水電站地下廠房基坑開挖和支護技術淺析

俞 成，張榮隨

(廣州新珠工程監理有限公司， 廣州 510610)

水電站地下廠房基坑開挖和支護技術淺析

俞 成，張榮隨

(廣州新珠工程監理有限公司， 廣州 510610)

地下廠房工程施工具有跨度大、廠房高度高，分層開挖施工、與相鄰洞室并列或縱橫交錯、洞室交岔口多等特點。因此，地下廠房施工時采取必要的技術措施，控制施工期間的變形、保證施工期安全穩定最為至關重要。文章分析的是某水電站地下廠房基坑建設，并對基坑開挖和支護技術進行了探討。

地下廠房；基坑開挖；支護技術；水電站

1 地質概況

該水電站廠房全長253.70m，總寬度40m，廠區洞室全為輝綠巖侵入體的中心相，上層暗色菊花狀粗晶輝長輝綠巖和下層淺色條帶狀粗晶輝綠巖，厚度變化是50-110m和80-90m,總厚度變幅為130-200m。它的主要物質組成是白色基性斜長石和暗色普通輝石，具輝長輝綠結構和流動定向條帶構造。廠區洞室圍巖以橫河向分布的F48陡立逆斷層為分界線，上盤下游側為Ⅲ類，下盤上游側絕大部為Ⅱ類圍巖，深部低高程為Ⅰ類。

2 施工平面布置

2.1 道路布置

主廠房開挖施工道路由廠左側廠房排風洞接入。

2.2 施工水電布置

沿用廠房排風洞的供水管路，采用DN150鋼管敷設至工作面，洞內設支架，供水管距底板高0.5m。廠房底板高程低于廠房排風洞底板高程，廠房滲水和施工廢水無法自流排出。因此在兩側邊墻設置排水溝，工作面和低洼處設置積水坑，設4-5臺5.5kw抽水機抽水至廠房、主變頂拱施工支洞現有排水溝排至洞外。

施工用電10kV高壓電纜從排風豎井上方探硐內變電站接入，1000kVA變壓器位于排風洞，經變壓后，采用三相四線電纜供電。

2.3 供風安排

沿用廠房排風洞的供風管路，采用DN250鋼管接至廠房，作業面采用高壓橡膠管供風。

3 基坑開挖施工技術

3.1 分層高度及分區原則

地下廠房的開挖施工順序分別是上、中、下部及頂拱四個部分，共分十層進行開挖施工。頂拱188.00-179.60m按一層開挖，先中間導洞(寬10.0m)推進，后兩側(各寬10.0m)擴挖跟進，通過廠房排風洞、廠房主變室頂拱施工支洞出碴，上部179.60-171.60m，共分兩層進行開挖，逐層開挖逐層支護，通過豎井溜碴至地下廠房中部164.00m，通過進廠運輸洞出碴；中部171.60-138.00m，共分四層進行開挖施工，逐層開挖逐層支護，通過豎井溜碴至141.5m，經過引水隧洞、引水隧洞施工支洞、進廠運輸洞出碴。下部138.00-113.45m，逐層進行開挖支護，通過豎井溜碴至113.45m，經尾水管、尾水管施工支洞、尾水隧洞施工支洞、進廠運輸洞出碴。

在這么多層結構中，頂拱作為施工步驟中最主要的一個部位，它需要強力的支護，因為它直接控制著廠房一層施工進度。拱頂支護一般使用9m左右長度預應力錨桿，錨桿通過多臂鑿臺車或錨桿臺車造錨桿孔。頂拱開挖順序要按照規范進行，先進行導洞開挖，然后中部開挖，最后兩側開挖的順序[1-3]。

