象鼻嶺水電站引水發電系統洞室群關鍵部位土建施工技術

徐建華，許江川

（1.國家電投云南國際其培建設分公司，云南 騰沖 679100；2.中國水電七局第三分局，四川 溫江 611134）

象鼻嶺水電站引水發電系統洞室群關鍵部位土建施工技術

徐建華1，許江川2

（1.國家電投云南國際其培建設分公司，云南 騰沖 679100；2.中國水電七局第三分局，四川 溫江 611134）

象鼻嶺水電站引水發電系統采用地下洞室群的布置方式，洞室較多，其土建施工方式具有顯著的地區特點，總體施工比較復雜，尤其是關鍵部位的施工成為推進工程進展的制約因素。為此，在分析了工程特點、施工重難點的基礎上，系統概括總結、提煉了多個關鍵部位開挖、支護、混凝土施工的主要施工方法和質量控制措施。實踐證明：其方法、措施可行，經驗可供類似工程施工參考。

地下廠房；洞室群；關鍵部位；土建施工

1 象鼻嶺水電站工程概況

象鼻嶺水電站位于貴州省威寧縣與云南省會澤縣交界處的牛欄江上，牛欄江為金沙江右岸一級支流，系牛欄江流域中下游河段規劃梯級的第三級水電站。工程以發電為主要目標。電站裝兩臺120 MW混流式水輪發電機組，總裝機容量為240 MW，保證出力為47.42 MW，多年平均發電量為9.30億kW·h，年利用小時為3 875h。

工程樞紐由碾壓混凝土拱壩、右岸引水系統、地下廠房組成。其中廠區樞紐主要由主廠房、右端副廠房及中控樓、下游主變洞、母線洞、風機室、排風洞、尾水洞、出線洞、進廠交通洞兼進風洞等建筑物組成。主廠房尺寸（長×寬×高）83.5m×20m×54.4m；機組間距為22.00m。

