水利工程地下廠房施工技術(shù)研究

李俊

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司 云南昆明 650032）

水利工程地下廠房施工技術(shù)研究

李俊

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司 云南昆明 650032）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)水利工程地下廠房施工技術(shù)得以不斷提升。本文以廠房的開(kāi)挖與支護(hù)技術(shù)作為出發(fā)點(diǎn)，并從開(kāi)挖方法、支護(hù)準(zhǔn)備以及施工前的準(zhǔn)備工作等方面探討了水利工程地下廠房施工技方法，以期為提升水利水電工程整體施工質(zhì)量提供一些參考和意見(jiàn)。

地下廠房；水利工程；開(kāi)挖；支護(hù)

引言

就目前我國(guó)水力資源分布現(xiàn)狀來(lái)看，我國(guó)水力資源大部分分布在西部地區(qū)，西部地區(qū)的河床相較于東部地區(qū)河床分布而言，河床較為狹小，不利于水量的排放。當(dāng)暴雨或是發(fā)生洪水時(shí)，西部地區(qū)的河床就會(huì)在短時(shí)間內(nèi)急劇增加水利資源流量，嚴(yán)重影響水利工程結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定。因此，加快水利工程地下廠房施工技術(shù)是保障水利工程結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。

1 廠房的開(kāi)挖與支護(hù)技術(shù)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷提升以及信息化腳步的加快，水利工程地下廠房施工技術(shù)得以不斷提升。因此，錨噴作為永久支護(hù)以及巖壁吊車技術(shù)在水利工程地下廠房施工過(guò)程中得以不斷普及與發(fā)展。錨噴作為永久支護(hù)以及巖壁吊車技術(shù)主要是運(yùn)用于水利工程地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜的工程中，一般開(kāi)挖與支護(hù)技術(shù)在施工過(guò)程中具有一定的難度。就龍灘水電工程而言，廠房開(kāi)挖的寬度應(yīng)該控制在30.8m。龍灘水電工程的地質(zhì)環(huán)境屬于巖體結(jié)構(gòu)，并且?guī)r體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)一種薄層狀。因此在水利工程地下巖體施工過(guò)程中，施工技術(shù)人員應(yīng)該確保水利工程地下巖體與軸線走向交角保持在38℃左右，避免出現(xiàn)水利工程地下巖體與軸線之間的交角傾斜導(dǎo)致錨噴支護(hù)技術(shù)不能達(dá)到預(yù)期使用效果的現(xiàn)象。另外，水利工程頂拱V類圍巖段的施工應(yīng)該采用巖壁吊車技術(shù)代替錨噴支護(hù)技術(shù)，進(jìn)而確保水利工程地下巖體不會(huì)發(fā)生突然坍塌或者變形等。就向家壩地下廠房工程而言，廠房開(kāi)挖的寬度應(yīng)該控制在33.5m。向家壩拱頂部分主要由易破碎的夾泥和巖體組成，因此在施工過(guò)程中應(yīng)該采用噴鋼纖維混凝土支護(hù)技術(shù)代替錨噴支護(hù)技術(shù)，促使預(yù)應(yīng)力錨索達(dá)支護(hù)地下廠房拱頂?shù)膶?shí)現(xiàn)。

