拱80cm保護層范圍時，最后1～2排炮須嚴格控制爆破進尺在2.0m以內，然后利用臺車繼續向前利用1～2排炮擴挖至設計結構面。開挖至設計結構面之后［5］，再向前開挖挖2～3排炮（水平造孔，向左端墻方向），排炮進尺在3.0～4.0m左右。然后再反向進行端墻部位主廠縱0+000～0+077段的中部擴挖。待右端墻部位開挖結束，再進行廠縱0+077.0～0+418.0段的中部擴挖。

圖2 廠房I層開挖分區及施工程序示意圖

（3）上游側擴挖。在中部擴挖200m時，從主廠縱0+062.0開挖擴挖，開挖采用手風鉆進行。開口部位施工時下部近邊墻位置預留80cm保護層，上部臨近設計邊線部位造孔時，須嚴格控制造孔深度，以防止造成過大超挖。待開口部位完成后，將手風鉆臺車就位，先進行右端墻方向的擴挖支護，再反向進行另一側的開挖。

（4）下游側擴挖。在上游側擴挖進行到主廠縱0+110.0樁號左右時進行施工，此時上游側廠縱0 +0.0～0+086.0段支護已基本完成，擴挖采用手風鉆進行。開口部位初步擬定在廠縱0+062.0～0+086.0段。施工程序和施工方法同上游側擴挖［6］。上下游側共用一臺手風鉆架臺車造孔，交替進行開挖支護。中導洞下部2m厚水平層開挖安排與下游側開挖同步進行。

（5）廠房左右端墻部位的擴挖。先預留3m保護層，沿平行于軸線的輪廓線及垂直于軸線的端墻面造孔，光面爆破，端墻面頂拱圓弧段采用長短釬造孔。端墻保護層擴挖時分部進行施工，先進行3#（4#）施工支洞上部至廠房頂拱部位的開挖；再進行兩側開挖。

各部位開挖時周邊孔間距按不大于50cm控制，并且要求隔孔對周邊孔開孔孔位、造孔方向進行放樣。各部位崩落孔嚴格控制造孔深度，尤其是端墻部位部位保護層開挖時的崩落孔。

對于上述問題，仍用“3個0.5相加”來解釋顯然是不對的.傳統的小數乘法教學中，教師往往會忽略對于小數乘法意義的多方面理解.用單一模型講解小數乘法的意義，會使學生陷入誤區，同時對后續小數乘小數的意義理解形成影響.確切地說，學生不明白這種模型下為什么要用乘法，即3×0.5為什么表示“3的一半”！這一點在[4]中有較為詳細的研究.

4.3 爆破設計

（1）主要鉆爆參數選擇

廠房第I層中導洞開挖及擴挖主要采用手風鉆架臺車水平開挖，造孔采用YT28型手風鉆，孔徑為42mm。循環進尺2.5～3.0m，故孔深設置為3.0m，主爆孔孔距1.2m，Φ32藥卷連續裝藥，單孔藥量2.0kg，堵塞長度1.0m，周邊孔孔距0.5m，采用小藥卷捆綁于竹片上并用導爆索連接的間隔裝藥方式，孔底加強藥包采用一節 Φ32藥卷，其余1/2節Φ25@25cm，線裝藥密度控制在190g/m，單孔藥量0.575kg，堵塞70cm，最小抵抗線60cm；不良地質圍巖洞段循環進尺控制在1.0～2.0m，孔深2.0m藥量適當減少［7］。

（2）爆破器材選用

炸藥根據巖性及地下水情況選用乳化炸藥和4#抗水炸藥，起爆均采用非電毫秒雷管及磁環電雷管。

（3）爆破粒徑控制

根據招標文件要求，弱風化及其以下花崗巖圍巖洞室開挖料作為加工混凝土骨料的有用料，最大粒徑不超過80cm。為獲得合格的開挖洞渣料，對導流洞開挖洞渣進行篩分試驗，將其爆破參數作為參考，并根據某公司設計開發的《水電工程施工梯段爆破試驗計算機模擬系統軟件》進行爆破洞渣仿真模擬計算，根據上述資料初步擬定爆破參數，在施工中通過爆破洞渣篩分試驗對爆破設計參數進行優化調整，確保獲得合格粒徑的洞渣料，主要爆破參數見表1。

