地下洞室開挖過程中的高邊墻安全與穩定控制

張　華

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，四川 成都　610091)

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地下洞室開挖過程中的高邊墻安全與穩定控制

張華

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，四川 成都610091)

以錦屏二級水電站地下廠房開挖為例，探討了如何對高邊墻地下洞室的安全與穩定進行有效控制的問題，對今后類似工程施工具有較好的借鑒意義。

地下洞室開挖；高邊墻；安全與穩定；控制；錦屏二級水電站

1　概　述

錦屏二級水電站廠區樞紐工程主副廠房全長352.4 m，開挖跨度為25.8 m(機組段和安裝間巖錨梁以上跨度28.3 m)，總高度為72.2 m。由于主副廠房邊墻高度高，埋深大(200 m以上)，交叉洞室多，地應力調整復雜，高邊墻的安全與穩定問題尤為突出，必須采取有效的控制措施確保邊墻的安全和穩定。施工過程中采取了系統支護(含錨索)跟進、控制爆破、安全監測及動態設計等措施，確保了高邊墻開挖的安全和穩定。

2　洞室開挖采用的施工方法

2.1開挖分層

主副廠房總高度為72.2 m，分Ⅸ層進行開挖支護，其中第Ⅶ、Ⅷ層為機組開挖支護，第Ⅸ層為機組底板保護層開挖。各層分層高度見表1。

2.2主要施工方法

表1　主副廠房分層開挖特性表

(1)主副廠房分Ⅸ層開挖，第Ⅰ、Ⅱ層開挖及巖壁吊車梁混凝土澆筑以通風兼安全洞和廠1#施工支洞為施工通道，第Ⅲ、Ⅳ層開挖以進廠交通洞為主要施工通道，第Ⅴ、Ⅵ層開挖以壓力管道下平段為主要施工通道，第Ⅶ～Ⅸ層開挖以尾水洞為主要施工通道。以上廠房各層施工通道均在廠房開挖至該層前貫通。

(2)主副廠房頂拱層開挖采用先導洞，后擴挖的施工方法進行，第Ⅱ～Ⅵ層采用先抽槽，后擴挖兩側的施工方法進行，第Ⅶ層采用溜渣施工方法進行，第Ⅷ、Ⅸ層采用擴挖和保護層的施工方法進行。主廠房Ⅲ層上層在巖壁梁混凝土澆筑前完成爆破。

(3)控制梯段高度在6 m以內，開挖完成一個梯段后及時進行該梯段的錨噴、掛網及錨索支護。

2.3爆破控制方案

在梯段爆破施工過程中，嚴格控制爆破規模，爆破梯段高度不超過6 m，爆破排數不超過4排，孔排距為2.5 m×3 m，在主廠房Ⅱ層、Ⅲ層上層開挖爆破施工期間，最大控制4孔一響，單孔最大單響藥量不超過60 kg，總裝藥量控制在300 kg以內。巖錨梁混凝土澆筑和主廠房高邊墻形成后，在Ⅲ層下層、Ⅳ層、Ⅴ層開挖爆破施工期間，最大控制單孔單響、兩孔一響藥量單孔最大單響藥量不超過18～30 kg，總裝藥量控制在300 kg以內。期間多次進行爆破震動監測，高邊墻爆破振動速度90%以上的測點小于設計技術要求的10 cm/s。

3　施工過程中的主要控制措施

3.1支護施工

適時支護是控制高邊墻圍巖穩定的一個最重要的因素。我們在進行高邊坡開挖時，本著“上層未完成支護前，不得進行下層開挖”的原則進行支護施工。同一層Ⅱ類圍巖支護滯后開挖不大于50 m，Ⅲ類圍巖支護滯后開挖不大于30 m，Ⅳ類及以上圍巖支護緊跟開挖工作面。支護施工程序：巖面驗收→初噴5 cm厚混凝土→錨桿施工→掛鋼筋網→錨索→噴射混凝土至設計厚度→養護。

相應層開挖至設計錨索部位出露立即開始錨索施工；對于揭露出來的地質缺陷所顯現的局部不穩定巖體，根據現場監理工程師的要求隨時布置隨機錨桿進行支護；對于較大的地質缺陷則邀請參建四方現場確定施工方案后及時進行處理；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，開挖一循環先噴混凝土，然后進行錨桿鉆孔制安、掛網，再噴混凝土至設計厚度；對設計預測可能出現不良地質情況的洞段采用超前勘探，開挖后及時進行一次支護，保證施工安全，減少圍巖變形。局部破碎帶在開挖前采取超前預支護，開挖后及時支護。與廠房相交的洞室在廠房開挖至該層之前提前開挖并做好鎖口支護。