根據(jù)龍灘水電工程以及向家壩地下廠房工程而言，我國(guó)水利工程地下廠房具有開(kāi)挖率高、地下廠房圍巖路徑交叉口多、拱頂尺寸大等特點(diǎn)。因此施工技術(shù)人員在實(shí)際施工過(guò)程中，應(yīng)將側(cè)重點(diǎn)放在水利地下廠房工程系統(tǒng)的圍巖部分，確保圍巖的穩(wěn)定性。水利工程地下圍巖施工主要依托于圍巖應(yīng)力狀態(tài)、圍巖應(yīng)力變換角度、圍巖應(yīng)力路徑、圍巖應(yīng)力歷史等作為施工原理，確保圍巖錨索鋼筋網(wǎng)以及混凝土厚度，避免出現(xiàn)圍巖發(fā)生嚴(yán)重位移或者變形的現(xiàn)象。總而言之，水利工程地下廠房圍巖設(shè)計(jì)方式主要由從上到下開(kāi)挖、錨噴支護(hù)技術(shù)以及分層分塊開(kāi)挖組成。圍巖應(yīng)力狀態(tài)、圍巖應(yīng)力變換角度、圍巖應(yīng)力路徑、圍巖應(yīng)力歷史會(huì)隨著施工技術(shù)人員使用的開(kāi)挖支護(hù)程序以及地下圍巖周圍環(huán)境的變化而變化。因此水利工程地下圍巖處理是否得當(dāng)不僅嚴(yán)重影響水利工程整體施工質(zhì)量，還會(huì)有可能由于施工技術(shù)人員工作的疏忽導(dǎo)致水利工程地下圍巖遭到破壞、圍巖發(fā)生嚴(yán)重位移或者變形等現(xiàn)象。

2 施工方法

2.1 施工前的準(zhǔn)備工作

就水利工程地下廠房施工方法而言，施工技術(shù)人員應(yīng)該在施工程序工作開(kāi)展之前，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況制定和調(diào)整廠房施工方案。比如根據(jù)國(guó)家對(duì)水利工程地下廠房施工相關(guān)要求、施工合同、施工條件、施工技術(shù)規(guī)范、施工進(jìn)度合理制定優(yōu)化施工支護(hù)方案，進(jìn)而為水利工程地下廠房開(kāi)挖方法以及支護(hù)方法順利開(kāi)展提供保障。另外，水利工程管理人員應(yīng)該加大對(duì)質(zhì)量控制點(diǎn)的管理和監(jiān)測(cè)力度，力求最大限度地保障水利工程的質(zhì)量監(jiān)控進(jìn)度。水利工程地下廠房質(zhì)量監(jiān)控進(jìn)度的合理控制不僅有利于排水系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，還有利于保障地下廠房圍巖的穩(wěn)定性。總而言之，施工技術(shù)人員在施工之前不僅要做好設(shè)置各類檢測(cè)儀器的準(zhǔn)備工作，還需要加強(qiáng)工程質(zhì)量監(jiān)控體系，并加大對(duì)圍巖通風(fēng)井的監(jiān)測(cè)力度，為保障施工方法以及支護(hù)技術(shù)的順利實(shí)施提供堅(jiān)實(shí)的基石。

2.2 開(kāi)挖方法

就水利工程地下廠房的開(kāi)發(fā)工作而言，施工技術(shù)人員需要采取分層開(kāi)挖方法將地下廠房每一層厚度保持在9m左右。在進(jìn)行開(kāi)挖程序之前，施工技術(shù)人員要綜合考慮利用灌注技術(shù)開(kāi)挖廠房的鉆孔精度、圍巖設(shè)備作業(yè)空間、爆破振動(dòng)控制、施工通道等，進(jìn)一步保障廠房圍巖不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重變形或者位移等現(xiàn)象。比如就龍灘水電站而言，吊車層作為地下廠房層的重要組成部分之一，吊車層的厚度應(yīng)該保持在10m左右。

比梁頂設(shè)計(jì)技術(shù)主要運(yùn)用于龍灘水電站開(kāi)挖分層技術(shù)中上部界面，施工技術(shù)人員應(yīng)該將上部界面的高度保持在0.5m左右。下部界面主要采用比下拐點(diǎn)技術(shù)，將下部界面的高度保持在3.5m左右。就發(fā)電機(jī)而言，母線洞洞臉是發(fā)電機(jī)層上部界面的重要組成部分，因此施工技術(shù)人員應(yīng)該加大母線洞洞臉的牢固力度，避免出現(xiàn)發(fā)電機(jī)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。水隧洞洞臉是發(fā)電機(jī)層下部界面的重要組成部分，施工技術(shù)人員在實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)加固水隧洞洞臉。根據(jù)施工技術(shù)人員多年開(kāi)挖工作經(jīng)驗(yàn)可以得出，水電站中下部深孔梯段的開(kāi)挖作業(yè)不僅受工程環(huán)境因素的影響，還會(huì)隨著水利工程地下廠房圍巖位移的變化而發(fā)生變化。因此在施工過(guò)程中，施工人員需要注意合理控制爆破孔深度，避免出現(xiàn)降低高邊墻發(fā)生嚴(yán)重位移或者變形的現(xiàn)象。

