四川白鶴灘水電站地下廠房開挖施工組織設計

張 晨

（貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州 貴陽 550000）

1 工程背景

白鶴灘水電站位于金沙江下游四川省寧南縣和云南省巧家縣境內，距巧家縣城45 km，上接烏東德梯級，下鄰溪洛渡梯級，是金沙江下游梯級中的第二級，控制流域面積43.03萬km2，占金沙江流域面積的91.0%。白鶴灘水電站是金沙江流域開發的重要梯級工程，是西電東送骨干電源點之一；工程除了巨大的發電效益，還有一定的防洪、航運和攔沙作用；建設白鶴灘水電站有利于改善和發揮下游梯級的效益，增加下游梯級電站的保證出力和發電量。

白鶴灘水電站地下廠房屬于特大洞室，工程規模大、工期長，故合理的設計方案、開挖組織程序對整個工程尤為重要。

2 施工地質環境條件

白鶴灘壩區主要為二疊系上統峨眉山組玄武巖、下伏二疊系下統灰巖、上覆三疊系下統飛仙關組砂頁巖，河床覆蓋層由全新統含砂的漂石層組成，呈強～中透水性。白鶴灘壩區為單斜構造，巖層產狀 N30°～50°E、SE∠15°～25°。在壩區，層間錯動帶是發育在壩區11個巖流層界面或靠近界面的構造錯動帶，分布廣泛，總體來說是連續的，構成了壩區巖體結構的總體格架[1]。

白鶴灘地下廠房洞室群具有洞室眾多，布置緊湊，立體交錯，工程量浩大，工期緊等特點，并且在施工中多專業、多工種交叉作業，相互之間施工干擾較大，這使得地下交通成為影響施工作業的首要因素。施工通道的合理安排對加快施工進度、縮短工期、降低工程造價等都有重大影響[2]。

3 地下廠房開挖施工組織設計

白鶴灘水電站大型地下廠房的開挖在其施工過程中受到廠房所處的地形地質條件、廠房的形式尺寸結構特征、施工通道、工期要求、施工技術水平、機械設備配置、施工安全、施工質量、環境控制等多重因素影響，在設計過程中應綜合考慮各影響因素，合理的安排施工組織設計。

施工程序涉及整個建筑物施工的全過程，要求在總體規劃的基礎上，安排各部位、各工種的先后施工順序，以保證均衡、連續、有節奏地完成各項作業。開挖程序和施工方式直接影響開挖成型效果和施工進度[4]。

3.1 開挖施工原則

根據白鶴灘地下廠房系統的布置特點及施工質量、進度和圍巖（邊墻）安全穩定等要求，開挖施工原則如下：

（1）主廠房、主變洞等較大斷面洞室，施工中根據施工機械設備性能并滿足施工質量、施工進度及設計要求進行分層、分塊開挖，每層開挖過程中，及時按設計要求和監理的指示進行支護。

（2）優先安排進行排風洞（包括排風豎井）、電梯電纜豎井及排風排煙豎井等施工，盡早形成機械通風與自然通風相結合，改善洞內施工環境。

（3）合理安排主廠房、主變室的開挖順序。主廠房領先施工，主變室隨后，確保廠房洞室群的整體穩定，減小圍巖的塑性變形；母線洞、機坑采用相間錯開開挖，保證洞間巖柱的穩定。

（4）工程開工后，優先施工地下廠房各層排水廊道，以減少廠內開挖的滲水量，增加圍巖自穩性。

3.2 分層分區開挖

大斷面洞室的施工，一般考慮變高洞為低洞，變大跨度為小跨度的原則，采取先拱部后底部，先外緣后核心，自上而下分部開挖與襯砌支護的施工方法，以保證施工過程中的圍巖的穩定。白鶴灘水電站主副廠房結構復雜、開挖及噴錨支護工程量大、層次及工序繁多、技術要求高，所用施工通道多，涉及面廣，施工質量要求高。主廠房及主副安裝場長443.3 m，寬28.4 m～31.4 m，高75.6 m，屬特大洞室。根據廠房的結構特點、通道條件、施工機械性能，并兼顧巖錨梁的開挖支護施工等需要，主副廠房自上而下分層開挖，對各層分區進行開挖支護。

