地下厂房及尾水系统开挖支护施工技术

王春明

（中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁 丹东 118000）

1 工程概述

天龙湖水电站位于四川省茂县较场乡小海子海口段，地下厂房布置于小寨沟上游岷江右岸山体内。主、副厂房与安装间呈一字形布置。主变室与尾闸室平行于主厂房布置，与主厂房间距34.35 m，其间有主变搬运洞、3条母线洞和3条尾水连接洞相连。尾水汇流洞与主变室轴线呈30°交角布置，与主变室最小间距22.50 m，汇流后为无压尾水洞。

2 开挖分层及开挖方法

地下厂房及尾水系统施工一般依照自上而下，分层分块开挖支护，逐步成型的原则。确定开挖分层应综合考虑施工通道、设备作业空间、钻孔精度以及爆破振动控制等因素。

厂房开挖分层根据出碴施工道路与厂房相交高程和厂房的自身结构进行。厂房开挖分为6层，其各层开挖的高程不同。厂房顶拱层分3块开挖，中间部分先开挖，开挖宽度为8.00 m；待中间部分开挖结束后，且锚植、喷混凝土（d≥5 cm）施工完毕，再进行两侧岩石开挖，两侧岩石开挖宽度为5.25 m。厂房第II层的开挖分块采用中间开挖两边预留保护层的方式进行，中间开挖宽度为14 m，两侧预留保护层宽度分别为2.25 m（EL1 927.50 m）、1.55 m（EL 出施工道.50 m），岩壁吊车梁的开挖也在本层之内。第III层中间开挖的钻孔爆破及保护层的开挖施工、喷混凝土的施工及锚杆施工，基本同第II层的开挖施工。第IV～VI层的开挖采用中间爆破分段开挖，平均每段长度为8.8 m。两侧预留保护层，采用光面爆破。

考虑交通通道及开挖支护之便，主变室开挖分为两层。由出线洞1925.00 m高程进入主变室顶端，第一层底板开挖高程为1924.50 m，高度为5.80 m；剩余部分为第二层，底板开挖高程为1916.00 m，高度为8.00 m。顶拱开挖两部分，由中间分左右两块，第二层考虑两边预留保护层进行光面爆破。无压尾水洞开挖按分层高度采用全断面开挖方法。

3 开挖支护的施工技术方法

3.1 厂房

3.1.1 厂房顶拱层

厂房顶拱中间部分开挖采用手风钻钻孔，毫秒微差爆破，周边采用光面爆破。围岩钻孔深度为3.5 m，每循环进尺3.0 m（对于夹千枚岩的部位减小钻孔深度，最大进尺不大于2.5 m）。出碴采用50侧卸式装载机，装4.5 t自卸汽车出碴运输，以通风洞作为施工通道。

厂房顶拱两侧部分开挖沿设计开挖线采取光面爆破，以减少超挖和保证开挖面平整度。厂房顶拱两侧岩石开挖应错开进行，其错开距离不小于30 m，领先侧和滞后侧开挖的永久锚喷支护紧随开挖面，施工的主要顺序为钻孔、爆破、安全处理、出碴、锚杆施工，首层喷混凝土施工。

一般锚杆施工用锚杆钻机钻孔，锚杆注浆机注浆，以先注浆后插杆的方式进行施工；对于顶拱有仰角的锚杆施工，采用水泥卷锚杆的方式进行施工；对于局部渗水量较大部位，采用树脂锚杆的方式进行施工。

3.1.2 厂房第II层

第II层开挖先从通风洞以14%坡逐渐形成坡道，达到1922.50 m高程后，按划分高度进行钻孔爆破开挖，两侧保护层（岩壁吊车梁）开挖滞后中间开挖20 m进行。爆破开挖时，首先开挖一个5 m×10 m（长×宽）的槽子，以增加爆破临空面，5 m×10 m的槽子，布孔采用楔形掏槽的方式进行槽子的开挖。保护层（岩壁吊车梁）开挖采用钻孔直径为42 mm，为了保证岩壁吊车梁的开挖质量，在光爆孔的前一序爆破孔设置光爆的保护孔，以提高光面爆破的质量。

