地下廠房系統(tǒng)工程施工技術(shù)管理重點(diǎn)與對策研究

李世春

（中國水利水電第十四工程局有限公司，昆明 650041）

1 引言

地下廠房系統(tǒng)工程是目前最為復(fù)雜的地下空間利用實(shí)例，其在有限的山體內(nèi)集中布置了眾多洞室，大小洞室縱橫交錯(cuò)，洞室（豎斜井）之間存在立體交叉、相貫、層疊的情況，形成龐大的地下洞室群，其廠區(qū)地下挖空率高，地下建筑物布置緊湊，結(jié)構(gòu)復(fù)雜[1]，相鄰洞室間的關(guān)系緊密。 整個(gè)地下廠房系統(tǒng)工程施工內(nèi)容多，工程量大，施工空間有限，施工技術(shù)復(fù)雜。 在施工過程中從技術(shù)管理的視角來看，其管理難度大，范圍廣，如何有效管理地下廠房系統(tǒng)工程的施工技術(shù)， 處理好進(jìn)度、質(zhì)量、安全、成本之間的相互關(guān)系是作為一個(gè)技術(shù)管理者必須考慮的問題。 本文就從技術(shù)管理的角度來分析、探討地下廠房系統(tǒng)工程施工的技術(shù)管理重點(diǎn)與對策， 以期為后續(xù)地下空間的開發(fā)和利用提供參考。

2 施工技術(shù)管理的總體思路

地下廠房系統(tǒng)工程施工主要包括了開挖支護(hù)、混凝土、金屬結(jié)構(gòu)安裝、電器管路安裝、機(jī)電設(shè)備安裝等工作內(nèi)容，其各工作內(nèi)容之間相互關(guān)聯(lián)，相互制約，錯(cuò)綜復(fù)雜而緊密。 從總體上來說， 地下廠房系統(tǒng)工程技術(shù)管理的核心內(nèi)容就是要保證施工在技術(shù)上的可行性，確保施工的正常進(jìn)行，同時(shí)兼顧其進(jìn)度、安全、質(zhì)量和成本等方面的問題。 因此，地下廠房系統(tǒng)工程施工的技術(shù)管理是一項(xiàng)綜合性的工作。

通過總結(jié)多個(gè)地下廠房系統(tǒng)工程的施工經(jīng)驗(yàn)， 地下廠房系統(tǒng)工程施工技術(shù)管理是有章可尋的， 其重點(diǎn)主要包括施工通道的設(shè)計(jì)與規(guī)劃、地下洞室圍巖穩(wěn)定控制、防洪度汛問題及通風(fēng)散煙問題等幾個(gè)方面的問題。

3 施工通道的設(shè)計(jì)與規(guī)劃

施工通道作為地下廠房系統(tǒng)工程施工的基礎(chǔ)條件， 其使用貫穿了包括開挖支護(hù)階段和混凝土施工階段的整個(gè)施工過程，合理的施工支洞設(shè)置可簡化施工程序、加快施工進(jìn)度、節(jié)約施工投資[2]。 因此，地下廠房系統(tǒng)工程施工從技術(shù)管理的角度來說首先要考慮的就是通道的布置設(shè)計(jì)與規(guī)劃問題， 為地下廠房系統(tǒng)工程施工的可行性奠定基礎(chǔ)。

3.1 施工通道的設(shè)計(jì)

為滿足地下洞室的施工組織要求， 以保證均衡、 有序施工，在布置施工通道時(shí)，應(yīng)滿足不同高程、不同洞室施工的特點(diǎn)與需要，做到地下洞室群按“平面多工序、立體多層次”的原則進(jìn)行施工。 施工通道的布置主要考慮以下幾方面的內(nèi)容：（1）優(yōu)先利用設(shè)計(jì)規(guī)劃的永久洞室作為施工通道，或與永久洞室相互結(jié)合，以最大限度減少臨建工程，節(jié)省工程投資；（2）結(jié)合施工程序及進(jìn)度計(jì)劃安排， 并根據(jù)地形地質(zhì)條件及各洞室的相互關(guān)系，在確保安全的前提下，合理布置施工支洞，增加工作面或通道，保證工程進(jìn)度，并兼顧安全、質(zhì)量和成本；（3）如果設(shè)置施工支洞， 在考慮施工支洞縱坡、 轉(zhuǎn)彎半徑的情況下，按照支洞線路最短的原則，根據(jù)規(guī)范要求及現(xiàn)場實(shí)際，結(jié)合地質(zhì)條件、水文條件以及與相鄰洞室的關(guān)系，布置施工支洞軸線走向；（4）同一高程上永久洞室較多的部位，施工支洞盡可能連通各相鄰洞室， 避免后期混凝土澆筑后對施工通道的影響，以滿足同一高程上的洞室施工的要求[3]。 即施工通道的布置不僅要考慮開挖支護(hù)階段的使用， 也要充分考慮混凝土澆筑后部分通道封閉時(shí)的使用情況。

