仙居抽水蓄能電站地下廠房穹頂開挖成型施工技術

陳 俊 濤

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

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仙居抽水蓄能電站地下廠房穹頂開挖成型施工技術

陳 俊 濤

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

仙居抽水蓄能電站地下廠房跨度大且頂拱巖性為角礫凝灰?guī)r，巖體完整～較完整，部分受節(jié)理、巖脈切割影響，完整性差～較破碎；存在陡、緩傾角節(jié)理等不利組合產(chǎn)生的不穩(wěn)定楔體。介紹了仙居抽水蓄能電站地下廠房穹頂開挖順序、采取的控制措施和施工方法等，可為其它同類型工程的施工提供借鑒和參考。

仙居抽水蓄能電站；地下廠房；穹頂開挖；成型

1 工程概況

浙江仙居抽水蓄能電站位于浙江省仙居縣湫山鄉(xiāng)境內，為日調節(jié)純抽水蓄能電站，安裝4臺單機容量為375 MW的立軸單級混流可逆式水輪發(fā)電機組，總裝機容量為1 500 MW，年平均發(fā)電量為25.125億kW·h，年平均抽水電量為32.63億kW·h。

主副廠房洞總長176 m，下部開挖寬度為25 m，上部開挖寬度為26.5 m，最大開挖高度為55 m。副廠房、主廠房、安裝場從左到右呈“一”字型布置于主副廠房洞內，其中主廠房長113 m；安裝場長44.5 m，開挖高度25.7 m；副廠房長18.5 m，寬度上下相同，均為25 m，最大開挖高度為51.5 m。主廠房安裝4臺單機容量為375 MW的立軸單級混流可逆式水輪發(fā)電機組，機組安裝高程107 m，機組間距為26.5 m。

2 工程地質情況

工程地勘資料顯示廠房頂拱出露巖性為角礫凝灰?guī)r，巖體完整～較完整，部分受節(jié)理、巖脈切割的影響，完整性差～較破碎。斷層有f(48)和F(49)，其中，f(48)規(guī)模較小，F(xiàn)(49)雖有一定規(guī)模且性狀較差，但其傾角較陡，與洞軸線交角達75°～85°，對洞室整體穩(wěn)定不會有太大的影響，故廠房圍巖穩(wěn)定主要受結構面組合控制。f(48)和βμ-⑤交角大，與其它陡傾角節(jié)理形成的組合為倒四棱錐體，對頂拱圍巖無大的不利影響，但兩者交接部位(斷層局部、巖脈的下盤巖體)可能出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，需加強支護處理。根據(jù)結構面組合分析，斷層或節(jié)理①或②與④、⑤互相組合可形成楔形體，PD10-2支硐中局部硐段呈“人”字狀硐頂即屬此類節(jié)理組合造成，從鉆孔揭示的地質條件看，在頂拱高程附近有少量緩傾角節(jié)理發(fā)育，因此，在地下廠房頂拱局部可能存在陡、緩傾角節(jié)理不利組合產(chǎn)生的不穩(wěn)定楔體。其它主要節(jié)理(優(yōu)勢結構面)組合對頂拱圍巖基本無影響，僅有局部隨機節(jié)理與上述主要節(jié)理構成隨機塊體。

邊墻部位圍巖穩(wěn)定性主要受結構面組合控制，推測廠房區(qū)④、⑤組節(jié)理發(fā)育，與①或②組節(jié)理組合可在邊墻形成不穩(wěn)定塊體。另外，③組節(jié)理在PD10平硐內密集發(fā)育，間距3～5 cm，其面充填鈣膜，出露于主廠房上游邊墻上游50 m外且與邊墻近平行，如該組節(jié)理發(fā)育范圍在深部向下游擴大，則邊墻巖體可能較破碎并影響邊墻圍巖的穩(wěn)定，尤其是上游邊墻。主副廠房右端墻出露斷層f(48)和βμ-⑤巖脈，兩者交于右端墻。由于巖脈在平硐內的性狀較差，與圍巖接觸面有擠壓現(xiàn)象，故該部位圍巖穩(wěn)定性差；①組節(jié)理與廠房左端墻呈小交角相交，受開挖卸荷影響，可沿節(jié)理產(chǎn)生卸荷拉裂并形成片幫。

