長河壩水電站地下廠房開挖施工技術實踐

于 兵

(中國水利水電第十四工程局有限公司， 云南 昆明 650041)

0 前 言

近年來，我國水電站建設取得了突飛猛進的發展，地下廠房開挖技術也日趨成熟，水電工程所采用的技術也因工程而異。本文論述了長河壩水電站地下廠房開挖施工技術，該電站地下廠房工程具有工程規模大、地質條件復雜、質量要求高、施工干擾大等特點，通過精心組織、科學管理，采用“平面多工序、立體多層次”的施工方法，確保了工期及質量。

長河壩水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內，為大渡河干流水電梯級開發的第10級電站。電站總裝機容量2 600 MW，水庫正常蓄水位1 690 m，具有季調節能力。樞紐建筑物由攔河大壩、泄水系統、引水發電系統組成。

地下廠房布置在大渡河左岸，主、副廠房按“一”字型布置，縱軸線方位N82°W，安裝間和副廠房分別布置在主機間的兩端。開挖尺寸(含安裝間、副廠房)為228.8 m×30.8 m×73.35 m(長×寬×高)，最大高度73.35 m，頂拱跨度30.8 m。

1 施工條件

1.1 地質條件

地下廠房系統布置在左岸230～430 m山體內，地表地形坡度40°～45°，局部達55°～60°，坡面基巖裸露，植被不發育。廠區范圍內巖性為晉寧～澄江期花崗巖(γ2(4))，巖石致密堅硬、強度較高。其礦物成分主要有斜長石、鉀長石、石英、黑云母及少量副礦物(如細粒鐵礦、榍石、磷灰石等)組成。巖體新鮮，致密堅硬，較完整，圍巖多呈次塊～塊狀結構，局部鑲嵌結構，極少量碎裂結構，以Ⅲ～Ⅱ類為主，局部裂密帶及斷層破碎帶為Ⅳ類，總體成洞條件較好。擠壓帶、小斷層及裂隙不利組合對洞室穩定有不利影響，廠房上部地下水不發育，以滲水～滴水為主，局部洞段由于地應力高，易產生巖爆。

1.2 施工道路布置

為滿足廠房系統的施工，主要利用主體洞室和業主提供的廠房上層施工支洞、主廠房通風洞、廠房中導洞、進廠交通洞、壓力管道下平洞、母線洞、尾水連接洞等洞室作為施工通道。施工通道特性及承擔的施工任務見表1。

2 開挖分層分區及施工程序

2.1 開挖分層及分區

根據廠房的結構特點、通道條件、施工機械性能，并兼顧巖壁吊車梁混凝土、母線洞開挖支護施工等需要，主、副廠房自上而下分十層進行開挖支護，層內分區、分塊。開挖分層，分區、分塊詳見圖1。

2.2 開挖程序及方法

2.2.1 第Ⅰ層開挖

利用廠房兩端上層施工支洞、通風洞作為施工通道，從兩端進行廠房Ⅰ層中部及兩側擴挖支護，根據廠房特性及工期安排，為減小施工干擾，中部擴挖結束后再進行兩側擴挖支護；中部開挖結束后利用通風洞作為中部剩余支護施工通道，利用上層施工支洞進行上下游兩側擴挖支護施工；中部所有支護結束后再利用通風洞相向進行上下游側開挖支護施工；上下游兩側擴挖錯距進行，錯距不小于30 m。

表1 廠房系統施工通道特性

圖1 主副廠房開挖分層(單位：m)

開挖采用三臂鑿巖臺車鉆孔，設計輪廓光面爆破，光爆孔間距50 cm，Ⅱ、Ⅲ類圍巖排炮循環進尺不大于3.5 m，支護滯后開挖15～30 m；Ⅳ類圍巖排炮循環進尺1.0～1.5 m，開挖后及時進行系統噴錨支護，頂拱范圍采用砂漿錨桿或自進式中空注漿錨桿進行超前支護。

左右端墻預留3 m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，雙向光面爆破，端墻面頂拱圓弧段采用長短釬造孔。