2.3 支護(hù)方法

根據(jù)國(guó)家對(duì)水利工程地下廠房開(kāi)挖數(shù)據(jù)調(diào)查報(bào)告顯示，水利工程地下廠房支護(hù)壓力與圍巖位移之間呈一種反比例關(guān)系，即水利工程地下廠房支護(hù)壓力會(huì)隨著巖體位移的增大而減小。當(dāng)水利工程地下圍巖發(fā)生位移點(diǎn)一致時(shí)，水利工程地下廠房支護(hù)壓力會(huì)隨著巖體位移的增大而增大，水利工程地下廠房支護(hù)壓力會(huì)隨著巖體位移的減小而減小，如圖1～2所示。

圖1 開(kāi)挖位移變化圖

圖2 支護(hù)壓力與位移關(guān)系圖

圍巖施工主要采用錨桿鉆孔技術(shù)或者噴涂混凝土方式加固圍墻。利用錨桿鉆機(jī)可以鉆孔然后就直接到達(dá)預(yù)計(jì)的深度，為了保護(hù)好孔壁就需要往里面注入水泥漿，當(dāng)然還需要把鋼絲絞線穿好，在這個(gè)過(guò)程中還要進(jìn)行多次的補(bǔ)漿施工，最后操作就是鎖定張拉，這個(gè)動(dòng)作需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度進(jìn)行。按照施工的相關(guān)規(guī)定對(duì)錨桿水平方向孔距予以嚴(yán)格控制，誤差的最大范圍不能超過(guò)50mm，而垂直方向的孔距保證低于100mm。以錨桿的長(zhǎng)度為標(biāo)準(zhǔn)，它的3％以下是其鉆孔底部需要控制的偏斜尺度。此外，要使用提前預(yù)定好的張拉設(shè)備根據(jù)錨固體、臺(tái)混凝土這二者強(qiáng)度超過(guò)15MPa的條件下進(jìn)行張拉錨桿。在進(jìn)行錨桿的張拉之前，應(yīng)該選擇設(shè)計(jì)軸向的拉力值有0.1～0.2倍的這個(gè)范圍，還要對(duì)錨桿進(jìn)行一到兩次的預(yù)張，從而可以讓錨桿的各個(gè)部位之間緊密以此實(shí)現(xiàn)桿體完全平直的狀態(tài)。

3 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及社會(huì)的進(jìn)步，水利工程施工技術(shù)得以不斷提升。在開(kāi)挖水利工程地下廠房過(guò)程中，要根據(jù)國(guó)家對(duì)水利工程地下廠房施工相關(guān)要求、施工合同、施工條件、施工技術(shù)規(guī)范、施工進(jìn)度合理制定優(yōu)化施工支護(hù)方案，為進(jìn)一步提升水利工程整體質(zhì)量打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]馬洪琪.水利水電地下工程技術(shù)現(xiàn)狀、發(fā)展方向及創(chuàng)新前沿研究[J].中國(guó)工程科學(xué)，2011（12）：15～19.

[2]吳勝文，肖培偉.漫灣電站地下廠房巖錨梁層開(kāi)挖爆破試驗(yàn)研究[J].水利水電技術(shù)，2012（01）：79～83.

TV554

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1004-7344（2016）02-0102-02

2015-12-22

李 俊（1987-），男，湖北大冶人，中級(jí)工程師，本科，從事電力管理工作。