施工支洞作為臨時(shí)性的建筑物， 在設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮其適用性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。 從適用性方面來說，主要需考慮施工支洞的斷面尺寸及轉(zhuǎn)彎半徑等， 其斷面尺寸主要考慮施工設(shè)備通行、風(fēng)水電布置、永久設(shè)備的運(yùn)輸?shù)鹊男枰ＷC在布置風(fēng)水電管路的情況下設(shè)備亦能正常通行， 同時(shí)應(yīng)考慮施工支洞承擔(dān)運(yùn)輸任務(wù)的強(qiáng)度大小確定采用“雙行”車道還是“單行”車道；轉(zhuǎn)彎半徑主要考慮大型設(shè)備通行或運(yùn)輸?shù)男枰?從安全性方面來說，主要需考慮施工支洞穿過的地段，不同地質(zhì)條件下的支護(hù)形式， 以及施工支洞坡度是否能保證施工設(shè)備通行的安全，設(shè)計(jì)時(shí)盡可能選擇地質(zhì)條件好的地段，合理的支護(hù)形式及坡度，確保施工支洞在施工和運(yùn)行過程中的安全。 從經(jīng)濟(jì)方面來說，主要考慮施工支洞的長度、支護(hù)形式及數(shù)量等方面的問題，由于施工支洞是臨時(shí)建筑物，所以要求其長度盡可能短，支護(hù)形式盡可能簡單，數(shù)量盡可能少。

3.2 施工通道的規(guī)劃

在施工通道的使用規(guī)劃方面， 首先需要充分考慮施工工期以及各項(xiàng)目或工序之間的相互關(guān)系， 只有理清施工程序才能制定相應(yīng)的施工方法，才能規(guī)劃施工通道的使用，確保施工的正常、有序進(jìn)行。 如地下廠房的施工開挖支護(hù)階段是一個(gè)從上至下的過程，而混凝土施工階段又是一個(gè)從下至上的過程；對于某個(gè)工作面而言，開挖支護(hù)是一個(gè)從外向內(nèi)的過程，而混凝土施工一般都是從內(nèi)向外的過程； 各洞室之間亦存在著緊密的關(guān)系，施工過程中理清孰先孰后尤為重要。

其次， 施工通道承擔(dān)運(yùn)輸任務(wù)的強(qiáng)度也是在施工通道規(guī)劃時(shí)必須考慮的內(nèi)容。 在施工通道規(guī)劃時(shí)，盡可能均衡生產(chǎn)，讓每一個(gè)施工通道都能保證正常通行的需要， 避免過高的強(qiáng)度造成交通堵塞，對施工進(jìn)度造成影響。 特別是在混凝土施工階段，部分通道封閉后，更應(yīng)該提前規(guī)劃好施工通道，合理安排各項(xiàng)目的施工，確保施工通道的正常運(yùn)行。

第三， 在施工通道規(guī)劃時(shí)， 盡可能同時(shí)采用多通道的方式，既可以分流運(yùn)輸壓力，又可以保證在某通道堵塞或不能使用時(shí)還有其他通道可以使用。

4 地下洞室圍巖穩(wěn)定控制

影響地下洞室穩(wěn)定的因素很多，包括圍巖的穩(wěn)定問題、支護(hù)的強(qiáng)度問題、地下水的影響等。 對于圍巖穩(wěn)定問題，普遍認(rèn)為當(dāng)前的地下廠房圍巖變形分布特征和時(shí)效特征， 既與圍巖在開挖卸荷后所出現(xiàn)的巖體質(zhì)量下降、圍巖強(qiáng)度減小、巖體蝕變現(xiàn)象有關(guān)， 也與圍巖內(nèi)存在節(jié)理裂隙或斷層等不連續(xù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)在開挖卸荷作用下易發(fā)生張開或錯(cuò)動(dòng)有關(guān)[4]。 地下洞室開挖后，巖體產(chǎn)生應(yīng)力集中和彈塑性變形，高邊墻變形及洞室特殊部位圍巖穩(wěn)定問題突出，控制不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致坍塌現(xiàn)象的發(fā)生，對施工人員及設(shè)備的安全帶來很大的威脅， 在經(jīng)濟(jì)上也會(huì)帶來很大的損失。