3 穹頂開挖思路

根據(jù)廠房地質條件及巖石特性，借鑒國內類似工程的施工經(jīng)驗，仙居抽水蓄能電站地下廠房穹頂開挖施工的思路為：

(1)充分結合施工通道布置、開挖形體特征和設備生產(chǎn)性能，對地下廠房的施工進行合理的分層。

(2)第Ⅰ層開挖施工時應充分考慮穹頂?shù)姆€(wěn)定，進行合理的分區(qū)、分段和錯距施工。

(3)開挖過程中，盡早安裝多點位移計和錨桿應力計，實施頂拱挖空后的變形監(jiān)測。

(4)盡早進行頂拱支護施工，確保施工安全。

4 穹頂開挖爆破施工

4.1 開挖爆破施工程序

仙居抽水蓄能電站地下廠房開挖施工共分6層，地下廠房穹頂開挖位于第Ⅰ層開挖中，根據(jù)現(xiàn)場施工通道布置情況和開挖設備的性能參數(shù)，為保證穹頂開挖成型質量，第Ⅰ層開挖施工采用“中導洞先行，中導洞壓頂；上、下游刻槽；上下游擴挖，上、下游擴挖壓頂”的方式進行層內分區(qū)、分段、錯距開挖施工。開挖分區(qū)情況見圖1。

圖1 廠房穹頂開挖分區(qū)示意圖

4.2 開挖爆破試驗及爆破參數(shù)的選擇

在頂拱開挖施工前，為了確定頂拱開挖的掏槽方式，明確炮孔布設、孔深和方向以及裝藥量、裝藥結構、炮孔的堵塞方式、起爆順序等，以提高爆破效率，仙居抽水蓄能電站地下廠房第Ⅰ層開挖時結合地勘資料，與監(jiān)理人員共同確定了爆破試驗段，包括中導洞擴挖爆破試驗和上下游擴挖爆破試驗。

通過爆破試驗，確定了基本的爆破參數(shù)：鉆爆均采用手風鉆鑿孔，孔徑42 mm，光爆孔間距為50 cm，周邊孔采用φ25光爆藥卷，不耦合間隔裝藥，不偶合系數(shù)取1.68，光面爆破、楔形掏槽。主爆孔選用φ32炸藥，連續(xù)裝藥，非電導爆管連接，緩沖孔選用φ32炸藥，分段裝藥，分別用導爆管連接，相鄰段之間用巖屑填塞。

4.3 開挖施工方案的實施

仙居抽水蓄能電站地下廠房第Ⅰ層的開挖是在中導洞開挖約50 m后，根據(jù)巖石揭露的情況，頂拱上、下游側的刻槽施工選取在主副廠房交界的位置進行?？滩坶_挖采取先下部掏槽，再開挖1.5 m保護層的方法進行。刻槽開挖完成后，向兩端擴挖，擴挖至端墻前先進行邊墻環(huán)向預裂，再進行擴挖。導洞及兩側擴挖錯距為30 m。詳細的頂拱側墻刻槽開挖程序見圖2。

圖2 頂拱側墻刻槽開挖程序圖

主副廠房Ⅰ層中導洞及兩側邊墻擴挖主要采用手風鉆鉆孔施工。將主爆孔、崩落鉆孔間排距控制在90～110 cm；掏槽孔間排距控制在60 cm；周邊光爆孔鉆孔間排距控制在50 cm，Ⅱ、Ⅲ類圍巖排炮循環(huán)進尺約3.5 m，Ⅳ類圍巖排炮循環(huán)進尺約1～1.5 m，對于地質不良地段則根據(jù)實際情況確定。

