官地水電站地下廠房開挖施工設(shè)計(jì)

王明濤，何 坤

(中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

官地水電站引水發(fā)電系統(tǒng)采用右岸地下廠房布置方案，由進(jìn)水口、引水洞、主廠房、副廠房、母線洞、主變室、出線洞、永久通排風(fēng)系統(tǒng)、進(jìn)廠交通洞、尾水管及連接洞、尾水調(diào)壓室、尾水隧洞、廠房防滲排水設(shè)施及地面開關(guān)站等組成。

電站采用單機(jī)單管供水，布置4條壓力管道，壓力管道沿程分為漸變段、上平段、上彎段、斜井段、下彎段、下平段、鋼襯直管段、錐管段及過渡段。壓力管道總長297.374～411.455m，標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)徑11.8m，襯砌總厚度均為1.0m。

廠房、主變室及尾調(diào)室平行布置，主變中心與主廠房機(jī)組中心間距為75.30m，與尾調(diào)室下室中心間距69.70m。廠房(含安裝間、副廠房)開挖尺寸為243.44 m×31.10m ×76.80m(長×寬×高，下同)，吊車梁以下跨度29.0m。主變室尺寸為197.3m ×18.8m×28.6m。4條母線洞長49.20m，斷面為城門形, 其前段長35.2m，凈寬7.50m，凈高6.33m；后段長14.00m，凈寬10.50m，凈高18.60m。尾水管長47m ,底板及邊頂拱襯砌厚為1.5m;尾水管連接洞長77.3m ,斷面為城門形,尺寸為12.5m×17.5 m(寬×高) ,襯砌厚1.5m。

尾調(diào)室開挖尺寸為221m×21.5m×76.5m，中間設(shè)巖柱隔墻將其分為①、②兩個(gè)單室，隔墻頂高程1 229.50m。尾水洞共2條，1號(hào)尾水洞長567.539mm，2號(hào)尾水洞長679.4067m，凈斷面均為16.0m×18.0m(寬×高)的方圓形，襯厚0.8～1.5m。

官地水電站引水發(fā)電建筑物空間布置見圖1。

引水發(fā)電系統(tǒng)工程標(biāo)主要工程量：土石明挖50.04萬m3，石方洞挖175.87萬m3，混凝土74.4萬m3，噴混凝土41 746m3，錨桿52 651根，錨索2 603根，回填灌漿71 492m2，固結(jié)灌漿111 191m，金屬結(jié)構(gòu)6 652t。

2 地質(zhì)條件

地下廠房位于斜坡應(yīng)力集中帶(緊密擠壓帶)以內(nèi)，置于新鮮的P2β15-2角礫集塊熔巖和P2β15-1層斑狀玄武巖中，總體巖石堅(jiān)硬，在地下廠房區(qū)無大的斷層通過，無大的軟弱結(jié)構(gòu)面，錯(cuò)動(dòng)帶規(guī)模很小，洞室圍巖巖體完整性較好，以次塊～塊狀結(jié)構(gòu)為主，局部為鑲嵌或碎裂結(jié)構(gòu)。副廠房和主廠房北端一帶，錯(cuò)動(dòng)帶相對較多，錯(cuò)動(dòng)帶以NWW～NNW向中陡傾角為主，少量緩傾角錯(cuò)動(dòng)帶；裂隙以NNE向中陡傾角為主，裂隙多新鮮閉合，充填方解石膜或石英膜，結(jié)合緊密，延伸短。

主廠房區(qū)圍巖以Ⅱ類為主，基本穩(wěn)定，局部Ⅲ～Ⅴ類；副廠房、安裝間以Ⅲ類為主。但由于廠房規(guī)模大，局部錯(cuò)動(dòng)帶及裂隙發(fā)育，其組合可形成不穩(wěn)定巖塊，特別是在主廠房與副廠房頂拱部位、安裝間部位錯(cuò)動(dòng)帶的組合可形成潛在不穩(wěn)定塊體。

根據(jù)地應(yīng)力資料分析推測，右岸深部最大應(yīng)力σ1約25～35MPa，方向NNW～NW向。另外，地下廠房區(qū)鉆孔揭露有裂隙承壓水。

