巖灘水電站地下廠房開挖快速施工技術(shù)

萬和江，李偉

(葛洲壩集團第二工程有限公司，四川成都610091)

1 工程概況

巖灘水電站二期擴建工程布置于右岸一期工程廠房右側(cè)80 m的山體內(nèi)，為地下式廠房，裝機2×300 MW。樞紐主要建筑物由進水口、引水隧洞、主、副廠房、主變室、尾水隧洞和廠房運輸洞等組成。地下廠房為首部式布置，引水隧洞、尾水隧洞均采用一機一洞布置。地下廠房縱軸線與一期工程壩軸線成35°交角，右端往上游偏轉(zhuǎn)。地下廠房開挖長度為133.4 m，寬29.7～30.8 m，最大開挖高度為76.67 m。

2 工程地質(zhì)條件

廠區(qū)洞室?guī)r體為輝綠巖侵入體中心相暗色菊花狀粗晶輝長輝綠巖(上層)和淺色條帶狀粗晶輝綠巖(下層)，厚度變化分別為40～100 m和70～80 m，總厚度變幅為110～180 m。廠區(qū)洞室圍巖以橫河向分布的F48陡立逆斷層為分界線，下盤上游側(cè)絕大部為Ⅱ類圍巖，上盤下游側(cè)為Ⅲ類圍巖。巖石具有高重度(γ≥29 kN/m3)、高力學強度(Rb≥100 MPa)和堅硬性脆的特征。圍巖陡傾角小斷層較多，且有少量松軟巖分布構(gòu)成軟弱面，陡、緩傾角節(jié)理發(fā)育較密，有少量地下水影響。主廠房洞室與引水洞、尾水支洞、母線洞、運輸洞、排風洞的交叉地段由于水平、垂直二維臨空和爆破影響，易出現(xiàn)較大的應力集中，特別是在f211分布部位易產(chǎn)生變形失穩(wěn)。

3 施工進度

巖灘水電站二期擴建工程于2010年10月1日開工，2012年7月1日完成首臺機組開挖，用時21個月;2012年7月19日完成第二臺機組開挖，用時21.6個月。巖灘水電站二期擴建工程地下廠房首臺機組開挖僅用時21個月完成施工任務，在爆破振動速度有特殊限制的條件下，達到了同類工程施工領(lǐng)先水平。

4 施工程序

4.1 開挖分層設(shè)計

巖灘水電站地下廠房洞室群包括引水隧洞、主、副廠房及安裝間、尾水洞、主變室、主變運輸洞、母線洞、電纜廊道、廠房運輸洞、主變排風洞、排風豎井、廠房交通豎井、一二期廠房交通洞、帷幕灌漿洞、排水洞以及引水隧洞、廠房、主變、尾水洞等洞室的施工支洞。

結(jié)合主要建筑物空間位置和現(xiàn)場通道布置條件，廠房開挖施工總體分為九層，最大層厚12.14 m。由于二期廠房開挖部位緊臨一期廠房，受一期機組運行要求，爆破質(zhì)點振動速度不能大于0.5 m/s。對于大于9 m以上的臺階爆破，既使采用單孔單響爆破，也容易出現(xiàn)質(zhì)點震動速度超標。為了保證一期廠房運行安全，在實際開挖時，將大于9 m以上的開挖分層進一步劃分為兩層，分兩次進行鉆孔爆破(圖1)。

4.2 施工通道規(guī)劃

根據(jù)施工需要，統(tǒng)籌規(guī)劃了6條施工支洞做為主要施工通道:廠房運輸洞、廠房主變頂拱施工支洞、引水隧洞施工支洞、尾水隧洞施工支洞、尾水管施工支洞，其相應布置及功能如下所述。

廠房運輸洞:進廠運輸洞從安裝間下游墻端往下游布置，連接下游對外公路。進廠運輸洞總長度為501.07 m，底坡7.01%。斷面為城門洞型，寬10 m，直墻高7 m，洞高9 m。

圖1 主廠房、尾水管及主變室開挖分層圖

廠房主變、頂拱施工支洞:起點為改建新路，高程為176 m;終點為廠房右端墻，高程為182 m，為廠房、主變Ⅰ、Ⅱ?qū)娱_挖出渣、混凝土襯砌運輸施工通道;施工支洞長125.87 m，城門洞型，寬7.5 m、高6.5 m。

主變室排風洞:起點為廠房、主變室頂拱施工支洞，高程182.5 m;終點為主變洞右端墻，高程176.3 m，為主變Ⅰ、Ⅱ?qū)娱_挖出渣運輸?shù)氖┕ねǖ溃撮L79.61 m，城門洞型，寬5.5 m、高5.5 m。