下面詳細介紹頂拱部分技術要點。

3.2 開挖流程要點

采取先導洞，后擴挖的方式施工，導洞工作面和上下游工作面之間相隔30m左右后，開始上游側擴挖，然后繼續下游側擴挖。

左側開挖的準備工作，首先要選擇一個作業平臺，而廠房臺車下部是一個較好的選擇，然后進行鉆孔，鉆孔一般使用人工鉆孔，爆破時使用裝載機將臺車端進廠房排風洞避炮。右側前3個循環開挖采用氣腿鉆鉆孔，鉆孔深度3.2m。中導洞開挖頂拱光爆孔孔距45cm，光爆孔采用間隔裝藥，裝藥密度根據爆破實驗進行調整。廠頂擴挖后，及時進行錨桿的施工，斜坡段底板分兩側進行開挖，錨桿及素噴及時跟進施工。在廠房開挖導洞的流程中，開挖至斜坡終點30m左右時，才能進行上游的擴挖，而在上游開挖完成30m左右時候，才能進行下一項工作，即下游側擴挖。上下游擴挖到終點時，利用作業臺車，進行開槽開挖、導洞開挖。具體開挖孔距及指標嚴格按照施工技術規范進行[4-6]。

端墻開挖分兩部分進行開挖，先進行中下部開挖，然后繼續周邊預留部分的開挖，具體孔深及鉆孔孔距嚴格按照施工規范要求進行。

3.3 爆破要求

開挖過程中，爆破是最危險的一項內容，炮孔需要經過檢查合格后，才可裝藥爆破，嚴格按照爆破設計要求進行控制炮孔裝藥量，遵守安全爆破操作規程進行。爆破工程師和現場施工質檢人員要復核檢查無誤后，撤離現場等待引爆[7]。

爆后要進行爆后檢查，發現盲炮或未完成爆破的炸藥及時處理。在爆破完成后，要及時檢查爆后有沒有排煙通風，有毒氣體有沒有排除，是否符合國家爆破毒氣排放標準，才能進行出渣，這也是保證作業人員安全的一個重要步驟。進行出渣前，必須進行井壁的檢查工作，避免因井壁松動造成石塊掉落或其他安全事故的發生，必要時要進行井壁的支護加固方可出渣[8]。

4 基坑支護施工技術

4.1 支護施工流程圖

支護施工流程圖見圖1。

圖1 支護施工流程圖

4.2 錨桿支護施工方案

一次系統錨桿為Φ28(三級鋼)6.0m/9.0m長短結合錨桿，入巖5.5m/8.5m和5.8m/8.8m，間排距1.5(或4.5)m，間隔布臵。設計形式為普通砂漿錨桿。施工設計形式采用是先插桿后注漿型砂漿錨桿，主要用于頂拱角度30°以上等部位施工，施工時不易砂漿易注入且漿液容易外漏。

砂漿錨桿先注漿后插桿施工工藝流程圖見圖2。

圖2 錨直支護工藝流程圖

4.3 錨桿支護施工方法

4.3.1 鉆孔

支護錨桿的直徑為Φ28mm，長度分9.0m和6.0m兩種，采用先注漿后插桿施工方式時其鉆孔直徑選取為42mm；錨桿鉆孔采用阿特拉斯-353E多臂鉆打設；錨桿安裝采用自制可升降的液壓臺車進行施工。

4.3.2 安裝與注漿

錨桿在加工場內根據設計長度定長在加工廠下料，分類堆放待用；施工時用5t運輸汽車運至施工現場，人工垂直搬運至個施工作業面。

1)完成鉆孔后，要用風吹走孔內雜物或碎屑，并且及時進行孔口的封堵工作，避免其他動物或者雜物進入孔內。

2)砂漿錨桿安裝，易塌孔部位或頂拱部位的錨桿孔，采取先插桿后注漿的方法進行施工。施工時人工用PCV管或木棍向孔底50cm范圍內推入浸泡好的水泥錨固劑，并輕搗密實，然后人工輔以機械插入錨桿，并固定好；錨桿桿體和排氣管、注漿管一同捆綁好，同時對管口做防護；然后用麻繩和水泥錨固劑將孔口50cm范圍內封堵密實；用注漿機連接注漿管注入M25水泥砂漿，注漿要飽滿，待排氣管有漿液流出時停止注漿；最后人工用砂漿對空口找平，待砂漿達到70%強度后，放上鋼墊板后人工安裝上M22螺帽并旋緊；錨桿安裝時用塑料薄膜將錨桿待絲扣段保護好。錨桿孔注漿后，在砂漿凝固前不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿。

