地下廠房頂拱出露大跨度緩傾角Fcf—1斷層安全處理技術研究

【摘要】敦化抽水蓄能電站地下廠房Ⅰ層開挖開挖尺寸為164×26.5×9.5m（長×寬×高），廠房Ⅰ層整體巖性單一，存在弱風化段、閃長玢巖巖脈、長大裂隙組合及較大規模斷層帶，不良地質段較為普遍，在開挖和支護方面困難較大。本文詳細介紹了針對廠房I層開挖支護面臨的施工難度大、超前支護與加強支護所采取的一系列支護手段，保證了主廠房I層Fcf-1斷層的開挖質量和巖石穩定性，創立了工程品牌，為今后類似工程提供實例和施工經驗。

【關鍵詞】主廠房；斷層；支護

1、工程概述

敦化抽水蓄能電站地下廠房由主機間、安裝場和副廠房組成，整體呈“一”字形布置，地下廠房總開挖最大尺寸為164×26.5×60.5m（長×寬×高），主機間長101m，安裝場布置在主廠房左側，長37m，副廠房布置在主廠房右側，長20m。地下廠房內安裝4臺單機容量為350MW的混流可逆式水輪發電機組，總裝機容量為1400 MW。主廠房洞室斷面采用圓拱直墻型，頂拱采用三心圓拱，開挖跨度較大，主廠房I層采用中導洞先行，兩側錯開擴挖的施工方式開挖。

2、地質條件

根據前期勘探地質條件，地下廠房區巖性單一，基巖為華力西晚期的中粗粒正長花崗巖，巖石礦物成分、結構均勻。受區域構造運動的影響，巖體中次級斷層等結構面發育。在擬定廠房區位置，發育3條控制性斷層，分別為廠房廠右側的Fcf-1斷層、廠房下游側的斷層fp35、廠房左側的斷層fp42。在Fcf-1斷層、斷層fp35、斷層fp42所包圍的區域內，還有fp31、fp37、fp38、fp47、fp48、fp49等次級NEE、NWW向小斷層發育，上述斷層均為Ⅲ、Ⅳ級結構面。

3、安全處理技術

3.1廠房第Ⅰ層施工程序及施工分區

3.1.1廠房第Ⅰ層分區開挖

根據廠房施工通道布置情況，地下廠房開挖按照自上而下逐層開挖的施工順序。第I層開挖高度為9.5m（EL638.5～EL629.0），第Ⅰ層施工程序為先中部導洞開挖、再進行上游側擴挖、最后擴挖下游側，三個工作面開挖前后錯距不低于30m。中導洞從位于通風兼出線洞洞口廠右端墻的位置向廠左端墻方向進行開挖，擴挖區從廠房兩端選擇開口工作面。

3.1.2針對Fcf-1斷層分區調整開挖方法

根據廠房第Ⅰ層廠左0+098～廠左0+122.5段斷層實際出露位置，該段開挖爆破進行調整。將原中導洞開挖爆破高度9.5m調整為先掏心高度為7.5m，頂拱預留2m保護層，后對2m保護層進行壓頂開挖 ，開挖爆破采用“短進尺、弱爆破”的施工工藝進行。

3.1.3 廠房第Ⅰ層開挖控制爆破

3.1.3.1爆破設計

爆破設計參數為初擬，在施工時先進行爆破試驗，并根據不同圍巖確定出相應爆破參數。

采用楔形孔掏槽，間排距為50cm，光面孔間距為45cm，塌落孔間排距為1m，底孔間距為70cm。

3.1.3.2爆破效果檢查分析

爆破結束后，對爆破后的效果進行統計分析，針對每排炮后的開挖輪廓線的伴孔情況進行匯總，已達到理想效果。

3.2超前支護與加強支護措施

廠房第Ⅰ層廠左0+098～廠左0+122.5段斷層出露，為保證施工安全、工程安全和開挖成型質量，嚴格遵循針對不良地質段開挖及時支護的原則。在中導洞、上下游兩側擴挖前后過程中每循環緊跟超前支護及系統支護。

3.2.1 超前支護

在廠房1層Fcf-1斷層出露段中導洞及兩側擴挖進行開挖之前，對頂拱部位增加以下超前錨桿支護，得以保證每循環開挖爆破頂拱的開挖質量及斷層巖石的穩定性。

3.2.2 加強支護

3.2.2.1廠房上、下游廠左0+105～廠左0+128.5段，自拱肩以上Fcf-1斷層帶已出露上盤巖體，下盤區巖體部分已發生墜落，發生部分地質超挖。處理措施，在斷層帶上盤巖石原系統錨桿之間，按間排距1.5m（個別位置間距可根據現場實際情況靈活控制）進行錨桿加密（C25，L=5m，入巖4.85m，@1.5m×3m砂漿強度為M30），加密錨桿呈梅花形布置。

3.2.2.2廠左0+098～廠左0+125段揭露出Fcf-1斷層，斷層面傾角15°，走向為NE5°，傾向NW，寬2～20cm。造成廠房右端墻頂拱巖石呈層狀結構且張裂，裂隙面輕微蝕變，發生部分地質超挖。處理措施，該段頂拱部位除完成系統錨桿支護外增設張拉力100KN的預應力樹脂錨桿（C28，L=8m，入巖7.85m，間距1.5m T=100KN）。

3.2.2.3在廠左0+105～廠左0+128.5段斷層帶下盤巖石已安裝的預應力樹脂錨桿之間，按間排距1.5×3m（個別位置間距可根據現場實際情況靈活控制）進行預應力樹脂錨桿之間加密，加密預應力樹脂錨桿呈梅花形布置；在廠房Ⅰ層中導洞廠左0+125m處頂拱部位增加4根預應力樹脂錨桿（C28， L=8m，入巖7.85m，T=100KN）

3.2.2.4廠房1層中導洞廠左0+110～廠左0+128.5段頂拱部位錨桿施工完成后，在系統和隨機錨桿之間增設橫向和縱向的C16鋼筋拱肋，鋼筋拱肋與錨桿外露部位焊接，A8鋼筋網鋪設在鋼筋拱肋和基巖面之間。

3.2.2.5廠房1層廠左0+098m～廠左0+128.5m段頂拱及邊墻超挖部位利用濕噴機噴C25混凝土噴混并找平，噴混厚度15cm。

4、效果評價

主廠房Ⅰ層在開挖過程中，先后遇到斷層、緩傾角裂隙帶組合，Fcf-1斷層帶的不利影響對主廠房第Ⅰ層穩定影響較大，變形受多種因素的制約，尤其是在不良地質由于支護的及時跟進和加強支護的及時完成，收斂變形已經很小，圍巖已趨穩定，使斷層處具有了較高的安全性。證明不良地質段加強支護效果明顯。

5、結束語

在對頂拱Fcf-1斷層富足的加強支護后，通過監測數據統計和觀察，巖石收斂變形已經很小，圍巖穩定達到了預期理想的效果，奠定了后續施工的良好的基礎。根據監測回歸數據分析， Fcf-1斷層處支護比較富足，而且不良地質段的圍巖變形監測并及時地反饋信息是一種有效的指導施工。針對廠房Ⅰ層頂拱出現大跨度斷層等不良地質段的開挖支護施工，值得以后類似工程借鑒。