地下电站大跨度地下洞室优质揭顶技术

张俊霞

摘要：以溪洛渡左岸地下电站主厂房开挖施工为实例，针对大跨度地下洞室开挖施工工艺等内容，阐述了大型工程优质揭顶技术。

关键词：地下洞室；开挖；质量；安全

The Abstract: Xiluodu underground power station on the left bank of excavation and construction of the main plant, for example, for large-span underground cavern excavation construction technology of large engineering quality unroofing technology.Keywords: underground cavern; excavation; quality; safety

中图分类号：U453.2 文献标识码： A 文章编号：

工程概况与技术成果背景

1.1、工程概况

溪洛渡水电站是金沙江下游河段开发规划的第三个梯级电站，是一座以发电为主，兼有拦沙、防洪和改善下游航道等综合利用效益的巨型水电工程。

溪洛渡水电站左岸主厂房布置在拱坝上游约200m的库岸山体内，从山里至山外依次布置主安装间、主机间、辅助安装间、副厂房及空调机房。

左岸主厂房、主变室、尾调室揭顶施工主要施工项目有：石方洞挖，系统砂浆锚杆，预应力锚杆，φ8钢筋网喷混凝土，预应力锚索等。

1.2、技术成果背景

溪洛渡左岸地下电站主厂房、主变室、尾调室三大洞室属世界级特大型地下洞室群，结构庞大而复杂。开挖施工中，需要根据洞室跨度和高度等结构特性、施工通道布置情况及开挖支护设备的工作特性，对洞室进行分层分部开挖。

揭顶施工作为分层开挖中的第一步，也是安全问题最为突出、开挖程序最为复杂、支护型式最为繁多的一步，且受开挖强度大和施工工期紧张的影响，要求三大洞室开挖支护不能采用常规的洞挖方法施工，而是必须选择合理的施工程序和施工方法，如采取“垂直开孔刻槽”技术及时增加两侧扩挖作业面、实现中导洞开挖与两侧扩挖协调共进的施工局面；采用湿喷台车对每一循环开挖作业结束后新形成的顶拱围岩喷混凝土封闭，以延长围岩自稳时间确保施工安全；采用大型支护设备及时跟进开挖作业面进行系统支护，确保洞室结构长期稳定。

大跨度地下洞室优质揭顶施工

溪洛渡左岸地下电站主厂房、主变室、尾调室揭顶施工程序、方法类似，以主厂房揭顶施工为例介绍大跨度地下洞室优质揭顶技术在溪洛渡左岸地下电站中的应用情况如下：

2.1、施工程序

主厂房揭顶施工优先从左右两端对已形成的中导洞进行系统支护，当顶拱支护完成60m后，主厂房从左右两端相向开挖，在同一工作面上下游侧扩挖按错距进行。对Ⅱ、Ⅲ1类围岩：单侧扩挖一次完成，当一侧扩挖支护完成60m后再进行另一侧扩挖。Ⅲ2、Ⅳ1类围岩，单侧开挖分内、外两序进行，内侧开挖支护超前外侧开挖支护2～3个循环。支护紧跟开挖掌子面进行，当一侧扩挖支护完成60m后再进行另一侧扩挖。

主厂房顶层开挖施工顺序见图1。

图1主厂房开挖程序示意图

主厂房（含主安装间、主机间、辅助安装间、副厂房及空调机房）总长度近440m，洞身较长，为加快开挖进度，在中导洞顶拱支护完成后，主厂房中间位置实施垂直开孔刻槽，新增4个工作面，形成左、中、右对挖的局面。

2.2、关键技术

⑴、垂直开孔刻槽技术

垂直开孔刻槽首先要将刻槽部位主体部分爆破挖除形成临空面，然后将靠近结构轮廓线部位预留的保护层实施光面爆破挖除，保证实际开挖面进本接近设计轮廓线，避免欠挖、减少超挖。溪洛渡左岸地下厂房工程的扩挖刻槽，分为13序进行施工，主体部分采用中间掏槽的方式爆破，水平发散布孔，孔径φ42mm，孔深2.5m，除靠近顶拱保护层的一排孔采用间隔装药外，其余爆破孔均采用φ32mm乳化药卷连续装药，非电雷管起爆。爆破结束后，为顶拱压顶部位开挖提供了良好的临空面。顶拱压顶部位开挖时采用了短进尺的方式实现“以直刻弯”，开孔位置布置在设计轮廓线上，每循环爆破进尺1.5m，并采用光面爆破技术精雕细刻，杜绝了欠挖，并将超挖控制在了5cm之内。

