大型地下廠房開挖支護施工技術研究

汪會 王耀 卿晨華

【摘要】近年來，隨著我國社會經濟與現代科技的不斷發展，城市化建設進程的加快帶動了基礎設施建設如水利工程建設的突破性發展，其主要發展特點是規模向著大型化與洞室群的復雜化形式發展。伴隨機械化水平程度的不斷提高，水利水電工程的施工速度和施工質量也在逐漸加強，特別是近十年來，我國地下工程的設計與施工水平更是向著嶄新的高度發展。本文以某水電站及某壩的地下廠房為例，介紹了開挖與支護施工方法，分析地下廠房的施工技術。

【關鍵詞】地下廠房；水利水電工程；開挖；支護

隨著積極發展可再生能源和提高國土資源利用率戰略的實施，我國水利水電地下工程建設受到了越來越多的重視并得到了迅速的發展，而我國水資源的分布則決定了我國大多數的水利資源都集中在西部山區。這些地區的河床相對狹窄，一旦發生洪水，流量就會在短時間內急劇增加， 不利于工程結構的安全。因此在中西部山區的水利資源開發過程中，地下廠房的建設是必不可少的，在確保對工程進行必須相應的管理和調試的同時最大程度地避免洪水帶來的不利影響。隨著相關實踐經驗和理論研究成果的積累，水利水電工程地下廠房的建設工作日臻完善，以“錨噴支護”為核心，確保圍巖穩定，改善巖體應力狀態，適時控制巖體變形，最終實現地下廠房的高質量建設已經成為工程參與各方的共識。

一、廠房的開挖與支護

在某水電站，地下廠房的開挖跨度達到了30.8m，在地應力為中等的陡傾角薄層狀巖體的施工環境下，洞室的軸線與巖層的走向交角為35°一40°。在這樣的施工條件下，頂拱V 類圍巖段的施工就是采用C20 噴鋼纖維混凝土和l50kN 預應力錨桿作為永久支護，取得了良好的效果。地下廠房工程具有洞周圍巖挖空率高、交叉口多、斷面尺寸大的特點，因此在施工過程中圍巖穩定的問題非常突出。施工方式大多為從上到下、分層分塊的開挖和支護，逐步成型。如果從圍巖應力狀態變化的角度來看，應力路徑或應力歷史會隨著開挖支護程序的不同而發生變化，如果處理不當，不僅會對整個施工過程造成不利影響，還會使破損區大小、圍巖的應力分布以及洞周位移狀況在洞室成型后發生變化，進而給工程帶來安全隱患。所以說，地下廠房施工的重點就是要選擇那些與實際情況相適應的開挖程序和方法并進行有效支護，工程技術人員除了要對地質情況進行詳盡的勘探，還必須要兼顧到施工成本、機械設備選型、進度要求和施工布置等因素，優化開挖支護施工方案。工程實踐證明，只要能夠保證施工環境的良好，同時按照“立體多層次，平面多工序”的原則認真完成開挖、支護、平行交叉作業，并給予各類監測信息以更高的重視，不斷進行施工方案的優化，那么總是能夠取得非常好的施工效果。

二、施工方法

1、施工準備階段。在正式進行地下廠房的施工前，必須要根據施工現場的實際情況，對總體施工方案進行優化，合理設置施工支洞，以便為多工作平行作業創造良好的條件。同時，還應根據施工合同、技術規范的要求選擇適合的開挖、支護工藝，加強對質量控制點的管理和監測，控制工程進度，力爭在進行主廠房的開挖前完成排水系統的施工和圍巖穩定性的改善。另外，就是要設置好各類監測儀器，完成通風井的施工，從而在加強對施工監測力度的同時為連續施工創造更多的有利條件。

2、開挖方法。地下廠房的開挖要從上到下分層施工、逐步成型，每一層的厚度應該控制在8-10m 的范圍內。在進行分層時，工程技術人員要充分考慮到爆破振動控制、鉆孔精度、設備作業空間以及施工通道等因素。巖壁吊車梁層應盡量控制在10m 左右，其上部界面應按照比梁頂設計高程高0.5m 進行控制，下部界面則應按照比下拐點高程短3.5m 進行控制。地下廠房拱頂層下部的開挖大多采用預裂爆破和光面爆破來對開挖輪廓進行控制，再用深孔梯段微差爆破的方法清除中間巖體。目前在進行這一部分的施工時主要有兩種方法：第一種方法是根據爆破實驗所取得的數據選擇預留保護層的厚度，然后先進行中槽部分的開挖，再用小型炸藥分層清除預留保護層，對上層輪廓進行預裂控制，下層則利用光爆成型。利用這種方法可以將超挖控制在15-20cm 的范圍內，工程實踐證明，如果采用此種方法，那么保護層開挖將會成為影響邊墻位移量的主要因素，因此施工的關鍵環節就是要選擇合理的保護層開挖方式。第二種方法是采用深孔預裂爆破技術分批進行輪廓的開挖，采用此種方式可以將超挖控制在8-15cm 的范圍內，對于變形的控制也要優于前者，因此如無條件限制，應盡量采用此種方法。

3、支護方法。在一般的巖體結構中，支護壓力會隨著巖體位移的增大而減小，當發生的位移相同時，支護后隧洞圍巖所需要的支護壓力要小于支護前，并且這兩者的差距會隨著所發生位移的變化而變化。所以在Ⅱ～ III 類圍巖中， 淺孔錨桿的支護必須要控制在距離開挖面3 倍洞徑長度的范圍內，深孔錨桿應在復噴混凝土后跟進，最后在進行預應力錨索的設置。水利水電工程地下廠房的直立邊墻高度一般在50-80m 的范圍內，為了保證其穩定性，除了要采用預應力錨桿、砂漿錨桿和噴涂混凝土的方式進行加固外，還要利用預應力錨索對圍巖進行加固。需要注意的是，由于這一步的施工周期相對較長，因此往往會成為影響地下廠房整體施工進度的主要因素，所以應適當采用鋼結構預制墊座和高頻沖擊回轉鉆進工藝，以便最大程度的縮短工期。另外，還可以選擇先在周圍洞室開辟作業空間的方法來提前完成鉆孔作業，這樣當主廠房的開挖完成后就能夠立即進行穿索等后續作業。另外，上部已經加固的圍巖在施工過程中仍然會隨著下部結構的開挖而發生位移，如果不對其進行有效控制，輕者會導致錨索的錨固賦存力發生變化，重者甚至會出現應力超標的現象，因此要合理控制錨索初次張拉的荷載以及預應力增量，以保證施工安全。

近年來隨著我國科技的迅速發展，大跨度地下廠房施工技術在一定程度上取得了突破性發展，其施工方法與施工技術日益成熟，但施工單位還應該加強在實際工程建設中的相關數據的總結與整理，進而為提升我國在在該領域的技術水平奠定良好的基礎。

參考文獻：

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