4.4 支護程序及方法

支護施工與開挖跟進平行交叉作業［8］，各工序間交替流水作業，視圍巖揭示情況適時跟進開挖工作面，I～Ⅲ類圍巖地質段噴混凝土支護作業面滯后開挖掌子面10～20m，錨桿支護作業面滯后掌子面30～50m；不良地質段支護緊跟開挖掌子面；錨桿鉆孔采用鑿巖臺車、錨桿臺車鉆孔為主，輔助潛孔鉆造孔，人工配合平臺車安插、注漿機注漿，混凝土噴車濕噴工藝分層施噴。

表1 主廠房Ⅰ層開挖鉆爆設計

（1）Ⅱ、 Ⅲ類圍巖

施工準備→初噴3～5cm厚混凝土→砂漿錨桿→預應力錨桿→掛網→噴混凝土至設計厚度→預應力錨索施工→下一層開挖。

（2）斷層破碎帶

施工準備→超前小導管、中空錨桿預注漿、管棚→初噴3～5cm厚混凝土→砂漿錨桿施工→自進式預應力錨桿→掛網或鋼支撐→復噴混凝土至設計厚度→預應力錨索施工→下一層開挖。

5 質量控制措施

5.1 超前勘探孔

根據實際情況，分別在主廠縱0+15.00、0+ 90.00、0+160.00、0+210.00、0+285.00、0+ 382.00處中導洞開挖后中部擴挖前、中部擴挖后兩側擴挖前的頂拱及兩側邊墻布置超前勘探孔，孔內進行爆前爆后聲波測試，利用沿探孔深度的巖體波速曲線，準確探清中導洞開挖松動區范圍，檢測、優化廠房開挖支護設計［9］；

經測試主廠房0+015.00～0+382.00測試部位，通過炮前、炮后對比測試表明：聲波速度 Vp值普遍在4000～5500m/s之間。除局部區域波速受結構面及巖體風化程度的影響偏低外，總的來看聲波波速較高，聲速變化在正常波動范圍內，波速衰減率＜4%，巖體完整性系數普遍在0.64～0.89，巖體較完整～完整，局部區域較破碎，從波速 ～孔深關系曲線上來看，爆破對巖體造成的松馳范圍≤0.6m。說明爆破施工設計合理，廠房I層開挖質量良好。

5.2 安全檢測

主廠房擴挖前，需基本完成上層排水廊道觀測儀器的埋設，主要針對施工期圍巖的變形，其主要目的有：① 監測開挖過程中圍巖的變形以決策施工安全，以及施工過程對圍巖的擾動情況；② 監測洞室圍巖的內部松弛變形，指導圍巖設計和施工；③ 監測支護結構效應變化，指導支護設計優化和施工。施工期應保證監測儀器埋設和監測反饋的及時性。相關儀器主要為振弦式多點位移計、滑動測微計孔、收斂計、收斂測樁。

從檢測成果來看，糯扎渡地下廠房頂拱開挖結束時頂拱實測最大位移為3.38mm，至第Ⅶ層開挖完成時，廠房邊墻、頂拱圍巖沿洞室總軸線方向兩端變形較大，中間變形較小，沿洞室垂直方向上游拱座及巖壁吊車梁以下區域變形量較大，但變形主要發生在0～6m深度范圍內，屬于淺表層圍巖變形， 說明開挖控制效果明顯［10］。

6 結語

大型地下廠房頂層施工確保圍巖穩定，有效控制圍巖塑性變形區范圍，實現優質高效的工程目的，關鍵在于優選開挖程序，控制爆破參數，適時支護，及時監測反饋，動態優化設計施工。

（1）在圍巖情況較好情況下，地下廠房頂拱采用先中導洞開挖后擴挖，再兩側擴挖的施工方法是有較大優勢的，增加了工作面，減少了開挖與支護之間的相互干擾，加快了施工進度。

（2）充分利用各種監測設備儀器進行數字化、信息化施工和設計。利用每次爆破監測資料成果復核爆破設計是否合理，對爆破設計進行調整，根據圍巖應力應變監測成果及時進行支護或加強支護，以確保圍巖穩定。

（3）錨噴支護是關鍵。采取各種手段最大限度地控制圍巖變形，是確保工程安全的關鍵所在。

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1672-2469（2017）02-0120-05

10.3969/j.issn.1672-2469.2017.02.037

2016-07-21

婁 彬（1983年—），男，工程師。