3.1.3 厂房第III层

第III层中间开挖的钻孔爆破及保护层的开挖施工、喷混凝土的施工及锚杆施工，基本同第II层的开挖施工。厂房第III层开挖与岩壁吊车梁的混凝土浇筑相互干扰，为了保证岩壁吊车梁混凝土的施工，首先进行厂房中间14 m宽，按每段长度8.8 m逐段钻孔放炮，当放至上层留下的斜坡道石碴时，应使用在本层预放的反铲将石碴，倒运到已经放完炮的位置再进行钻孔爆破。当中间部分全部爆破完后，及时调整岩壁吊车梁的模板和支撑，准备进行混凝土浇筑，在浇筑混凝土和砼养护待强时间进行厂房中间石碴的运输，当混凝土强度达到70%后，应拆除岩壁吊车梁下部的支撑，进行该层的保护层开挖和喷混凝土及锚杆施工。

3.1.4 厂房第IV层及以下部分

厂房第IV层以下，每层均有锚杆及喷混凝土的永久支护。在进行厂房第IV层开挖时与母线洞洞口开挖相互穿插进行，应先进行母线洞开挖，后进行厂房该层该段的开挖，每个母线洞至少应开挖进去10 m，并进行锁口处理，锁口主要采用锚杆和喷混凝土支护。

3.2 主变兼尾闸室

主变兼尾闸室上游设主变压器室，下游为尾闸室，兼作主变搬运道，开挖尺寸为52.90 m×14.10 m×14.40 m（长×宽×高），采用喷锚支护保证施工期围岩稳定，后期现浇钢筋混凝土衬砌。主厂房与主变室之间设3条母线道，净空尺寸为4.40 m×5.00 m（宽×高）。

3.2.1 开挖施工顺序

首先进行主变室I1块开挖，由于主变室顶拱的高程，高于出线洞的顶拱的高程。在开挖时，逐渐扩大顶拱使其平缓过度到设计断面，再按标准断面进行开挖，当开挖到端部后返回再进行I2块开挖，开挖方式同I1块开挖方式。洞口顶拱欠挖处理，先进行I1块开挖，后进行I2块开挖，顶拱锚喷支护全部完成后，进行下层开挖。

3.2.2 开挖与支护的施工技术方法

I1块的开挖采用楔形掏槽方式进行爆破开挖，边顶拱采用光面爆破，以控制边线的开挖质量；第II层开挖采用打水平孔，边墙进行光面爆破一次开挖成型，开挖钻孔深度为4.5 m；底板集油池开挖采用手风钻钻孔进行开挖。

从开挖及支护设备考虑，钻孔采用手风钻进行顶拱爆破孔钻孔，锚杆钻孔及第II层水平孔施工，锚杆安插采用隧洞作业台车，人工配合进行插杆，锚杆注浆采用MZ-1型锚杆注浆机进行注浆，喷混凝土采用HP-1型混凝土喷射机，装载机运输混凝土。出碴采用40型装载机装4.5 t自卸汽车出碴。

3.3 母线洞及搬运道

母线洞与搬运道，均采用全断进行开挖，边顶拱采用光面爆破，钻孔采用楔形掏槽，每次钻孔深度为3.5 m，每次进尺为3.0 m，爆破后采用1 m3液压反铲进行掌子面安全处理。

手风钻进行钻孔，1 m3液压反铲进行扒底，40型装载机装4.5 t自卸汽车，喷混凝土采用干喷机由人工和隧洞作业车配合进行喷射，锚杆安插采用人工配合隧洞作业车进行锚杆安装。锚杆注浆采用MZ-1型锚杆注浆机进行注浆。