垂直开孔刻槽施工的具体爆破分序及爆破设计如图2所示。

ａ）刻槽分序图ｂ）I序炮孔布置剖面图ｃ）I序炮孔布置立面图

ｄ）I序炮孔布置平面图ｅ）压顶爆破设计图

⑵、光面爆破技术

主厂房揭顶施工两侧扩挖采用自制钻爆台车配气腿钻造孔，根据围岩条件，钻孔深度为2.0~3.5m。正常排炮循环进尺Ⅱ～Ⅲ1类围岩3.0m，Ⅲ2、Ⅳ1类围岩1.5～2.0m。主爆孔间距1m左右，φ32mm药卷连续装药，单孔装药量2.7g（3m进尺）。为了确保周边成型好、光爆残痕率高、岩面平整，周边光爆孔间距采用45cm，φ25mm药卷间隔装药，单孔药量1.2Kg（3m进尺）。光爆孔分段爆破，并与相邻主爆孔间隔时间尽量短（不大于25ms）。

⑶、长预应力锚杆施工技术

①、造孔：预应力锚杆采用三臂凿岩台车造孔，孔径φ65mm。造孔前测量放出锚杆孔位，孔位偏差不大于10cm，孔向偏差不大于1°～3°，孔深8.8m（9m长锚杆），孔深偏差不大于5cm，原则上孔深不宜小于设计值。

②、清孔：锚杆孔在注浆前，均应采用高压风加水进行清洗，将孔内岩屑、岩泥、积水等吹出孔外。

③、锚固段速凝卷灌注：采用锚固剂风枪将锚固剂（8604-K3）打入孔底。锚固剂输送管（1″PE管）插入孔内距孔底50cm左右开始打入锚固剂，每打入一卷锚固剂，输送管向孔外拉出3cm左右，直至打入规定长度药卷（锚固段长度）结束。

④、插杆前应对锚杆杆体加工：锚杆底部削尖；在锚固段与自由段分界处设止浆环；每3m设对中环一个，对中环采用φ6.5圆钢与锚杆杆体焊接。

⑤、插杆：在锚固段药卷打入结束后立即进行锚杆杆体插入。

⑥、封口：锚杆杆体插入结束后，立即采用木楔进行锚杆孔口固定。

⑦、张拉：在锚固剂灌浆完毕后10小时左右，开始进行锚杆张拉，张拉力施加值顺序依次为：第一次张拉力为设计值的30％，持荷5分钟后进行第二次张拉（张拉力为设计值的50％），持荷5分钟后进行第三次张拉（张拉力为设计值的80％），持荷5分钟后进行第四次张拉（张拉力为设计值的100％），持荷5分钟后进行第五次张拉（张拉力为设计值的115％）结束张拉。

⑧、自由段注浆:在张拉结束后开始对锚杆自由段注浆施工。

⑷、及时跟进支护

在每一循环扩挖结束后，采用湿喷台车及时对周边围岩实施一层5cm的素混凝土封闭，以形成初期简单的柔性支护环，同时抑制围岩的进一步风化，增长围岩的自稳时间。并根据围岩类型及错动带分布情况，及时打设一定数量的临时支护锚杆，尽早发挥其悬吊及支承拱作用，进一步的加强围岩的稳定。

实施效果

大跨度地下洞室优质揭顶技术在溪洛渡水电站左岸主厂房、主变室、尾调室三大洞室揭顶施工中得到了充分的应用，取得了良好的效果。施工工期较计划缩短一个月，为后续施工创造了良好的条件；由于建立了完善的地质预报、监控、指导系统，针对不同地质条件采取了合理的支护措施，保证了施工期的安全，从工程开工从未出现重大安全事故；由于采用的光面爆破参数合理，并从布孔、钻孔、连网、爆破等诸多工序进行层层质量控制，左岸地下电站三大洞室周边成型好、光爆残痕率高、岩面平整，杜绝了欠挖，减少了超挖。

4、主要研究成果总结

⑴、“中导洞先行，两侧扩挖跟进”的揭顶方法，可以实现中导洞掘进、两侧扩挖、系统支护错距推进，拓展了作业空间。而做到中导洞掘进、两侧扩挖、系统支护有机安全衔接，是实现大跨度地下洞室快速揭顶施工的关键。

⑵、在跨度大、洞身长的地下洞室揭顶施工中，“垂直开孔刻槽”技术对增加两侧扩挖作业面，加快扩挖施工进度有重要意义，并且跨度越大、洞身越长，效果越明显。

⑶、光面爆破效果的好坏，不仅影响工程的施工形象，还关乎施工企业的社会声誉与经济利益，必须严把质量关。钻爆开挖前先进行爆破试验，获取最佳钻爆工艺及爆破参数后再进行开挖施工，并从布孔、钻孔、连网、爆破等诸多工序进行层层质量控制，确保成型质量。

⑷、在大跨度地下洞室揭顶施工中，采用大型机械机设备进行支护，可以加快进度、提高工效，及时跟进开挖作业面，保证洞室的稳定与安全，并且提高施工质量。