圖1 引水發(fā)電系統(tǒng)樞紐及施工支洞布置透視圖

3 施工支洞的規(guī)劃布置

官地水電站地下廠房系統(tǒng)具有洞室眾多、布置緊湊、立體交錯(cuò)、工程量龐大、工期緊等特點(diǎn)，因此布置合理、通暢的施工通道對廠房系統(tǒng)的施工尤其重要。為保證廠房系統(tǒng)洞室群開挖支護(hù)及混凝土施工做到優(yōu)質(zhì)、高效、按期完工,共布置了9 條施工支洞。

考慮到本標(biāo)工程主廠房施工為關(guān)鍵線路，為保證工期，在主廠房上、中部設(shè)置雙通道。主廠房和主變室上層支洞利用主廠房送風(fēng)洞和主變室排風(fēng)洞，尾調(diào)室上層施工支洞從主變室排風(fēng)洞分岔到達(dá)洞室頂拱。主廠房另一端上層支洞從過壩交通洞分岔進(jìn)入主廠房。三洞室中層支洞利用進(jìn)廠交通洞或分岔引出支洞。廠房另一端中層支洞從進(jìn)廠交通洞分岔經(jīng)主變室至副廠房端。上游端下層支洞從進(jìn)廠交通洞分岔通往壓力管道下平段。下游端下層支洞從過壩交通洞分岔引出支洞至尾水洞，穿過尾水洞進(jìn)入尾水管洞，進(jìn)入尾調(diào)室和廠房底部。實(shí)際施工中準(zhǔn)備將尾水洞下支洞向上游延伸至尾水管處，可避免尾調(diào)室下部和廠房底部出渣的干擾。

主廠房送排風(fēng)洞利用廠房上層支洞分岔引出支洞。排水廊道施工支洞分別從主廠房上層支洞、廠房中支洞和壓力管道下支洞分岔進(jìn)入排水廊道第一層、第二層、第三層。各施工支洞的布置見圖1。

4 廠房開挖程序和方法

4.1 廠房開挖分層

根據(jù)本工程的施工特點(diǎn)和主廠房施工支洞的布置情況，以及施工機(jī)械設(shè)備的性能,主廠房開挖共分為10層，各層分層情況如下：

上1層：高程1 243.30～1 234.30m，為頂拱開挖,輪廊開挖質(zhì)量要求高,噴錨支護(hù)和觀測儀器埋設(shè)量大,結(jié)合施工通道開挖高度定為9 m。

上2層：高程1 234.30～1 227.80m，是頂拱層和巖壁梁之間的調(diào)節(jié)層,開挖高度定為6.5m。

中1層：高程1 227.80～1 220.80m，位于巖錨梁重要部位,開挖施工質(zhì)量要求很高,是地下廠房施工的難點(diǎn),為方便巖錨梁施工,分別從進(jìn)廠交通洞和中支洞爬坡進(jìn)入,層高定為7m。

中2層：高程1 220.80～1 213.80m，直接從交通洞及廠房中支洞進(jìn)入施工，層高定為7m。

中3層：高程1 213.80～1 205.80m，兼顧母線洞的開挖支護(hù)，層高定為8m。

下1層：高程1 205.80～1 197.80m，從壓力管道下平段支洞上爬進(jìn)入施工，層高定為8m。

下2層：高程1 197.80～1 189.30m，直接從引水洞下平段支洞進(jìn)入施工，層高定為8.5m。

下3層：高程1 189.30～1 184.20m，層高為5.1m。

下4層：高程1 184.20～1 179.70m，利用豎井在基坑內(nèi)溜渣,經(jīng)尾水支洞出渣，同時(shí)兼顧主體工程結(jié)構(gòu)，層高為4.5m。

下5層：高程1 179.70～1 167.00m，分上下兩層開挖,上層層高為6.7m,從尾水?dāng)U散段上層開挖工作面水平進(jìn)入；下層層高為6m,從尾水?dāng)U散段下層開挖工作面水平進(jìn)入。

主廠房開挖分層見圖2。

圖2 主廠房開挖分層示意

4.2 施工程序

根據(jù)主廠房分層情況和施工支洞的布置情況, 主廠房開挖支護(hù)的施工程序安排如下：

(1) 利用主廠房送風(fēng)洞和主變室排風(fēng)洞兼上1支洞進(jìn)入廠房頂部進(jìn)行主廠房第Ⅰ層開挖和支護(hù), 與此同時(shí)從過壩交通洞分岔的上2支洞進(jìn)入廠房另一端, 形成兩頭對挖局面。