每個孔在開孔后立即檢查該孔位是否符合設計要求，確?？孜粺o誤后繼續(xù)施鉆，并在鉆進過程中注意檢查。光爆孔孔位偏差不得大于5 cm，主爆孔孔位偏差不大于10 cm。

Ⅰ層周邊孔間隔裝藥，采用φ25光爆專用藥卷，光面爆破。主爆破孔裝φ32炸藥，連續(xù)裝藥、非電雷管連接；崩落孔裝φ32炸藥，分段裝藥，用雷管連接，相鄰段之間用巖屑填塞。爆破后渣體采用ZL50C裝載機和挖掘機裝15 t自卸汽車運輸至棄渣場。

穹頂開挖完成后，及時進行頂拱多點位移計和錨桿應力計的安裝施工，以便及時檢測廠房穹頂開挖后的變形情況，為支護參數(shù)的調整和后續(xù)施工安全提供可參考的數(shù)據(jù)。

5 穹頂支護施工

5.1 支護錨桿的參數(shù)

穹頂設置系統(tǒng)錨桿φ25，L=6 m及φ28，L=8 m；系統(tǒng)錨桿間排距為1.5 m×1.5 m，頂拱噴CF30鋼纖維混凝土，厚15 cm。在實際施工過程中，根據(jù)巖石揭露情況設置φ28@1 m×1 m，L=8 m帶墊板的鎖邊錨桿，用以置換原系統(tǒng)錨桿為帶墊板的錨桿；在出露巖脈部位增設φ32@1 m×1 m，L=9 m的預應力錨桿，局部增設φ20@0.4 m×0.4 m的鋼筋網(wǎng)片。

5.2 支護采用的施工方法

Ⅱ、Ⅲ類圍巖的支護施工滯后掌子面30 m，Ⅳ、Ⅴ類圍巖及巖石較差部位緊跟掌子面施工。

(1)砂漿錨桿均采用“先注漿、后插桿”的施工工藝。

①帶墊板的錨桿根據(jù)其設計長度，先在鋼筋加工廠下料，并在端頭用滾絲機滾絲，滾絲的長度不少于20 cm。

②錨桿鉆孔完成后，用壓力風將孔內的巖屑吹出孔外，并將孔口作臨時性封堵以防異物掉入孔內。

③砂漿采用JJS-2型攪拌機拌制，并用YSB-2A型砂漿注漿機灌注。注漿時，將注漿管插到孔底，然后退出50～100 mm后開始注漿，注漿管隨砂漿的注入在注漿壓力的作用下緩慢勻速退出。帶墊板的錨桿孔安裝完成后適時在孔口做砂漿找平塊，待錨桿的砂漿具備3 d強度后再安裝墊板，上緊螺母，隨后按照規(guī)范進行無損檢測。

(2)預應力錨桿采用前端樹脂錨固、后端注漿的施工工藝。

①錨桿鉆孔采用多臂鉆鉆孔，鉆孔孔徑大于錨桿桿體直徑40 mm，孔深不小于桿體的有效長度，也不應大于桿體有效長度30 mm。造孔達到預定深度后，將孔內的巖粉沖洗干凈，確保藥卷或漿體與孔壁接觸完好。

②錨桿采用HRB400級鋼筋，一端加工成M30(φ36錨桿)或M28(φ32錨桿)、長200 mm的螺紋，另一端加工成反麻花狀桿體，端頭切割成45°夾角，端頭切割長度由試驗確定并焊上擋圈；錨桿連接采用廠家購買的成品連接套。

③利用鉆爆臺車或多臂鉆工作平臺配合人工安裝樹脂錨固劑和錨桿。首先將完好的樹脂藥卷膠囊放進已驗收合格的錨桿孔內，在保證樹脂藥卷膠囊不被捅破的前提下緩慢將其推送至孔底；隨后推送錨桿至樹脂錨固段位置，此時將錨桿接上連接器并連上攪拌器(353E多臂鉆)，攪拌時應緩緩推進桿體，連續(xù)攪拌30 s，轉速為300 r/min，攪拌結束后，輕輕卸下連接器并臨時固定錨桿，對其加以保護，確保錨桿不受擾動。