3.4 尾水系统

尾水系统包括尾水管及其延长段、尾水闸门段、无压尾水洞四部分，无压尾水洞分为尾水支洞及尾水主洞（含汇流洞）。3条尾水支洞采用卜形分岔方式，汇入汇流洞，分岔角为120°，1号尾水支洞转折处长24.50 m。无压尾水支洞与有压段同宽，底板采用1∶5反坡，汇流后汇流洞宽度由3.85 m，逐渐加宽至6.00 m，纳入3号无压尾水支洞，无压尾水主洞开挖断面尺寸为7.20 m×10.62 m。

3.4.1 开挖施工顺序

尾水系统由尾水施工支洞分割为两个开挖工作面。其一，由施工支洞向下游为一个工作面。其二，由施工支洞向上游（厂房方向）为一个工作面，该工作面主要开挖尾水主洞80 m、卜形分岔洞、尾水支洞及尾水管延长段。

在开挖时尾水主洞及卜形分岔和尾水支洞分两层开挖，第一层开挖为顶拱层开挖，高度为不小于6.0 m，余下为第二层，先开挖顶拱层，当顶拱层开挖完后，且完成锚喷支护后，开始进行第二层开挖及尾水管延长段的开挖。

3.4.2 开挖与支护的施工技术方法

尾水主洞开挖施工考虑分层开挖。第一层开挖采用楔形掏槽，周边光面爆破。第二层开挖采用打水平孔，中间先行起爆破两边光面爆破的爆破方法进行底层开挖。第一层和第二层的开挖设备采用手风钻进行钻孔，40型装载机装4.5 t自卸汽车出碴，1 m3液压反铲扒底及安全处理。开挖时先进行卜形分岔段及尾水支洞开挖，根据设计断面的情况采用分层进行开挖，即先开挖顶拱层后开挖下层，顶拱层的开挖高度应不小于6.0 m，此段的开挖应随尾水主洞进行，当尾水主洞上层开挖到卜形分岔段时，应继续进行开挖完成卜形分岔段和尾水支洞部分的上部开挖，进行尾水支洞开挖时，先开挖1号和3号，后开挖2号。

尾水管扩散段的开挖是在尾水管延长段开挖到该段后进行，开挖时1号和2号的扩散段断面按设计要求进行全断面开挖，3号尾水管扩散段做为厂房下部的施工交通通道，需扩挖方能满足要求，即当尾水管延长段开挖到扩散段时，以11.429%坡度向蝶阀底部开挖高程1902.00 m，进行开挖，当开挖到高程102.00 m止。

尾水卜型分岔段、尾水支洞及尾水管延长段的开挖钻孔设备，采用手风钻机进行钻孔，40型装载机装4.5 t自卸汽车出碴，喷混凝土采用HP-1型喷射机进行混凝土喷射，利用隧洞作业车进行锚杆安装及顶拱的混凝土喷射。

对于尾水闸门上下游的尾水管延长段和尾水主洞的出碴，分别考虑为1号和2号尾水支洞及尾水管延长段和尾水管扩散段，采用40型装载机端碴在尾水主洞装碴。3号尾水支洞及尾水管延长段，也采用了40型装载机端碴在尾水主洞装碴，当开挖离厂房下游边20 m时，扩挖一个装碴洞，扩挖宽度为2.0 m，高度不小于5 m，长度为16.0 m，扩挖方量为100 m3，此装碴洞做为尾水管延长段余下部分的开挖装碴和扩散段及厂房下部分石碴的装碴洞。

4 结语

地下厂房及尾水系统是地下引水发电系统施工的关键项目，其施工特点具有洞室开挖率高，支护强度高，致使围岩稳定问题突出，因而，合理的开挖方法及程序，及时进行高效支护是地下厂房施工的关键技术问题。因此，加强对地下厂房及尾水系统的施工技术的研究与总结，根据特定的工程要求与工程地质条件进行综合考虑，做出安全可靠、经济的开挖与支护施工方案，对水电站的经济运行具有重大现实意义。

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