湖南柘溪擴機工程地下工程施工技術

張良平

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概況

柘溪水電站擴建工程的主要任務是發(fā)電，擴大裝機容量2×250MW。擴建工程位于資水右岸原柘溪水電站樞紐范圍內，我局項目部承擔了1#、2#、3#施工交通洞，進場交通洞、閘門室交通洞和引水系統(tǒng)的施工任務。2#施工交通洞尺寸為7.7m×12m、引水隧洞洞徑12.50m。地質情況較差，洞室穿越地層Ptbn2w2-23～Ptbn2w2-28-10，巖性為長石石英砂巖、細砂巖與帶狀砂質板巖及燧石狀石英巖，堅硬致密，巖層產狀，其走向與洞軸線夾角為30°～80°。洞線上大部分地段節(jié)理發(fā)育，主要是層面裂隙(含層間錯動)與近似平行洞線的高傾角節(jié)理，以及洞頂?shù)木弮A角節(jié)理，層間錯動帶上盤的羽毛狀節(jié)理，發(fā)育密度大，將巖層切割成網狀，影響洞室圍巖的穩(wěn)定。隧洞埋深30m～125m，基巖強風化帶下限深度10m～28m，弱風化帶下限深度25m～68m。該工程2#、3#施工交通洞工期緊，是引水洞施工進度控制的關鍵，同時擴機工程施工部位距離老廠較近，必須控制爆破振速在要求范圍內。引水洞全斷面襯砌開挖質量要求高，是對施工單位施工質量、安全及文明施工管理，以及施工技術應用的嚴峻考驗。

2 地下工程需解決的問題

2.1 工期問題

柘溪水電站擴機工程2#施工交通洞為引水隧洞下平段施工通道，為引水洞壓力鋼管段開挖和鋼管運輸交通道，并作為地下廠房中下層開挖的施工通道。其施工進度情況關系到整個擴機工程工期能否按期實現(xiàn)。2#施工交通洞長度377m，洞斷面尺寸7.7m×12m，城門洞型，地質情況差，洞口到0+200樁號以IV類圍巖為主，且?guī)r層走向近與洞軸線平行；3#施工洞斷面尺寸7.7m×6.5m，在2#施工洞0+169樁號處開洞，洞長283m，2#洞的施工進度也直接影響3#洞的施工。因此，解決2#施工洞工期問題，是該項目施工的重中之重。

2.2 開挖質量控制問題

保證地下工程施工質量，尤其隧洞成型質量是保證安全施工的措施之一，也是控制施工成本的具體體現(xiàn)。對于引水洞要求全斷面襯砌，充分體現(xiàn)質量與效益的關系，控制好隧洞施工質量也是企業(yè)實力和信譽的體現(xiàn)。柘溪擴機工程引水洞結構變化大，要控制好施工質量是項目施工中一個重要的課題。

2.3 控制爆破問題

對于柘溪擴機工程，需要控制爆破振速的部位有大壩、大壩灌漿帷幕、開關站、主變壓器等十幾個部位，本工程控制難度最大是7#引水洞爆破開挖對主變的振速控制，施工最短距離80m，控制爆破質點振速0.5cm/s。為確保主變安全，必須采取合適的爆破開挖方法。

3 問題解決辦法

3.1 工期問題的解決辦法

(1)制定嚴密的工期計劃

根據(jù)2#施工洞的難度及施工重要性，結合隧洞結構及施工特點。首先研究2#洞總體施工程序及施工方法。確定采用新奧法施工、上下半洞單頭掘進施工程序，上半洞開挖到3#洞開口部位，立即進行下臥為3#施工洞及時提供工作面；然后進行2#施工洞后部分上半洞施工，2#施工洞上半洞貫通后；再進行下臥全部提交引水洞和廠房交通工作面。只要2#施工洞上半洞貫通，引水洞和廠房就有辦法施工，并具備提前開工條件。