3.2爆破控制措施

爆破控制是影響圍巖安全與穩定的又一個重要因素。為控制爆破質點振動速度，我們主要從以下幾個方面進行控制：

(1)在每層開始施工時均進行反復質點爆破振動試驗，以確定不同齡期下建筑物(如巖錨梁)或支護項目(如錨桿灌漿和噴混凝土)距離爆破工作面的最近距離和爆破的最大單響藥量，用于指導施工。通過質點爆破振動試驗，在混凝土建筑物(已澆筑混凝土7～28 d齡期期間，安全允許質點振速為5～7 cm/s；28 d以上<10 cm/s)距離爆破區最近距離為10 m、已開挖未支護洞壁(已開挖的地下洞室洞壁安全允許質點振速為：V≤10 cm/s)距離爆破區最近距離為10 m和錨桿(3 d齡期后錨桿注漿體允許的安全允許質點振速為：V≤1.5 cm/s)距離爆破區最近距離為30 m的情況下，最大單響藥量應控制在30 kg左右。

(2)采用中間抽槽、兩側預留保護層的開挖方法。在抽槽施工的同時，采用預裂爆破先在抽槽和保護層之間形成貫穿性裂隙，以達到保護保護層和永久結構的目的。

(3)嚴格按照爆破設計進行鉆孔和裝藥，規范施工，每次爆破均有爆破設計方案，技術員和質檢員嚴格按照爆破設計進行控制并不斷調整爆破參數，以求達到最佳的爆破效果。

(4)斷層及破碎帶段開挖時，按照“短進尺、弱爆破、強支護”的原則進行施工，以減少對圍巖的擾動。對于穩定性很差的圍巖，按照設計圖紙要求先進行加強錨桿支護，初噴5 cm厚混凝土后再進行下道工序施工。不良地質洞段的開挖嚴格控制爆破參數，采用小藥量爆破，以確保圍巖的穩定。

3.3安全監測和支護動態設計

安全監測的主要工作內容是主要監測儀器設備及材料的檢驗、率定、埋設安裝與調試，以及本合同項目移交前的觀測及監測資料的整理、移交，為業主永久觀測人員接收施工期觀測工作提供必要的便利條件，為設計單位圍巖支護動態設計提供依據。

通過讀取安全監測數據并進行分析，及時掌握已開挖洞室的圍巖變形情況和錨桿、錨索等支護項目的荷載狀態，便于設計增加和調整支護參數，也便于施工單位及時對異常部位進行支護，合理的進行配置。

主副廠房安全監測工程布置的監測儀器：106套多點位移計、160組錨桿應力計、40支錨索測力計、77個收斂測點、24支壓應力計、60支鋼筋計和24支測縫計。地下廠房洞室群布置的監測儀

器：59套多點位移計、97組錨桿應力計、38支錨索測力計、69個收斂測點、24支壓應力計、60支鋼筋計和24支測縫計。

為了更好地反映地下洞室高邊墻的變形與圍巖的穩定，施工期間，輔以收斂變形監測，加強了對隧洞內、外及圍巖軟弱部位的巡視檢查。

收斂變形監測采用鋼尺收斂計，以便總體掌握隧洞頂拱、邊墻的穩定情況以及支護效果，原則上每間隔50 m設置一個收斂變形監測斷面，每個斷面設3個對測點。根據變形速率推斷以后的變形量，及時掌握隧洞斷面尺寸的變形情況，了解圍巖的松馳程度和影響范圍，將實測值與允許值進行比較后調整支護參數，進行安全預報。

另外，經常進行安全巡視，及時發現監測儀器沒有覆蓋區域的圍巖變形情況也是安全監測的重要內容，項目部安排專職安全人員(專職安全副經理、安全部長，各部位還有兩個專職安全員)每天對各個部位進行安全巡視，督促各工作面適時進行支護施工，發現異常情況組織內部技術人員和地質人員并由技術人員和地質人員組織參建各方相關人員現場協商處理，有效地配合了安全監測工作，減少了圍巖安全穩定問題。

4　結　語

實施結果表明：上述開挖方法、支護措施和監測及動態設計理論能夠較好地控制邊墻變形，達到了高邊墻安全穩定的目的，確保了錦屏二級水電站主副廠房高邊墻的安全與穩定，為工程的優質、按期完工提供了技術支持，對于今后類似工程施工具有較好的借鑒意義。

(責任編輯：李燕輝)

2016-05-20

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1001-2184(2016)04-0087-02

張華(1980-)，男，江西修水人，項目副經理，高級工程師，一級建造師，從事水電工程施工技術與管理工作.