參考其他大型水電站地下廠房開挖設計方法，白鶴灘水電站廠房開挖將采用“立面多層次，平面多工序”的平行交叉作業，自上而下分十層進行施工。利用1#、2#施工支洞對廠房Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ層開挖的同時，進場交通洞也開始施工；當進場交通洞施工完成時，即開始對主變洞Ⅰ、Ⅱ層的施工。廠房Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ層施工的完成也為Ⅳ、Ⅴ層的施工創造了條件，提供了臨空面和作業面，利用進場交通洞對廠房Ⅳ、Ⅴ層進行施工；廠房Ⅳ、Ⅴ層的開挖為Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ層的施工創造了條件，利用4#和引水隧洞對廠房Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ層施工；Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ層的施工為Ⅸ、Ⅹ層創造了施工條件，利用尾水洞下平段和施工支洞施工。各層的錨桿、掛網噴砼緊跟各層的開挖平行交叉作業。具體分層分區方案見圖1。

其中，第Ⅰ層為頂拱開挖，該層輪廊開挖跨度大、質量要求高，噴錨支護和觀測儀器埋設量大。結合施工機械的特性，分為兩區進行開挖，1區為中部開挖，開挖高度10.5 m，寬15 m；2區為兩側開挖，開挖高度10 m，單側寬8.2 m。

第Ⅲ層為巖錨梁施工層，包括了巖錨梁重要部位，開挖施工質量要求高，是地下廠房施工的難點。為減小爆破對高邊墻圍巖的影響，同時保證巖錨梁巖層開挖的完整性，需分3個區域進行開挖。1區為中部拉槽開挖，寬20.4 m；2區為兩側預留保護層開挖，單側寬4.0 m；3區為巖臺兩層預留保護層開挖，單側寬1.5 m，開挖高度為1.85 m～3.35 m。利用進場交通洞開始對主變洞開始施工，主變洞自上而下分3層開挖及支護施工。

第Ⅴ層為減小爆破對高邊墻圍巖的影響，保證邊墻及安裝場電氣夾層底板的成型質量，需分3區進行開挖，1區為中部拉槽開挖，寬20.4 m；2區為兩側邊墻保護層開挖，單側寬4.0 m；3區為安裝場電氣夾層底板保護層開挖，高2.0 m。

圖1 主廠房分層分區示意圖

3.3 開挖重點

廠房開挖、支護的重點主要有三點：①頂拱、邊墻成形好，半孔殘痕率高，特別是上游邊墻要及時支護；②位于廠房III層的巖錨梁，對開挖質量的要求極高，巖錨梁巖臺開挖不允許出現欠挖及較大超挖，巖石爆破成型要好，光面爆破的半孔殘痕保留率不小于90%；③母線洞、主變洞至副廠房的聯系洞、引水下平洞及緊急出口等都必須在高邊墻上開洞口，高邊墻穩定問題突出。因此，施工中需要嚴格控制，確保施工質量。

4 結論

大型地下廠房是地下引水發電系統施工的關鍵項目。由于斷面尺寸大、交叉口多、地質條件復雜，故合理的開挖支護施工方案對工程施工進度及施工質量尤為重要。通過白鶴灘水電站地下廠房的地質環境條件及設計要求，結合工程的施工特點，并參考以往工程的經驗，確定地下廠房開挖施工組織設計，對開挖程序進行了優化。實踐證明，在良好的施工作業環境里，保證資源投入，按照“平面多工序，立體多層次”原則，認真組織開挖支護平行交叉作業，高度重視施工期地質評價及監測信息反饋分析，不斷優化施工與設計，將取得良好的施工效果。