地下廠房系統(tǒng)工程施工洞室穩(wěn)定控制的重點(diǎn)部位很多，一般需要特別關(guān)注高邊墻、隧洞平交口、隧洞立體交叉部位、多條平行洞室、巖錨吊車梁部位等的穩(wěn)定問題。

4.1 高邊墻開挖圍巖穩(wěn)定控制

地下廠房系統(tǒng)工程中主廠房、 主變室等洞室往往垂直邊墻較高，其圍巖穩(wěn)定問題突出，特別是在中部，圍巖變形往往最大，過大的圍巖變形直接影響著洞室的穩(wěn)定。 因此，為確保地下廠房系統(tǒng)工程高邊墻的圍巖穩(wěn)定， 在施工過程中一般采取以下對策。

1）地下水對圍巖的穩(wěn)定有著直接的影響，為確保高邊墻的圍巖穩(wěn)定，需盡早完成相應(yīng)高程排水廊道的開挖，降低高邊墻圍巖裂隙水壓力和滲透變形，提高洞室邊墻圍巖穩(wěn)定性。

2）采取控制爆破技術(shù)，薄層開挖、及時(shí)支護(hù)。 對于如主廠房、主變室、調(diào)壓室等大洞室，開挖遵循“施工分層、一次預(yù)裂、薄層開挖、隨層支護(hù)”的原則，減小邊墻自由變形高度，縮短松弛變形時(shí)間， 以有效控制高邊墻有害變形， 保證高邊墻的穩(wěn)定。 對于洞室邊墻上的斷層帶及由結(jié)構(gòu)面不利組合形成潛在的不穩(wěn)定塊體，采取薄層開挖、隨層支護(hù)尤為重要。

對于地下洞室的開挖， 對質(zhì)點(diǎn)爆破震動(dòng)速度有著很高的要求，當(dāng)質(zhì)點(diǎn)爆破震動(dòng)速度超過一定范圍后，對邊墻的影響就很大，同時(shí)爆破松動(dòng)圈的范圍也會(huì)增大，對圍巖的穩(wěn)定帶來不利影響。 為了有效控制爆破對圍巖的影響，主要是控制爆破單響藥量的大小，一般主要從以下幾個(gè)方面出發(fā)：（1）控制開挖分層的厚度。 開挖分層的大小直接影響著爆破單孔藥量的大小，開挖分層高度一般控制在6～8 m。（2）爆破網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。一方面需要考慮單響的起爆孔數(shù)， 另一方面需要考慮雷管的延時(shí)問題，避免爆破震動(dòng)波波速疊加。（3）采用預(yù)裂爆破。對邊墻進(jìn)行預(yù)裂爆破，增加爆破震動(dòng)波的傳播路徑，加速震動(dòng)波的衰減，減小震動(dòng)波對高邊墻的影響。

3）在其他洞室與高邊墻洞室相貫部位，開挖遵循“先洞后墻，重點(diǎn)加固”原則，即在高邊墻洞室開挖至其他洞室高程之前，先將其他洞室開挖完成，并延伸至高邊墻洞室內(nèi)≥2 m，然后進(jìn)行交岔口的鎖口支護(hù)和洞口環(huán)向預(yù)裂， 避免高邊墻形成后開洞對邊墻造成破壞， 以確保在高邊墻洞開挖至其他洞室高程時(shí)的洞室穩(wěn)定。

4.2 隧洞平交口部位圍巖穩(wěn)定控制

在隧洞平交口部位，開挖必須按照“短鉆孔、弱爆破、多循環(huán)”的原則進(jìn)行施工，并在隧洞平交口主洞開挖掌子面超過岔洞口30 m， 且完成平交口段主洞支護(hù)和岔洞口超前鎖口錨桿后方可開岔洞口，岔洞進(jìn)口段2 倍洞徑（跨度）范圍內(nèi)按“短鉆孔、弱爆破、多循環(huán)、及時(shí)支護(hù)”的原則開挖支護(hù)，并加強(qiáng)變形監(jiān)測，根據(jù)開挖揭露的地質(zhì)條件，必要時(shí)增加長錨桿、掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土、鋼支撐、鋼筋混凝土鎖口等加強(qiáng)支護(hù)措施，加強(qiáng)范圍大于平交口應(yīng)力影響區(qū)域（一般為平交口弧線外6 m 左右）。