編制了趕工措施及制定嚴密的工期計劃，考慮了圍巖差的情況的處理辦法，也考慮圍巖好時加快進度的措施，在資源配置上最大限度滿足。工期上明確了節(jié)點工期，尤其保證3#交通洞開洞時間、2#洞上半洞貫通時間。

采用P3編制計劃，計劃細化到每一茬炮的施工工序時間上，并作為進度控制檢查和考核的依據(jù)。

(2)運用軟巖快速施工技術解決Ⅴ、Ⅳ類圍巖段施工難題

我局在軟巖施工中積累了豐富的施工經驗，施工技術也相對成熟，關鍵在于施工技術運用的合理性。

對于軟巖控制爆破，保證進尺、保證開挖質量、保證洞斷面的體型尺寸是最基本的要求，采取及時噴錨支護，既可加大施工安全保證系數(shù)，又可減少因不及時支護造成塌方影響施工進度。噴錨支護的施工程序、施工方式及施工工序適時性是施工的關鍵。

通常采用鋼拱架或鋼格柵支護，在塌方段處理部位和無法進行錨桿施工部位確實起到良好的效果，但施工工序較多，安裝操作不便，費工費時，對于中型斷面的施工洞，施工最快也只能安裝3榀，達不到快速施工的要求。根據(jù)其他工程的經驗，對于V、VI類圍巖采用鋼拱架強支護、短進尺施工一般月進尺在40m左右，如此進展?jié)M足不了2#施工洞的進度要求。在加強地質勘查，詳盡掌握地質資料的基礎上，根據(jù)支護原理，經過現(xiàn)場觀察，確定了相對簡便快捷的施工方式：在“短進尺、弱爆破”基礎上，采用超前錨桿連接鋼筋拱網噴支護型式的加強支護方式。

對于軟巖段采用藥卷錨桿超前支護，超前錨桿長度一般為5m，間距1.0m～1.5m，根據(jù)具體巖層情況確定間距，向上傾角10°～15°，根據(jù)巖層情況調整傾角，保證錨桿穿過巖層，外部預留60cm～80cm與鋼筋拱焊連，開挖進尺控制在1.5m以內，保證超前錨桿充分發(fā)揮作用。第一茬炮后及時素噴一層混凝土，厚度在5cm左右，保證臨時的安全穩(wěn)定。由于柘溪地區(qū)的軟巖裂隙發(fā)育，巖層厚度在40cm以下，因此，被裂隙切割的塊度較小，即使第一次噴護后馬上打錨桿，仍然是不安全的，鉆機鉆孔的震動會破壞第一層噴護并擾動巖層造成掉塊和塌方。為了進行第二層的網噴支護，采用電鉆打鋼釘錨，固定φ6鋼筋網，鋼筋網間距@10cm×10cm并按20cm間距在超前錨桿尾部焊連φ22鋼筋，該道工序完成，即進行第二次的噴護，一般噴護厚度15cm～20cm。噴護完成達到70%強度，進行該部位的頂拱錨桿支護。

通過噴護形成鋼筋混凝土拱，鋼筋混凝土與超前錨桿聯(lián)合支護，鋼筋拱對超前錨桿起到支座作用，最大限度發(fā)揮超前錨桿作用；再通過鋼筋網噴護和錨桿支護使軟弱結構加強，使原來的軟弱松動變形體轉化為承載結構體，步步為營向前推進，既安全、經濟，又保證進度。

采用此方法基本上保證了一天一個循環(huán)，在通過2#施工洞0+40～0+100樁號軟弱地質段時，采用此方法僅用了25d。

(3)工序控制辦法

為了保證工程進度切實可控，編制工序時間控制表，便于檢查和發(fā)現(xiàn)工序中的施工問題，便于加強施工管理。主要控制工序為測量放線、鉆孔、裝藥連線、爆破、通風散煙及支護。

