大跨度地下洞室開挖施工

□陳華劍（江西贛禹工程建設有限公司）

大跨度地下洞室開挖施工

□陳華劍（江西贛禹工程建設有限公司）

大跨度地下洞室開挖一直以來都是地下工程施工的重點和難點，其松弛塌落范圍比單拱洞室要大得多，作用在支護襯砌結構上的荷載也要比單拱洞室大得多，如何保持圍巖的穩定性成了急需解決的技術難題。文章通過結合某水電站地下洞室開挖工程實例，該工程難點在于地下洞室大跨度、高邊墻的開挖穩定問題，為確保開挖施工安全，針對各個洞室采取嚴格的開挖施工技術措施，為同類工程提供參考實例。

穩定性；地下洞室；洞室開挖

1 引言

某水電站工程屬大（1）型一等工程，永久性主要水工建筑物為一級建筑物。工程以發電為主兼有防洪、灌溉、攔沙及航運等綜合利用效益。該工程由混凝土雙曲拱壩（壩高292 m）、壩后水墊塘及二道壩、左岸泄洪洞及右岸地下引水發電系統組成。引水發電系統由三大洞室和六條引水壓力管道、六條母線洞、兩條尾水洞以及交通洞、運輸洞、出線洞和通風洞組成一個龐大的地下洞室群。其主副廠房高82 m、寬30.60 m、長298.10 m；主變室高22 m、寬19 m、長230.60 m；雙圓筒阻抗式調壓室高90 m、直徑32 m，最大開挖直徑38 m，兩調壓井軸線間距99.50 m；兩條尾水隧洞長度分別為945.40 m和717.40 m，洞徑均為18 m。

2 工程難點分析及其處理方案

地下洞室規模大，開挖施工強度高。主廠房跨度30.60 m，高度81 m，長度298 m；尾水調壓井最大開挖直徑φ38 m，高度90 m；尾水隧洞開挖直徑φ21.60 m，襯砌直徑φ18 m；電梯井深度252 m，直徑φ11.60 m；主排風洞斜井傾角70°，深度235 m，開挖直徑φ10 m；引水洞豎井開挖直徑為φ10.60 m，深155.00 m；出線洞斜井傾角32°，深度442 m，總開挖量達221萬m3，洞室混凝土70萬m3，鋼筋量9萬t，噴混凝土5.40萬m3，錨桿11萬根。

工程地下洞室具有大跨度、高邊墻的情況，存在開挖穩定性問題、以及地下洞室群有交叉、交錯處也會有開挖穩定性的問題、最主要還有相鄰洞室之間的巖層、巖柱的存在比較突出的穩定性問題。該工程的地質情況相對復雜，Ⅲ級、Ⅳ級結構比較發育，巖層內應力較高，對周邊圍巖的穩定也會影響，因此，如何控制地下洞室的圍巖穩定性應該是該工程的洞室開挖的重點及難點。針對各洞室的體型特點、地質條件、相互位置，采取綜合措施，確保地下洞室圍巖的穩定。

配置先進高效和配套的施工設備，鉆、挖、裝、噴錨等主要設備采用一半以上的新購進口設備，配置電腦導向多臂鉆、液壓錨桿臺車、濕噴混凝土作業車、液壓平臺車、液壓正鏟等先進設備，其它設備數量充足，性能優良，滿足高峰施工強度要求并有一定的備用量，以保證地下洞室的快速開挖，快速支護。

地下洞室開挖采用光面爆破、預裂爆破技術，減少爆破振動對圍巖的影響，確保開挖輪廓準確，減小圍巖應力集中。特別是三大洞室大跨度頂拱和高邊墻的光面爆破及預裂爆破。交叉洞室交叉洞口兩倍洞徑洞段范圍采用淺孔短進尺的開挖方式，在開挖后及時施作強支護或視情況進行混凝土襯砌鎖口。

3 洞室開挖實施

3.1 開挖程序安排原則

對于大斷面的洞室而言，如：主副廠房、機組尾水檢修閘門室、主變室、尾水調壓室、尾水洞和尾水支洞，根據具體洞室有關穩定性的要求、施工質量控制、施工的進度要求以及施工采用的機械、設備的性能等進行分部、分片、分層開挖，在每一層開挖的過程中，及時按施工詳圖和監理的指令進行有效的支護。如等廠房III層開挖完成后，應先進行IV層邊墻的預裂工作，然后進行廠房吊頂梁和巖壁吊車梁錨桿及混凝土施工。