2 工程關鍵部位

（1）廠房和主變室頂拱層及高邊墻；

（2）巖錨梁；

（3）洞與洞、洞與井交叉部位；

（4）豎井；

（5）巖石隔墻（主要位于廠房基坑下部）。

3 工程特點

（1）象鼻嶺水電站地下洞室群布置密集，洞室相互交錯連接，但施工通道單一；

（2）洞室群高邊墻及有關洞室間巖石隔墻的穩定問題突出；

（3）地下洞室群埋深大，大多位于地下水位以下，局部存在斷層裂隙；

（4）主廠房和主變室長度較短，洞室內施工布置困難。

4 重點與難點

（1）地下洞室高邊墻、地下洞室群交叉處以及有關相鄰洞室之間巖墻穩定問題比較突出；

（2）主廠房巖錨梁部位巖石結構面交錯，而開挖質量要求高，開挖成型精度與圍巖穩定控制難度較大；

（3）母線洞開挖既要確保廠房高邊墻安全及巖錨梁質量要求，還要減少占壓廠房開挖直線工期；

（4）開挖渣料大多從進廠交通洞和廠房排風洞運出，車流量大，需確保洞內運輸順暢是重點。

5 基本對策

（1）加強開挖控制，遵循“短進尺、微循環、弱爆破、兩次支護”的方案，嚴格控制單響藥量，避免或減少因爆破振動對巖壁造成不良影響；

（2）采用安裝“樣架”方式進行造孔（尤其是巖錨梁），以控制精度；

（3）對于高邊墻，在上層支護完成后，采用沿輪廓線進行預裂或預留保護層的開挖方式；

（4）加強圍巖安全監測，建立安全預報、預警制度，以指導施工；

（5）創造條件盡早安排關鍵部的混凝土澆筑。

6 洞室群土建施工總體程序安排原則

（1）合理布置施工管、線等輔助設施，盡量避免中途調整對施工的影響；

（2）主廠房是施工關鍵線路，優先安排；廠壩電梯井（含出線豎井）、引水洞豎井等部位盡早安排施工，以形成自然通風條件，改善施工環境；

（3）主廠房、主變室間隔分層開挖。主廠房先行，完成施工第I層開挖完成后，主變室開始開挖；

（4）引水隧洞、母線洞、尾水隧洞開挖時，相鄰洞室錯開開挖，至少30m以上；

（5）對不良地質洞段，嚴格按照“超前預測、超前支護、短進尺、弱爆破、少擾動、早封閉、強支護、勤量測”的措施組織施工；

（6）主廠房混凝土澆筑時，周邊相鄰建筑物30.0m范圍內開挖應結束。

7 關鍵部位開挖主要施工措施要點

7.1 廠房和主變室頂拱層及高邊墻

（1）廠房和主變室頂拱層中導洞先行、擴挖跟進；周邊光面爆破，孔位偏差＜5cm；

（2）頂拱下部的高邊墻開挖采用預裂或光面爆破技術，孔位偏差＜5cm；

（3）通過爆破試驗，選擇并優化爆破參數，將其最大質點振動速度控制在規定范圍以內；所有地下洞室爆破采用非電雷管起爆；

（4）及時做好噴錨支護；

（5）根據設計及現場情況設置監測斷面，重點為頂拱及高邊墻（含巖錨梁）監測。

7.2 巖錨梁

（1）巖錨梁位于廠房第Ⅱ層，開挖采用控制爆破技術、廠房中部掏槽先行、兩側預留保護層的方式；中部先行槽開挖寬度約20m，超前兩側保護層開挖30m以上，保護層厚度約4.5m；保護層與中部槽挖之間采取預裂爆破分開；

（2）巖錨梁保護層采用光面爆破、分3段進行，分別為下直墻面、中部斜面、上直墻面，其中后兩段（即巖臺梯形體）采用雙面光爆法一次成型；

（3）巖錨梁開挖造孔采用“樣架法”進行，紅外線激光定位技術精確測放輪廓線，采用全站儀測定每一孔位應鉆深度及方位；

（4）巖錨梁3排深孔受力錨桿采用“樣架法”鉆孔，根據開挖壁面情況，用全站儀準確測量定位，逐根計算鉆孔深度；

（5）巖錨梁錨桿安裝完、等強3d以上，才能進行下層（CⅢ）的開挖；

（6）為防止爆破振動損傷巖錨梁圍巖及其噴錨結構，需嚴格控制廠房第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ層以及母線洞、引水下平洞的爆破方式，尤其是最大單響藥量不超過4.0kg；