(2) 完成主廠房上1層開挖支護(hù)后, 從兩端降坡開挖上2層。

(3) 從進(jìn)廠交通洞和經(jīng)主變室至主廠房另一端支洞分別上爬直接進(jìn)入和下臥進(jìn)入中1、中2和中3層，兩頭對挖。

中1層中槽(中1-1)完成后，進(jìn)行中1-2開挖和支護(hù)，再進(jìn)行巖壁梁混凝土澆筑。在巖壁梁混凝土澆筑齡期達(dá)到要求后可開始中2層爆破施工。在中2層施工前,母線洞上層進(jìn)入廠房2～3m,并對母線洞進(jìn)行混凝土鎖口,確保下游邊墻的安全。

(4) 從引水下平洞進(jìn)入主廠房進(jìn)行下1、下2層的開挖。在廠房下2層開挖的同時(shí),從尾水管進(jìn)入開挖廠房下5層。

(5) 廠房下5層完成后，進(jìn)行下3、下4層開挖，溜渣至廠房底部，從尾水支洞出渣。

4.3 主要施工方法

(1)廠房上1層：中導(dǎo)洞開挖寬度為8m，中導(dǎo)洞貫通后,從兩側(cè)進(jìn)行擴(kuò)挖。采用353E 三臂臺(tái)車進(jìn)行造孔，周邊光爆,出渣采用3m3側(cè)卸裝載機(jī)配20t 自卸汽車運(yùn)輸。錨桿孔采用三臂鉆鉆孔，錨筋束孔采用QZJ-100B潛孔鉆鉆孔，采用噴射臺(tái)車噴混凝土。

(2)廠房上2層～ 下2層為大體積開挖，采用中間抽槽兩側(cè)保護(hù)層跟進(jìn)的施工方法，上下游保護(hù)層厚度均為5m。在中間拉槽前先對邊墻輪廓線預(yù)裂。梯段爆破和預(yù)裂均采用液壓潛孔鉆鉆孔，兩側(cè)預(yù)留保護(hù)層采用三臂臺(tái)車水平鉆爆跟進(jìn)的方式。

(3)廠房下5層從尾水管進(jìn)入, 采用三臂臺(tái)車進(jìn)行水平鉆爆;下3、下4層開挖采用履帶鉆在中部開挖溜渣豎井與廠房底部貫通, 最后采用手風(fēng)鉆自上而下進(jìn)行擴(kuò)挖。

(4)巖錨梁采用預(yù)留保護(hù)層手風(fēng)鉆鉆垂直孔及斜孔雙向光面爆破的方法進(jìn)行開挖，上部造垂直孔光爆，下部造向上傾斜孔，均采用氣腿鉆造孔。

5 結(jié) 語

(1)官地地下廠房開挖直線工期僅22個(gè)月，為國內(nèi)同規(guī)模地下廠房施工開挖領(lǐng)先水平。因此，采取合理布置施工通道，合理的施工程序，采用“平面多工序、立面多層次”的施工組織后, 加快了廠房的施工速度, 確保了施工進(jìn)度。

(2)廠房開挖跨度大，地應(yīng)力高，地質(zhì)條件復(fù)雜，支護(hù)應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)。同時(shí)高邊墻施工遵循“先洞后墻”的原則。

(3)洞室交叉口眾多，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制洞室交叉口處的爆破，并加強(qiáng)該部位的支護(hù)以及適當(dāng)采取超前支護(hù)措施。

(4)巖壁梁施工是主廠房施工的又一難點(diǎn)。由于開挖、錨桿及混凝土質(zhì)量要求高,工序復(fù)雜，施工過程中必須精細(xì)化施工，優(yōu)化施工方案，才能滿足設(shè)計(jì)要求。

(5)各洞室在開挖過程中，圍巖應(yīng)力和變形在不斷調(diào)整和變化，需根據(jù)開挖情況及變形監(jiān)測資料，及時(shí)反饋設(shè)計(jì)調(diào)整支護(hù)措施和支護(hù)參數(shù)。