4.3 隧洞立體交叉部位圍巖穩(wěn)定控制

地下廠房系統(tǒng)工程洞室群布置密集， 縱橫交錯(cuò)、 層疊布置，立體交叉部位眾多，圍巖的穩(wěn)定問題突出，一般采取以下措施進(jìn)行圍巖穩(wěn)定控制。

1）立體交叉洞室，從進(jìn)度安排上采取上、下洞室錯(cuò)開時(shí)段施工，在先開挖洞室支護(hù)并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再進(jìn)行后序洞室的開挖，并采取控制爆破和加強(qiáng)支護(hù)措施，保證上、下洞室之間巖體穩(wěn)定。

2）立體交叉段30 m 范圍內(nèi)盡可能地錯(cuò)開施工；當(dāng)立體交叉的隧洞間巖體厚度小于大洞室直徑（或其他最大尺寸）的1.5倍而大于1 倍時(shí)，采取控制爆破措施；當(dāng)立體交叉的隧洞間巖體厚度小于大洞室直徑（或其他最大尺寸）的1 倍時(shí)，除采取控制爆破措施外，同時(shí)需考慮隧洞交叉處結(jié)構(gòu)加強(qiáng)支護(hù)、加強(qiáng)襯砌等措施。

3）先開挖洞室在上部時(shí)，當(dāng)兩洞間巖體厚度＜1.0 倍大洞室直徑時(shí)，先在上部洞室底板向下打懸吊錨桿或錨筋束，必要時(shí)增加鋼筋混凝土錨板； 下部洞室立體交叉段開挖按 “短鉆孔、弱爆破、多循環(huán)、分部開挖、分區(qū)支護(hù)”的原則進(jìn)行，并視地質(zhì)條件及上覆巖體（巖板）厚度選用鋼支撐加超前錨桿或注漿小導(dǎo)管等強(qiáng)支護(hù)措施，必要時(shí)進(jìn)行鋼筋混凝土襯砌。

4）先開挖洞室在下部時(shí)，則下部洞室的立體交叉段采用加密錨桿等措施先進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)或鋼筋混凝土襯砌； 上部隧洞開挖立體交叉段時(shí)，亦按“短鉆孔、弱爆破、多循環(huán)、分部開挖、分區(qū)支護(hù)”的原則進(jìn)行施工。

4.4 多條平行洞室圍巖穩(wěn)定控制

地下廠房系統(tǒng)工程中的壓力管道、母線洞、尾水連接洞、尾水隧洞等一般都為平行布置的洞室，洞室間巖體厚度小，為避免平行洞室開挖爆破震動(dòng)對相鄰洞室未支護(hù)的頂拱圍巖及洞間巖墻穩(wěn)定的不利影響，施工過程中采取平面上“分序、跳洞、錯(cuò)距”的施工原則，相鄰洞室掌子面錯(cuò)開距離不小于30 m，已開挖洞室同一部位的系統(tǒng)噴錨支護(hù)完成后才能進(jìn)行相鄰洞室的開挖，開挖過程中嚴(yán)格控制一次起爆藥量，有效控制爆破震動(dòng)速度，確保不影響相鄰洞室的施工安全。

4.5 主廠房巖壁吊車梁的圍巖穩(wěn)定控制

主廠房的巖壁吊車梁的開挖是地下廠房施工中一個(gè)非常重要的部位，其開挖支護(hù)的質(zhì)量，直接影響著洞室的穩(wěn)定以及后期橋機(jī)的運(yùn)行安全。 因此，巖壁吊車梁的開挖非常關(guān)鍵，一般采取以下對策。

1）為保證巖壁梁巖臺(tái)成型質(zhì)量，首先從分層分塊入手，一般采用中部拉槽先行，兩側(cè)邊墻預(yù)留保護(hù)層開挖錯(cuò)距跟進(jìn)的方式進(jìn)行開挖，其中中部拉槽超前邊墻保護(hù)層30 m 以上，兩側(cè)邊墻保護(hù)層錯(cuò)距距離大于30 m。 為更有效地減少爆破震動(dòng)對巖壁吊車梁巖臺(tái)附近巖體的擾動(dòng)，中部拉槽可再分為兩薄層，邊墻保護(hù)層與中部拉槽的分界面進(jìn)行施工預(yù)裂。 邊墻保護(hù)層的開挖采用手風(fēng)鉆分層鉆孔爆破開挖，其開挖分層高度宜不大于2.5 m。 巖壁吊車梁開挖支護(hù)分層分塊示意如圖1 所示。