每排炮爆破后反鏟挖掘機進行安全處理，開挖渣料采用3.4 m3側卸裝載機或2.7 m3反鏟裝20 t、28 t自卸汽車運輸至指定渣場，主廠房頂拱成型見圖2。

圖2 主廠房頂拱開挖成型情況

2.2.2 第Ⅲ層開挖(巖壁梁開挖)

Ⅲ層開挖前完成進廠交通洞與廠房相交段的鎖口支護、環向預裂及洞口交叉段混凝土襯砌；廠房Ⅱ層開挖支護結束后，進行Ⅲ層中部拉槽的施工預裂；利用通風洞及其斜坡道進行Ⅲ層左半部分中部拉槽，在拉槽過程中爆通進廠交通洞并用爆渣回填，當左半中槽開挖結束后，從進廠交通洞底板開挖斜坡道升坡至第Ⅲ層底板，形成第Ⅲ層左側施工通道；利用左側通道對通風洞形成右端通道占壓Ⅰ、Ⅱ層斜坡道挖除和支護；結束后繼續進行Ⅲ層剩余中部拉槽預裂、開挖和上下游保護層開挖；保護層開挖滯后中部拉槽距離不小于30 m，與中部拉槽形成平面多工序作業；保護層施工的同時進行巖臺以上直邊墻光爆孔和爆破輔助孔鉆孔施工，并插入PVC管對其進行保護；保護層開挖后，進行Ⅳ層預裂及巖臺下拐點以下Ⅲ層直邊墻系統支護和巖臺加強錨桿支護，支護結束后再進行巖臺開挖，最后進行巖臺錨桿及混凝土施工。

Ⅲ層開挖采用中部拉槽、預留保護層的方法進行。中部拉槽采用履帶液壓鉆機垂直鉆孔、梯段爆破開挖，中部拉槽預裂孔距1.0 m，超深0.5 m，中部拉槽排炮循環進尺6.0～10.0 m；邊墻下直墻外預留4.0 m保護層，保護層采用手風鉆分三層鉆垂直孔小臺階光面爆破開挖，第二層光爆孔間距0.35 m，第一、三層光爆孔間距0.50 m，保護層一次爆破長度不大于15 m；巖臺斜墻面及上直墻面采用手風鉆打斜孔和垂直孔雙向光爆，鉆孔均采用1.5″鋼管搭設樣架及導向管進行鉆孔精度控制，巖臺雙面光爆孔孔距0.30～0.35 m，采用特制小直/徑藥卷間隔裝藥，高精度非電雷管，電雷管起爆。提前做好相應的爆破試驗工作，設計輪廓線的造孔設備結合其他工程施工經驗，采用特制的定型樣架進行固定，確保造孔精度及成型質量；爆破參數根據不同地質條件通過現場試驗確定，主廠房巖壁梁開挖成型情況見圖3。

圖3 主廠房巖壁梁開挖成型情況

2.2.3 第Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ層開挖(基坑開挖)

基坑分三大層五小層開挖，層高分別為：4.0 m、8.5 m、7.5 m、1.9 m。

Ⅷ層開挖采用手風鉆水平開挖，底板采用光面爆破，開挖排炮循環進尺不大于3.5 m，光爆孔間距0.5 m。

Ⅸ層采用導井法、周邊預留保護層方式進行開挖；尾水擴散段上層開挖支護結束后，向前開挖基坑中導洞(斷面7.0 m×6.0 m)到Ⅸ層下部，從Ⅷ層機坑中部先開挖導井(Φ3.0 m)作為溜碴井，然后對其四周進行擴挖，周邊預留3.0 m保護層，最后分兩層進行保護層開挖及Ⅸ層支護。導井采用履帶液壓鉆機或輕型潛孔鉆自上而下1次造孔到位，采取一次裝藥分段爆破成型；導井四周擴挖及中槽開挖也采用履帶液壓鉆機或輕型潛孔鉆垂直鉆孔，梯段爆破；四周邊墻保護層采用手風鉆垂直鉆孔光面爆破逐層擴挖，光爆孔間距0.5 m。