引水隧洞施工支洞:起點為廠房運輸洞尾部，高程165.31 m;終點為引水隧洞下平段，高程142.1 m，為廠房Ⅴ～Ⅵ層、引水隧洞斜井和下平段開挖出渣及混凝土運輸?shù)氖┕ねǖ溃┕ぶФ撮L361.34 m，城門洞型，寬7.5 m、高6.5 m。

尾水隧洞施工支洞:起點為廠房運輸洞后部，高程160.93 m;終點為尾水管施工支洞和尾水主洞施工支洞起點，高程128.5 m，為廠房Ⅶ～Ⅸ層、尾水擴散段開挖出渣及混凝土運輸?shù)氖┕ねǖ溃┕ぶФ撮L462.11 m，城門洞型，寬7.5 m、高6.5 m。

尾水管施工支洞:起點為尾水隧洞施工支洞，高程128.5 m;終點為尾水擴散段，高程120.5 m，為廠房Ⅶ～Ⅸ層、尾水擴散段開挖出渣及混凝土運輸?shù)氖┕ねǖ溃┕ぶФ撮L134.18 m，城門洞型，寬7.5 m、高6.5 m。

4.3 施工程序優(yōu)化

按照從上至下分層、分部開挖和相鄰洞室開挖先洞后墻的原則，結(jié)合現(xiàn)場通道布置條件進行施工程序優(yōu)化。在廠房、主變室排風洞開挖支護完后進行廠房第I層開挖;廠房第Ⅱ?qū)邮┕r進行廠房Ⅲ、Ⅳ層導洞、母線洞開挖，在第Ⅱ?qū)娱_挖前結(jié)束;引水隧洞施工支洞在廠房運輸洞開挖至與引水隧洞交叉處時開始;尾水管施工支洞在廠房Ⅴ層開挖完之前完成;廠房第Ⅴ、Ⅵ層開挖前完成尾水管開挖。為了加快施工進度，尾水管開挖完成后立即開始Ⅷ、Ⅸ層開挖，Ⅷ、Ⅸ層開挖與第Ⅴ、Ⅵ層開挖同時進行，最后開挖貫通第Ⅶ層。施工程序見圖2。

5 主要施工技術(shù)

5.1 廠房頂拱開挖采取的快速優(yōu)質(zhì)施工技術(shù)

圖2 廠房開挖施工程序圖

主廠房頂拱跨度為30.7 m，施工的首要任務是保證頂拱的穩(wěn)定。要求開挖面平整光滑，確保開挖面應力均勻釋放，不產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象。采取多臂鉆開挖保方量，手風鉆施工保質(zhì)量的策略。采用中導洞(8 m×8 m)領(lǐng)先20～30 m，頂拱2 m保護層手風鉆擴挖跟進，及時支護;兩側(cè)呈階梯推進，開挖工作面之間距離30～50 m，大方量開挖由多臂鉆承擔，2 m保護層開挖由手風鉆進行，光面爆破，孔距不得超過40 cm，鉆孔采用加密放樣、放后視點、插導向管等措施，以提高鉆孔精度。

5.2 巖錨梁精準開挖施工技術(shù)

為減少中部梯段爆破對巖壁梁巖臺開挖的影響甚至梯段爆破施工時造成巖壁梁巖臺被拉裂，在主廠房上、下游各預留4 m的保護層，保護層和中部拉槽之間提前進行預裂爆破施工，一次深孔預裂到位。在巖臺下部50 cm處增加鎖腳錨桿，并提前對下拐點以下部位進行掛網(wǎng)噴錨支護施工，防止巖臺下拐點拉裂而造成超挖。進行巖壁梁巖臺正式開挖之前，在上下游各選擇1～2段具有代表性圍巖進行爆破試驗，每種試驗長度各5 m，選擇不同孔距，通過其檢驗開挖后爆破質(zhì)量對比，選擇最佳參數(shù)。邊墻施打豎向光爆孔，在斜面上施打傾斜光爆孔。豎向光爆孔孔深2.68 m，斜面光爆孔孔深1.7 m，孔距為40 cm，線裝藥密度100 g/m。采用YT－26型手風鉆鉆孔，排架鋼管搭設(shè)樣架定位，垂直孔和傾斜孔錯開布置。

5.3 洞室群交叉口安全開挖施工技術(shù)