（7）加強監測及數據反饋（尤其是巖錨梁），以指導后續開挖、支護施工。

7.3 洞與洞、洞與井交叉部位

（1）需提前做好鎖口、完成超前支護；

（2）在交叉口兩倍洞徑的洞段范圍內，開挖采用淺孔多循環、短進尺的方式；

（3）引水下平洞、進廠交通洞及尾水管等與主廠房高邊墻交叉部位，在廠房高邊墻開挖至該交叉部位的上一層前，優先完成洞內開挖及鎖口支護；

（4）對母線洞和廠變交通廊道等不得已在開挖后的高邊墻上開挖洞口，先進行鎖口，開挖采取從相應洞室內采用小導洞淺孔多循環爆破、淺孔密孔多段擴挖跟進的方式。

7.4 豎井

（1）完成井口上部周邊支護及鎖口，設置3～5m寬的井臺，做好圍欄和排水溝，防止井臺上雜物及水流進入井內；

（2）采用導井法開挖豎井。導井使用國產反井鉆機造孔，成孔直徑Φ1.4m；

（3）豎井擴挖：由上而下，采用光面爆破法、逐層下挖，按2.5～3.5m分層；

（4）嚴格控制爆破石渣粒徑，并在井底開挖一錐形斷面，以防止導井阻塞、利于溜渣；

（5）豎井擴挖時，II、III類圍巖段采取二擴一支護；不良地質洞段采取一擴一支護；

（6）豎井和平洞連接處，采用先支護加固連接段再開挖的方法。

7.5 巖隔墻

（1）首先在周邊進行預裂爆破，形成預裂縫，以控制中部梯段爆破對巖隔墻的振動破壞；

（2）嚴格控制單響藥量，一般不超過7.0kg；

（3）每層開挖完成后，首先噴護混凝土（厚5cm）以保護圍巖，然后進行錨桿、二次噴混凝土支護，完成后才能進行下一層爆破。

8 重點洞挖施工工藝

重點洞挖施工基本工藝：測量放樣 鉆孔 裝藥爆破 安全處理 出渣 撬挖與清底 通風散煙。各工藝基本要求如下：

（1）測量放樣。每個循環鉆孔前，均由專業測量人員按設計要求施放：隧洞中心線和頂拱中心線、兩側腰線或腰線平行線、底板高程、掌子面樁號（每隔5～10m在隧洞內側施放一條樁號線）、掌子面基本炮孔孔位、其它設計輪廓線。斷面測量滯后開挖面10～15m，按5m間距進行，每半月進行一次洞軸線及坡度的全面檢查、復測；

（2）鉆孔。周邊及水平一般采用氣腿鉆造孔；廠房和主變室梯段主要采用全液壓鉆機造孔，邊墻預裂采用QZJ-100B支架式改進型潛孔鉆造孔；引水隧洞豎井、廠壩電梯井導井采用反井鉆機，成孔直徑Φ1.4m，擴挖采用手風鉆造孔，孔徑Φ42～45mm；

（3）裝藥爆破。采用人工裝藥。爆破孔采取柱狀連續裝藥，周邊孔采取空氣間隔裝藥，將小藥卷綁扎于竹片上，導爆索串接。采用非電起爆網絡，火雷管引爆；

（4）安全處理。鉆孔前后安全專人在臺車服務平臺上手持剛釬等工具敲幫問頂，排除松動巖塊；鉆孔過程中，認真觀察，清撬可能塌落的松動巖塊；爆破后，進行安全檢查，以確認無啞炮或漏爆；

（5）出渣。廠房和主變頂拱層、引水洞、尾水管洞、尾水洞、進廠交通洞等大型斷面洞室水平開挖出渣主要采用3m3側卸裝載機配15t自卸汽車運輸；梯段開挖出渣主要采用1.6m3反鏟配15t自卸汽車運輸。出線平洞等中型斷面洞室開挖出渣采用1.5m3側卸裝載機配8～10t自卸汽車運輸。廠變交通廊道、上層排水洞等小型斷面洞室采用裝載機端渣運至大斷面處，定時運輸。廠壩電梯井及引水隧洞豎井開挖渣料由溜渣井溜至下部，由3m3側卸裝載機配15t自卸汽車出渣；

（6）撬挖與清底。每個循環出渣完畢后，采用0.8～1.0m3反鏟對掌子面進行再次撬挖，對底部浮渣進行清理；

（7）通風散煙貫穿于每個循環；爆破后需及時對爆破渣堆灑水除塵。

9 關鍵支護措施

9.1 主要支護類型

（1）錨桿；

（2）噴射混凝土（包括噴射素混凝土、鋼筋網噴射混凝土）；

（3）錨桿和各種噴射混凝土的組合；

（4）型鋼支撐。

9.2 支護施工程序

（1）支護緊跟開挖，即前一段洞室或上層支護未結束不得進行后一段洞室或下層開挖爆破作業；

（2）洞室淺層支護隨每層或每段洞室開挖而跟進，即洞室開挖每個工作面成形且滿足設計要求后應立即進行淺層支護，深層支護滯后洞室開挖斷面一定安全距離進行；

（4）在特別松散、軟弱破碎的巖體中開挖洞室時，采取“一掘一支護”的方式進行支護施工，即：開挖一循環后立即初噴混凝土封閉，然后進行錨桿或型鋼安裝、掛網，再復噴混凝土至設計厚度。

9.3 基本支護工藝流程

地下洞室群基本支護工藝流程見圖1。

圖1 支護施工工藝流程圖

9.4 支護技術方案

地下洞室群主要支護技術方案見表1。

10 洞室群關鍵部位混凝土施工

混凝土按縱向分段、豎向分層的原則分倉分塊安排澆筑，并且優先安排關鍵部位的混凝土，以利于結構的穩定、創造更多施工空間。分段長度一般以長度6～9m為主（其中巖錨梁以12m為基本分段長度），分層一般以高度3～5m為主，其它洞段變化復雜部位根據現場情況調整。