Ⅹ層分為兩層周邊預留3.0 m保護層開挖；Ⅸ層支護結束后再進行Ⅹ層開挖，上層中部在開挖中導洞時已開挖，因此先進行上層保護層開挖，再進行下層中部開挖，最后進行下層周邊保護層開挖；基坑Ⅹ層總體開挖程序與Ⅸ層一致按4號機→1號機的順序開挖支護。Ⅹ層上下層均采用三臂臺車鉆孔，周邊保護層則采用手風鉆開挖，中部開挖采用水平開挖方法，底板光面爆破，周邊保護層采用垂直開挖，采用光面爆破，光爆孔間距0.5 m。

2.2.4 其他各層開挖

其他各層開挖采用邊墻先預裂，中部拉槽后兩側開挖的方式。預裂孔采用輕型潛孔鉆造孔，預裂孔間距0.8 m，孔徑76 mm，線裝藥密度350～400 g/m。中部拉槽采用潛孔鉆造孔，孔內非電雷管微差擠壓梯段爆破。裝載機、反鏟配合自卸車出渣，主廠房邊墻開挖成型見圖4。

圖4 主廠房邊墻開挖成型情況

3 特殊部位及不良地質段開挖

3.1 廠房頂拱開挖

頂拱開挖時，均宜先開挖導洞，再進行擴挖。開挖時尤其應重視頂拱的穩定，加強監測及數據反饋，及時支護，確保圍巖穩定。開挖時質點振動速度按投標技術條款規定執行。

3.2 地下廠房巖壁吊車梁部位的開挖

(1)梁巖臺開挖之前，做好爆破振動試驗，以指導爆破設計。

(2)巖壁吊車梁層開挖時，吊車梁附近應預留3～4 m厚的巖石保護層。

(3)巖壁吊車梁的巖壁開挖應采取光面爆破，爆破參數需經試驗確定；嚴格控制一次起爆藥量，確保巖壁成型，保證巖壁的完整和穩定，盡量減小由于爆破而產生的巖石松動范圍。實測松動范圍須小于0.2 m。

(4)巖壁不允許欠挖，超挖不大于0.1 m。巖壁開挖后，應清除爆破產生的裂隙及松動巖石，清潔巖壁面，及時進行巖壁斜面修整，斜面與水平面的夾角與設計值相比應偏小，但不小于3°。

3.3 地下廠房高邊墻的開挖

(1)地下廠房邊(端)墻開挖應遵循“先洞后墻”原則，邊墻在開挖挖至相應洞口(母線洞、壓力管道、尾水管洞、進廠交通洞等)高程之前，應先完成相應岔口開挖及鎖口支護，再下降邊墻。

(2)采用預裂爆破，薄層開挖、適時支護的開挖方法。

(3)預裂爆破參數需經試驗確定，嚴格控制梯段爆破一次起爆藥量。

3.4 不良地質段處理措施

(1)不良地質洞段開挖支護，首先探明斷層的準確位置、產狀及影響范圍，應根據圍巖特性對局部不穩定部位增設隨機錨桿；對控制穩定的軟弱結構面，采取預應力錨束加固并伸到完整巖體中維護圍巖穩定。

(2)在松散、軟弱破碎的巖體中開挖洞室，應盡量減少對圍巖的擾動，宜采用先護后挖，邊挖邊擴，或先對巖體進行加固后再開挖等方法。必要時安設鋼支架(格柵支架)增加支護能力。有地下水部位時打設排水孔，降低地下水壓力，避免地下水對噴混凝土的滲透破壞。

4 結 語

長河壩水電站地下廠房工程具有工程規模大、地質條件復雜、質量要求高、施工干擾大等特點，通過運用科學的施工組織管理，采用“平面多工序、立體多層次”的施工方法，于2010年12月1日開工，2013年4月30日開挖結束，歷時29個月，比合同工期提前7個月完成，施工中安全、質量等各項指標得到了有效保障。