圖1 巖壁吊車梁分層分塊示意圖

2）巖臺(tái)三角體采用垂直巖臺(tái)軸線方向，分別沿巖臺(tái)斜面及上直墻面造孔，雙向小藥量光面爆破的方式開挖。

3）采用控制爆破技術(shù)進(jìn)行開挖，開挖前精心進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)與試驗(yàn)，爆破工藝性試驗(yàn)結(jié)束后才能展開施工。 爆破參數(shù)經(jīng)試驗(yàn)確定后，嚴(yán)格控制一次起爆藥量，確保巖壁成型，保證巖壁的完整和穩(wěn)定，盡量減小由于爆破而產(chǎn)生的巖石松動(dòng)范圍。

4.6 地下洞室施工期安全監(jiān)測

在地下廠房系統(tǒng)工程施工過程中為確保地下洞室的穩(wěn)定，安全監(jiān)測是必不可少的，在利用永久監(jiān)測設(shè)施的同時(shí)，需要布置一定數(shù)量的臨時(shí)監(jiān)測。 臨時(shí)監(jiān)測的布置需要對地下廠房系統(tǒng)工程的地質(zhì)情況進(jìn)行分析研究，對斷層破碎帶、節(jié)理密集帶等不良地質(zhì)部位， 以及洞室交叉口等部位設(shè)置臨時(shí)監(jiān)測斷面（測點(diǎn)），在施工過程中獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合永久監(jiān)測數(shù)據(jù)，對地下洞室圍巖的變化情況進(jìn)行分析，如出現(xiàn)變形速率加快或突變等情況，及時(shí)采取相應(yīng)措施或調(diào)整施工方案。

5 其他方面的問題

地下廠房系統(tǒng)工程從施工技術(shù)管理的角度來看， 還需要關(guān)注通風(fēng)散煙和防洪度汛方面的問題。

5.1 通風(fēng)散煙問題

地下廠房系統(tǒng)工程地下洞室埋深大，工作面較為集中，直接通向外部的洞室少，通風(fēng)路徑長，且線路曲折，同時(shí)地下廠房系統(tǒng)工程施工強(qiáng)度高、施工設(shè)備多、車流量大，施工通風(fēng)散煙十分困難， 是影響職業(yè)健康安全， 制約施工進(jìn)度的重要因素。 因此， 通風(fēng)散煙是地下廠房系統(tǒng)工程施工必須關(guān)注的重點(diǎn)，在設(shè)置通風(fēng)設(shè)備的同時(shí)，需要從施工方案上著手，盡快貫通與地面連接的洞室，為通風(fēng)散煙創(chuàng)造條件，盡早形成自然通風(fēng)，改善施工環(huán)境，節(jié)約通風(fēng)費(fèi)用。

5.2 防洪度汛問題

地下廠房系統(tǒng)工程臨近江河，且布置在地面以下，地下水一般都比較豐富，防洪度汛問題突出，洪水貫入地下洞室將帶來不可估量的損失。 因此，在施工過程中必須充分考慮防洪度汛問題，在施工中應(yīng)該特別關(guān)注進(jìn)出水口、通往地面的洞口以及地下水的排放問題。 對于進(jìn)水口主要高度關(guān)注圍堰及導(dǎo)流的情況；對于出口一般采取在尾水隧洞預(yù)留巖塞，在尾水閘門等擋水設(shè)施具備擋水條件后再挖除預(yù)留巖塞； 對于通往地面的洞口，需設(shè)置擋水設(shè)施，避免洪水流入洞內(nèi)；對于地下水的排放需要準(zhǔn)備充足的抽排水設(shè)備并保證排水管路的暢通。

6 結(jié)語

地下廠房系統(tǒng)工程施工是一個(gè)系統(tǒng)性的、復(fù)雜的過程，從技術(shù)管理的角度來看，不僅需要關(guān)注施工技術(shù)的可行性，還必須兼顧進(jìn)度、安全、質(zhì)量和成本，因此，其技術(shù)管理的難度和幅度都很大。 但抓住施工通道的設(shè)計(jì)與使用規(guī)劃、地下洞室圍巖的穩(wěn)定、通風(fēng)散煙、防洪度汛等重點(diǎn)問題，可使工程施工技術(shù)管理事半功倍，為地下廠房系統(tǒng)工程的施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，確保施工的順利進(jìn)行。 地下廠房系統(tǒng)工程是目前地下空間開發(fā)利用的典型，其對施工重點(diǎn)與對策的總結(jié)，可為未來地下空間的開發(fā)利用提供借鑒。