(4)建立激勵機制

根據(jù)工期計劃實施獎懲制度，并落實到位，充分調動職工的積極性和發(fā)揮主觀能動性，有力保證工期計劃的順利實施。

3.2 引水洞開挖質量控制

對于引水洞主要指上半洞開挖質量控制。上半洞開挖采用上中導洞，兩邊擴挖的施工方式進行。質量控制的焦點通過光面爆破控制超欠挖，工程施工中按正常控制超挖情況多于欠挖，一般以控制超挖為主。

3.2.1 充分發(fā)揮測量對鉆爆的指導作用

引水洞的超欠挖控制要求非常的嚴格，根據(jù)合同要求超欠挖控制在5cm以內，目前國內施工技術水平很難達到，但通過嚴格控制可以控制在10cm以內。

施工中發(fā)現(xiàn)，除做好爆破控制外，鉆孔的方向、傾向及鉆孔深度對開挖質量起著直接影響作用，尤其周邊孔的控制至關重要。施工中由于靠眼力參照造孔，周邊孔控制具有很大的隨意性，往往憑個人經驗控制，造成施工質量起伏不定。另外測量放點施放方向點太少，其控制指導意義不大，不能真正起到指導控制鉆爆的作用。因此，要充分發(fā)揮測量對鉆爆的指導作用，必須建立方向控制網點。

通常測量施放中心點后視點作鉆孔方向控制點，但存在控制點位太少，其他孔眼比照方向存在誤差太大的缺陷。如何建立方向控制網點，一直沒有一致的辦法。柘溪擴機工程洞挖施工利用施工打鉆平臺及施工操作架作控制網點的施作點，利用操作平臺建立輔助光爆孔的方向點網，一般建立5個點滿足要求，其點位分布為頂拱部位一個點、頂拱兩側部位2個點、腰線部位2個點。施工時先打輔助光爆孔5個點，并插炮桿定位，周邊孔眼以此參照進行造孔。采用此方法，能保證設計方向準確，控制點可以相互參照，但要保證周邊光爆孔眼孔底位置精確落在輪廓線10cm范圍內，仍需人的經驗控制。因此，周邊光爆孔造孔選用經驗豐富人員進行施工，仍是控制造孔質量的關鍵。

采用方向控制網點法控制鉆孔質量，在直段和平段充分體現(xiàn)了其優(yōu)勢。在平直段借助水平尺，造孔質量控制的更好，控制超挖在8cm以內；對于彎段和下行洞，根據(jù)不同轉彎半徑和坡度比較，除地質原因外，其線超挖尺寸控制在10cm左右。

3.2.2 光面爆破技術的運用及施工控制實踐

光面爆破施工技術目前得到廣泛的運用，施工技術相對比較成熟，但真正發(fā)揮光面技術的使用價值，必須在實踐中根據(jù)實際情況調整參數(shù)，滿足開挖質量控制要求，同時要加強施工控制，施工造孔，裝藥、連線及起爆網絡要滿足爆破設計要求。

柘溪地下洞室爆破設計和爆破施工是非常成功的，爆破設計人員根據(jù)不同的地質情況和施工質量要求做了專門的較詳細的設計，施工中根據(jù)具體情況并做相應調整。根據(jù)爆破效果觀察，施工操作對爆破效果的影響不容忽視，其直接影響爆破質量。因此，在施工中通過加強過程控制管理，并從以下幾點加強控制檢查：