4.4 掛鋼筋網、噴混凝土施工

洞內噴混凝土采用濕噴法施工，噴混凝土利用錨桿施工作業平臺臺車，用短鋼筋(φ12)設臵噴層厚度標志，人工撬除浮石，把滴、滲、淋水引出受噴單元外，用高壓風槍吹洗坡面巖粉、巖屑及其他污物。受噴面經驗收后灑水潤濕。噴射混凝土采用TK961濕噴機，每塊噴護面按自下而上進行噴護，噴嘴與受噴面盡量垂直，噴射混凝土在邊坡錨桿支護完畢后，沿邊坡自上而下分層次分段分片依次進行。噴混凝土分兩層進行，第一層噴射5cm，后一層應在前一層初凝前及時進行。終凝后即刻進行灑水養護。

5 施工安全保證措施

施工安全保證措施主要有：

1)施工作業人員必須配備安全防護工具及用品，例如反光衣、手套、頭盔等工具。各材料庫、倉庫等必須配備必要的消防器具，并且有明顯的安全警示標志。

2)進行爆破等危險性工作時，必須由具有爆破安全技術人員進行擔任，嚴格按照爆破程序進行，保持安全距離和注意爆破程序。

3)在開挖地質不良的地段時，要進行地質的勘查，應按照短進尺、弱爆破、先護頂、及時強支護的原則進行，并且編制相應的專項方案，組織管理技術人員進行方案的檢查和制定安全事故措施。

4)洞室交叉口的開挖應先打鎖口錨桿加固再進行相貫洞室的開口爆破，爆破后支護立即跟上，以防止出現塌方。

5)爆破作業中鉆孔、裝藥、連網、起爆以及爆后檢查均由持有效操作證的職工完成。

6)在洞室施工中配備有害氣體監測、報警裝臵；洞內要保持通風干燥，能見度良好，注意安裝有毒氣體檢測器，避免對作業施工人員的傷害。

7)在電線電力方面，要注意電線的安裝高度，配電系統的安置要注意進行防護，防止漏電等事故的發生，及時摸查電路電線的老化情況，設立明顯的警示標志，使用安全電壓等。

8)鋼筋、錨索通過特制的放料支架下料，以防其彈力將人員彈傷，往孔內安裝錨桿、錨索時，由專人統一協調指揮。

6 結 語

以上是對地下廠房基坑開挖及支護的淺析，給同類工程作為參考，其實在地下廠房基坑工程中，開挖和支護最重要的原則就是利用可靠的技術手段為前提，積累經驗，同時積極探索和發現新材料、新工藝、新方法，并結合施工難度進行綜合分析，才能不斷提升工程質量。

[1]佘金波,劉鐵.通過有限元法對嘉州路站基坑開挖支護施工安全性影響評估[J].中國新技術新產品,2011(01):87-88.

[2]陳創堅,吳建軍,李淼森.深基坑開挖支護方案比選[J].山西建筑,2010(17):99-100.

[3]劉洪發.深基坑開挖支護施工[J].內蒙古石油化工,2009(18):12-14.

[4]吳赤寧.基坑開挖支護的數值模擬[J].科技創新導報,2008(15):89-92.

[5]吳赤寧.基坑開挖支護的數值模擬[J].科技創新導報,2008(19):56-58.

[6]朱玉國.營業線基坑開挖支護設計與施工[J].山西建筑,2008(31):27-29.

[7]羅大方.原木在軟土基坑開挖支護中的應用[J].建筑安全,2000(10):96-97.

[8]盛仁聲.關于軟土基坑開挖支護問題的探討[J].鐵道工程學報,1991(02):58-59.

1007-7596(2017)07-0157-03

2017-06-18

俞成 (1986-)，男，安徽舒城人，工程師；張榮隨(1985-)，男，湖北十堰人，工程師。

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