3.2 頂拱開挖支護施工要點

廠房開挖、支護重點：一是廠房開挖跨度大，要保證開挖后圍巖穩定；二是周邊成型好，光爆殘痕率高，巖面平整；三是廠房開挖高度達86.43 m，高差大，交叉洞室多，顯而易見存在高邊墻的穩定性問題。針對上面所述的特點，為了有效保證洞室開挖施工質量，該工程開挖施工全過程必須按圖紙及相關規范施工。每一層施工后根據地質實際情況做支護，甚至要進行超前支護，比如：斷層、或者層間錯動，以及蝕變帶巖層等不利條件，有時候對原勘探的地質圖紙進行復核，特別是在極端不利的地質條件下，更應該適當超前勘探以確保施工安全。

3.3 母線洞開挖與支護

母線洞開挖、支護重點：一是開挖跨度大，要保證開挖后圍巖穩定；二是開挖應確保廠房巖錨梁的安全；三是開挖高差大，上游邊墻為6個母線洞擴大段，顯而易見也存在高邊墻的穩定性問題。針對上面所述的特點，為了有效保證洞室開挖施工質量，嚴格按規范要求開挖、支護，各層開挖后必須根據地質條件適時支護，局部存在破碎帶的地質在開挖前采取超前預支護，開挖后應及時支護。在主變室開挖交叉洞室的洞口時，應采取控制爆破，并根據設計要求完成交叉洞室鎖口錨桿支護。對較大規模斷層、軟弱夾層開挖時采用工字鋼拱架或格柵鋼拱架支撐，以保證洞室的穩定。

3.4 球形頂拱開挖支護

尾水調壓室頂拱為球形，輪廓開挖質量要求高，施工難度大；頂拱跨度大，開挖強度高。為確保球形頂拱開挖質量，加快施工進度，保證工程穩定和施工安全，針對該項目特點，結合本集團公司的施工經驗，其施工原則為：先周邊環形導洞開挖，再中間巖柱開挖，導洞及巖柱采用大型機械施工保進度、搶方量，保護層和輪廓面人工精雕細刻保質量、爭效益，跟進支護保安全。開挖支護程序：球形頂分三區七序開挖，Ⅰ區為周邊環形導洞，分導洞開挖和保護層開挖；Ⅱ、Ⅲ區為中間巖柱，先進行頂拱環向開挖，形成頂拱開挖作業平臺，隔墩開挖1循環，便于清碴和及時提供支護面；Ⅲ區分頂拱和隔墩開挖，先開挖頂拱，之后開挖隔墩。

3.5 上、下平洞開挖支護

上、下平洞均為城門洞型斷面，斷面尺寸為5.80 m×6.95 m（寬×高），其中1#出線洞上平段長66.61 m，下平段長9.01 m，2#出線洞上平段長36.22 m，下平段長16.40 m。因兩條出線洞的上下平段相距較近，擬采用一套設備進行施工。上、下平洞段采取全斷面開挖，周邊光面爆破。鉆孔采用三臂鑿巖臺車，出渣采用3 m3裝載機自運至洞口裝車，20 t自卸汽車運輸；錨桿采用YT28氣腿鉆造孔，MZ-1注漿機注漿，可移動平臺車配合人工安裝；噴混凝土采用TK-961混凝土噴濕噴機，人工手持噴頭施噴。

3.6 斜井開挖支護

兩條出線洞斜井段為城門洞型斷面（5.80 m×6.95 m），斜長均為442.52 m，傾角均為32°。兩條出線洞側壁凈距為8～53 m，為保證施工安全，兩條出線洞擬錯開40～50 m進行施工。擬在洞口平臺設一卷揚機牽引軌道式工作平臺車自上而下全斷面開挖，鉆孔采用設于工作平臺車上的氣腿風鉆，人工裝藥，非電毫秒雷管分段，非電起爆，光面爆破成洞。出渣采用人工裝渣，卷揚機牽引1 m3礦車至上平段，人力推出洞口卸渣，3 m3裝載機配合20 t自卸汽車轉運至存（棄）渣場。

4 結語

針對地下洞室大跨度情況，其易坍塌直接關系到洞室開挖時的穩定性問題。文章通過結合某水電站洞室開挖工程實例，針對大跨度洞室開挖情況，為有效確保開挖施工安全性，通過配置先進高效和配套的施工設備，保證地下洞室的快速開挖，快速支護。從本工程實施效果表明，本工程的洞室開挖技術是可行安全的，可為同類工程提供參考實例。

［1］李院忠；王少川；孫莉萍；齊俊修.水平薄層巖體中大跨度地下洞室工程地質研究［J］.巖土力學，2014（8）：80-82.

［2］王曉偉.龍灘水電站地下廠房大跨度高邊墻開挖施工技術［J］.廣東科技，2009（9）：115-118.

［3］羅濟章；鐘永貴；胡振瀛.鬧市區淺埋大跨度巖石地下洞室的開挖、支護及預測［J］.地下空間，2013（8）：115-118.

編輯：劉長垠 韋詩佳

TU457

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1673-8853（2017）06-0058-02

2017-03-09