④錨桿安裝結束后孔口處用M40干硬預縮砂漿找平，面積不小于30 cm×30 cm,最小厚度為5 cm，然后安裝注漿管和排氣管。在錨桿注漿前安裝托板和螺帽。

⑤錨桿采用扭力扳手進行扭力檢測，合格后再用YSB-2A型注漿機注漿。

(3)掛網(wǎng)鋼筋在加工廠加工成型，采用鉆爆臺車人工安裝、掛鋼筋網(wǎng)。

(4)噴混凝土在拌和站集中拌制后用混凝土罐車運輸至施工現(xiàn)場，采用Meyco Potenza型混凝土濕噴臺車噴射施工。噴射作業(yè)分段、分片依次進行。為防止回彈物附著在未噴的圍巖面上而影響噴層與巖面的粘結力，采用從下往上施噴的方法，噴射時噴嘴距噴混凝土接觸表面的距離應在1 m左右且盡可能垂直；噴前先找平受噴面的低凹處，再將噴頭成螺旋形緩慢均勻移動，每圈壓至前面半圈，繞圈直徑約30 cm,力求噴出的混凝土層面平順光滑。噴混凝土有序推進，盡量減少回彈。

5.3 特殊部位的支護措施

在實際施工過程中，根據(jù)巖石揭露的情況在頂拱不利結構面相互切割的部位按照設計修改通知單的要求在結構面出露線下盤布置兩排φ28@1 m×1 m，L=8 m帶墊板的鎖邊錨桿，鎖邊錨桿距離結構面出露邊線1 m布置。施工時，錨桿須與結構面成大角度相交且將該結構面附近的系統(tǒng)錨桿更換為帶墊板的錨桿。在廠房頂拱安山巖脈和擠壓破碎帶的位置將系統(tǒng)錨桿替換為帶墊板的錨桿，然后沿安山巖脈增設2排預應力鎖邊錨桿，錨桿參數(shù)為：φ32@1 m，L=9 m，預應力錨桿施工時垂直于巖脈的出露線，與巖脈面夾角不小于45°。在頂拱斷層和破碎帶出露線兩側各布置1排相互交叉的預應力鎖邊錨桿φ32，L=9 m，并沿破碎帶和斷層出露線兩側共9 m范圍內增加一層鋼筋網(wǎng)φ20@0.4 m×0.4 m。

6 穹頂開挖支護成型效果

仙居抽水蓄能電站穹頂開挖完成后，巖面平整，半孔率高達92%；頂拱支護錨桿注漿密實度全部達到85%以上，噴混凝土表面平順，厚度保證率達100%，布置在廠房頂拱的3組多點位移計的多組檢測結果顯示廠房頂拱的最大累計位移為1.77 mm，頂拱的3組錨桿應力計多組檢測結果顯示的最大應力值為15.51 MPa，穹頂圍巖的變形和圍巖錨桿應力的變化較小，穹頂施工安全，開挖成型質量較好。

7 結 語

在仙居抽水蓄能電站穹頂開挖成型施工過程中，通過采用合理的分層、層內分區(qū)、分段、錯距的施工思路進行開挖施工，在頂拱的成型安全及成型效果上取得了一點經(jīng)驗。施工中通過爆破試驗確定了合理的爆破參數(shù)和爆破設計，并運用監(jiān)測數(shù)據(jù)為支護施工提供依據(jù)，有力的保障了頂拱的施工安全和成型質量，可為其它同類型工程的施工提供借鑒和參考。

(責任編輯：李燕輝)

2017-04-23

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陳俊濤(1983-)，男，河南三門峽人，項目經(jīng)理助理，工程師，學士，從事水電工程施工技術與質量管理工作.