(1)造孔質量檢查，重點檢查周邊孔孔斜度、深度、間距等參數(shù)是否滿足設計要求，不合格必須重新造孔。

(2)周邊孔采用竹片裝藥必須保證裝藥結構的一致性，裝藥結構必須滿足設計要求。

(3)輔助光爆孔保證不耦合系數(shù)在1.4～2之間，對周邊光爆孔的破壞小，有利保證周邊孔光爆效果。在該工程統(tǒng)一采用φ25藥卷。

(4)裝藥連線時，必須統(tǒng)一指揮，分工明確，加強檢查，杜絕出現(xiàn)分段混亂及連線錯誤現(xiàn)象發(fā)生。

(5)對于存在洞內施工堵塞普遍不及露天施工炮孔堵塞重視的問題，必須加強教育及監(jiān)督處罰力度。

(6)加強對底部孔眼造孔質量的控制，尤其是上行洞底部鉆孔質量控制。

(7)為了進一步加強對爆破質量的控制，要求現(xiàn)場技術員必須準確填寫當班爆破參數(shù)記錄表，便于跟蹤爆破效果和優(yōu)化設計參數(shù)。

3.3 爆破振速控制的解決辦法

3.3.1 振速控制參數(shù)的取得

爆破質點振速控制應用計算公式為：

v=k(Q1/3/R)a

式中：k——介質系數(shù)；

Q——次爆破控制炸藥量，kg；

R——爆破中心與被保護物距離，m；

a——衰減系數(shù)；

v——質點振速，cm/s。

長沙金鳳公司負責柘溪水電站爆破振動的監(jiān)控，通過每次爆破的振速測定資料，并搜集相關資料進行分析計算，取得k、a值，k取139、a取1.46。

爆破中心距離主變保護距離80m，質點控制速度為0.5cm/s。

據(jù)此計算其控制最大單響藥量Q為4.9kg。

3.3.2 爆破及開挖方式試驗

計算爆破控制單響藥量僅為計算值，在實際施工中由于受巖層變化，地下水及節(jié)理裂隙的影響，以及地形的變化影響，計算值往往有一些出入，必須進行試驗驗證和復核。經洞內試驗復核單響藥量不超過6kg仍然是安全的。

控制段巖石為Ⅱ、Ⅲ類圍巖，圍繞質點振速控制，進行了多種開挖方式試驗，通過減少進尺，多分段，先導小導洞幾種方式進行試驗和確定合理爆破參數(shù)。

3.3.3 解決實施過程

由于距離爆破控制點是一個漸進的過程，在開挖施工中以質點振速為核心，在原爆破設計基礎上逐漸增加孔，增加控制爆破段位，最后增加30%孔數(shù)，所用分段為16個段位，超過此界限后效果就難以控制了。此時開始減少鉆孔進尺，當爆破進尺低于1.2m，對全段面爆破效果極差，最后采取先導小導洞方式進行，先爆破開80cm洞徑導洞，孔深2m，然后分段爆破擴挖。

采用以上辦法進行控制，由于孔數(shù)增加及分段數(shù)增加，施工控制難度相應加大，若分段起爆時序控制不好，起不到振速控制效果，振速將大大地超過預計控制值，甚至造成老廠運行安全事故，事故責任將非常重大。因此，對于爆破振速控制，在技術方案可行的基礎上，施工控制的重要環(huán)節(jié)是加強現(xiàn)場管理。

4 結語

柘溪擴機工程主要為地下工程，根據(jù)其突出的三個問題，采取具體的措施方法進行了解決，充分體現(xiàn)了管理與技術優(yōu)化，施工技術合理應用與工程進度、施工質量和成本控制的關系。

(1)施工技術是工程進度保證的前提條件，施工管理是施工技術實施保證的手段。對于采用超前錨桿連鋼筋拱的網噴支護方案，結合短進尺、弱爆破的施工方法，在柘溪項目得以成功的運用，達到快速施工的目的。

(2)測量控制和爆破控制是光面爆破控制的兩大關鍵點，建立光爆孔方向控制網點，加密孔網控制密度，對爆破造孔質量控制起到了加強作用，效果亦很明顯，值得推廣。對于光面爆破控制，主要是加強現(xiàn)場管理，現(xiàn)場管理越到位，施工質量控制效果越好。

(3)質點振速控制，關鍵在于現(xiàn)場試驗，根據(jù)試驗確定施工方法。在可以進行爆破施工的環(huán)境，采用縮短進尺、增加孔數(shù)、增加雷管分段數(shù)、先導洞和擴挖辦法等都是可行的，并要根據(jù)具體情況選擇實施。