混凝土澆筑采用固定式90型攪拌樓集中拌制，6～9m3混凝土罐車運輸，HBT-60混凝土泵輸送到各倉號，個別邊角部位采用溜管、溜槽輔助入倉；澆筑振搗采用硬軸振搗器與軟軸振搗器為主、附著式振搗器為輔的方式進行。重點總結廠房和巖錨梁混凝土澆筑方法。

表1 地下洞室群主要支護技術方案表

10.1 主廠房混凝土施工方法

經過對廠房結構、拌和能力、運輸能力、洞內道路的長短及路面情況等多方面進行多方案分析、確定：廠房底層采用整體澆筑、多角度入倉，取消分縫設置，即采用“多點入倉整體澆筑法”；廠房其它部分則按常規方式分倉、分層，混凝土單向或雙向入倉，有效保證施工質量與施工進度。

10.2 巖錨梁混凝土施工方法

巖錨梁長度為73.0m，按5×12.0+13.0m分段，上下游各一線，分為2×6塊共12倉，跳倉、間隔澆筑。高度方向不分層，一次澆筑成型。

巖錨梁混凝土的外露面底模和側模采用定制鋼框膠合板，底模與巖面之間的不規則處用木模貼寶麗板補缺，底部焊角鋼加固。端頭和鍵槽用木模板現場拼裝。

混凝土運輸以9m3攪拌車為主，HBT-60混凝土泵輸送混凝土入倉，同時備用一臺混凝土泵；軟軸插入式振搗器振搗。

10.2.1 巖錨梁混凝土施工主要措施

（1）采用完全懸空支架法進行巖錨梁施工；

（2）巖錨梁混凝土施工是在廠房完成開挖支護工序之后才進行的，但廠房開挖、支護的過程中，將巖錨梁的立模支架錨桿（含連接鋼板）、拉模錨桿、施工平臺支架錨桿施工完成；

（3）采用“一工序一驗收”和“三檢制”相結合的方式嚴格檢查每一道工序如：施工排架、模板、鍵槽、鋼筋、錨桿、預埋件、巖面、預埋排水管及固定橋機軌道螺栓的插筋等；

（4）混凝土采用集中拌制，9m3罐車運輸，現場使用HBT-60砼泵機直接輸送入倉，采用軟軸插入式振搗器振搗。模板外面采用有經驗的技術工人使用小錘適當敲擊，提高表面質量；同時觀察埋件及模板的變形情況，發現異常情況及時調整；

（5）養護采用細流噴水、霧化法，創造濕潤小環境精心養護至28d。

10.2.2 巖錨梁的施工控制要點

（1）在施工平臺上，采用人工使用鋼釬、風鎬、高壓水清除巖錨梁范圍內的巖壁上的松動、破碎、尖角、片狀和超高、凸出的巖石，做到巖面干凈、堅固、形狀與尺寸滿足要求；

（2）模板支撐有足夠的剛度和穩定性，確保混凝土澆筑后模板不產生不必要的變形，固定模板的拉筋嚴禁焊在巖錨梁的錨桿上；

（3）鋼筋嚴格按圖紙放樣加工、運輸、安裝，保護層使用預制塊，以達到標準統一、牢固；

（4）水泥、外加劑、砂石骨料滿足質量要求，對成品混凝土嚴格抽查，杜絕有質量問題的混凝土運到施工現場，混凝土到達現場，由試驗人員再次進行抽檢，合格后，才能被使用；

（5）混凝土輸送泵管獨立布設，穩定、牢固。切忌泵管固定在模板及鋼筋上，以防止鋼筋移位、模板變形；

（6）入倉混凝土薄層鋪料，逐層振搗，模板表面輔以人工敲擊，確保混凝土密實，并達到良好的外觀質量；

（7）混凝土澆筑時，確保設備完好，加強施工組織，每倉混凝土一次連續澆筑完成，不發生停倉或中途間歇過長的情況；

（8）巖錨梁混凝土與巖壁緊密接觸，屬強約束區混凝土。嚴格控制混凝土的入倉溫度。外界氣溫較高時采取溫控措施。混凝土凝固后及時養護，24h后采取不間斷噴水、霧化、保濕養護至28d；