對于隧洞平交口的開挖，在掌子面超過岔洞口30 m且完成平交口段主洞支護和岔洞口超前鎖口錨桿后方可開岔洞口，岔洞進口段2倍洞徑(跨度)范圍內(nèi)按“短進尺、弱爆破、及時支護”的開挖支護原則施工并加強變形監(jiān)測，必要時增加鋼筋格柵支撐或鋼筋混凝土鎖口，以保證隧洞平交口段的圍巖穩(wěn)定。對于廠房機窩、豎井井口開挖，在廠房機窩、豎井井口開始擴挖前，先對井口周邊規(guī)格線進行預裂，再沿井口周邊外圍鉆孔安裝一排鋼筋樁用以加強錨固井口圍巖;豎井全斷面擴挖下降約6 m后在井口澆筑一圈鋼筋混凝土鎖口，裝安全護欄后再繼續(xù)開挖。鎖口混凝土同時起到保證井口安全、防滲水及防墜石的功能。對于平洞與豎井交叉口開挖，首先開挖下平洞形成豎井開挖的下通道，豎井開挖前，平洞頂必須先進行鎖口及系統(tǒng)錨噴支護。

5.4 高精度控制爆破技術(shù)

巖灘水電站二期地下廠房開挖距一期工程廠房最近距離僅80 m，受保護的水電站及發(fā)電廠中心控制設(shè)備室對爆破振動控制要求非常嚴格，爆破振動安全允許標準為0.5 cm/s。

為了減小地下廠房開挖對一期電廠運行的影響，采用先周邊預裂、后梯段爆破的方法進行施工。預裂孔孔徑90 mm，鉆孔深度10～12 m，孔距80 cm，使用QZJ－100B鉆機鉆孔，線裝藥密度為450～500 g/m，孔口裝藥密度適當減少，孔底加強藥量800～1 200 g。爆破孔孔徑100 mm，鉆孔深度6～8 m，孔排距1.5 m×1.5 m，使用液壓鉆機為主輔助ZJ－100B鉆機鉆孔，炸藥單耗為0.55 kg/m3。

5.5 不良地質(zhì)洞段采用的施工技術(shù)

施工過程中，當接近斷層破碎帶及節(jié)理發(fā)育洞段時，開挖之前進行超前鉆探孔，以準確了解地下洞室中尚未開挖巖體的地質(zhì)情況，及時研究選定掌子面開挖后的支護形式，對前方可能出現(xiàn)的涌水、有害氣體、崩塌等及時采取防范措施，改進施工方法，避免工程事故，確保人身安全。當斷層破碎帶內(nèi)充填軟塑狀斷層泥或特別松散的顆粒時，采取超前錨桿或超前小導管以及超前管棚法超前支護，在超前支護的保護下進行分層開挖。若斷層地段出現(xiàn)大量涌水，則采取引、排、堵、截相結(jié)合的治理措施。采取分部開挖、分部支護;采用淺鉆孔、弱爆破、多循環(huán)的施工方法，嚴格控制炮眼數(shù)量、深度及裝藥量，盡量減少爆破對圍巖的震動。

6 結(jié)語

巖灘水電站二期工程地下廠房開挖是整個項目施工的重點和難點，是確保工程按期發(fā)電的關(guān)鍵線路，雖然在開挖施工過程中也遇到了各種各樣的困難和問題，最終仍然以21個月的較短工期完成了首臺機組開挖，取得了以下幾點經(jīng)驗，可供業(yè)內(nèi)人員參考:

(1)合理優(yōu)化施工程序，在廠房第Ⅴ、Ⅵ層開挖時同步開挖第Ⅷ、Ⅸ層，最后貫通開挖第Ⅷ層，有效節(jié)省了時間。

(2)重點抓好廠房頂拱、巖錨梁、洞室群交叉口施工工藝，在確保關(guān)鍵部位的施工質(zhì)量、安全達標創(chuàng)優(yōu)的同時確保了施工進度。

(3)重點抓好支護工作，投入3臺多臂鑿巖臺車和2臺濕噴臺車進行支護作業(yè)，確保支護及時跟進，在確保施工安全的同時，盡量少的占用直線工期。

(4)控制爆破采用精確非電毫秒雷管接力起爆網(wǎng)絡，在控制最大單響起爆藥量的前提下提高一次爆破方量;在確保一期電廠運行安全的情況下，減少爆破次數(shù)，以加快施工進度。

(5)超前預報不良地質(zhì)構(gòu)造，提前制訂可行的應對措施，快速施工一次到位，盡可能地減少不良地質(zhì)構(gòu)造處理對施工進度的影響。