（9）混凝土強度達到規范及設計要求的強度后方可拆除巖錨梁底支撐。

11 質量控制和安全保證措施

11.1 質量控制措施

（1）采用全面質量控制方法嚴格管理全部施工過程、每一個施工環節；

（2）堅持“三檢制”，確保施工措施、現場操作與設計相一致，不出現“走樣”的情況；

（3）對關鍵部位（如巖錨梁等）做到“一工序一驗收”，對關鍵工序設置質量控制點，跟蹤檢查，及時發現并糾正施工偏差，消除質量隱患，現場工序一次性驗收合格率始終保持在95％以上；

（4）遵從設計，制定嚴格的爆破設計，嚴格控制鉆孔、裝藥、起爆等各個環節，特別是在洞身交叉口段和不良地質洞段的開挖過程中，收到良好效果，確保了圍巖穩定、安全；

（5）加強原材料（如水泥及粉煤灰、砂石骨料、外加劑、生產用水、鋼筋、止水片等）質量控制，確保合格后使用；

（6）及時對混凝土拌和所用的各種稱量裝置進行檢查、率定，保證衡量精度；

（7）嚴格控制混凝土澆筑過程（如運輸、入倉鋪料、振搗、收面、保溫、表面保護等），確保混凝土品質符合設計要求。

11.2 安全保證措施

（1）在安全管理小組的指導下，制定安全操作規程及各種具體安全措施，進行安全技術交底，提高全體施工人員的安全意識；

（2）對參加相應項目施工的所有人員進行安全崗前培訓，并持證上崗；

（3）現場設置醒目的安全標識、警示和信號等，起到提醒與規范施工行為的作用。

（4）作業部位配備安全防護設施，設置安全通道和安全圍欄，高空部位還掛設安全網，隨倉位上升搭設垂直交通爬梯；施工腳手架和操作平臺搭設牢固。特別是巖錨梁為懸空施工，空間狹小，安全圍護設施更應牢固、齊全；

（5）洞室爆破由取得“安全技術合格證”的爆破工擔任，采用非電起爆系統，嚴格防護距離和爆破警界，確保爆破安全；放炮20min后，經過現場檢查、確認安全后才允許施工人員進入工作面；

（6）嚴禁違章操作、野蠻施工，杜絕人為因素造成的安全隱患與安全事故。

12 結語

由于水電站是根據不同的地理位置進行單獨設計的，每一個工程均有通用性與特殊性，常常特殊性就成為一個工程控制的重點與難點，通過解決難點，根據現場情況進行總結，提出新的控制方法如一工序一驗收、主廠房下層多點入倉整體澆筑法等，保證了象鼻嶺引水發電系統施工安全，加快了施工進度；同時還鍛煉了技術人員的概括、總結能力，使施工單位的技術水平得到提高，從而推動施工技術不斷進步。

（責任編輯：周 群）

Civil construction technique adopted at key positions of power diversion tunnels and chambers of Xiangbiling Hydropower Project

XU Jian-hua1，XU Jiang-chuan2
（1.Qipei Branch of SPIC Yunnan International Power Investment Co.，Ltd.，Tengchong 679100，China；2.No.3 Branch of SINOHYDRO Bureau 7 Co.，Ltd.，Wenjiang 611134，China）

The power diversion system of Xiangbiling Hydropower Project is designed with multiple underground tunnels and chambers，which leads to civil construction is relatively complicate with distinct regional feature，and construction of key positions is constraints on the progress of project.Analysis was made on the features of project and difficulties of construction，based on which the authors summarize the major construction methods and quality control measures for the excavation，support and concreting at key positions.

Underground powerhouse；chambers and tunnels；key position；civil construction

TV554

B

1003-1510（2016）05-0067-05

2016-07-25

徐建華（1967-），男，四川成都人，國家電投云南國際電力投資有限公司其培建設分公司教授級高級工程師，學士，從事電源建設管理工作。