岩滩水电站地下厂房开挖快速施工技术

2013-06-27万和江李伟

四川水力发电 2013年2期

万和江，李伟

(葛洲坝集团第二工程有限公司，四川成都610091)

1 工程概况

岩滩水电站二期扩建工程布置于右岸一期工程厂房右侧80 m的山体内，为地下式厂房，装机2×300 MW。枢纽主要建筑物由进水口、引水隧洞、主、副厂房、主变室、尾水隧洞和厂房运输洞等组成。地下厂房为首部式布置，引水隧洞、尾水隧洞均采用一机一洞布置。地下厂房纵轴线与一期工程坝轴线成35°交角，右端往上游偏转。地下厂房开挖长度为133.4 m，宽29.7～30.8 m，最大开挖高度为76.67 m。

2 工程地质条件

厂区洞室岩体为辉绿岩侵入体中心相暗色菊花状粗晶辉长辉绿岩(上层)和浅色条带状粗晶辉绿岩(下层)，厚度变化分别为40～100 m和70～80 m，总厚度变幅为110～180 m。厂区洞室围岩以横河向分布的F48陡立逆断层为分界线，下盘上游侧绝大部为Ⅱ类围岩，上盘下游侧为Ⅲ类围岩。岩石具有高重度(γ≥29 kN/m3)、高力学强度(Rb≥100 MPa)和坚硬性脆的特征。围岩陡倾角小断层较多，且有少量松软岩分布构成软弱面，陡、缓倾角节理发育较密，有少量地下水影响。主厂房洞室与引水洞、尾水支洞、母线洞、运输洞、排风洞的交叉地段由于水平、垂直二维临空和爆破影响，易出现较大的应力集中，特别是在f211分布部位易产生变形失稳。

3 施工进度

岩滩水电站二期扩建工程于2010年10月1日开工，2012年7月1日完成首台机组开挖，用时21个月;2012年7月19日完成第二台机组开挖，用时21.6个月。岩滩水电站二期扩建工程地下厂房首台机组开挖仅用时21个月完成施工任务，在爆破振动速度有特殊限制的条件下，达到了同类工程施工领先水平。

4 施工程序

4.1 开挖分层设计

岩滩水电站地下厂房洞室群包括引水隧洞、主、副厂房及安装间、尾水洞、主变室、主变运输洞、母线洞、电缆廊道、厂房运输洞、主变排风洞、排风竖井、厂房交通竖井、一二期厂房交通洞、帷幕灌浆洞、排水洞以及引水隧洞、厂房、主变、尾水洞等洞室的施工支洞。

结合主要建筑物空间位置和现场通道布置条件，厂房开挖施工总体分为九层，最大层厚12.14 m。由于二期厂房开挖部位紧临一期厂房，受一期机组运行要求，爆破质点振动速度不能大于0.5 m/s。对于大于9 m以上的台阶爆破，既使采用单孔单响爆破，也容易出现质点震动速度超标。为了保证一期厂房运行安全，在实际开挖时，将大于9 m以上的开挖分层进一步划分为两层，分两次进行钻孔爆破(图1)。

4.2 施工通道规划

根据施工需要，统筹规划了6条施工支洞做为主要施工通道:厂房运输洞、厂房主变顶拱施工支洞、引水隧洞施工支洞、尾水隧洞施工支洞、尾水管施工支洞，其相应布置及功能如下所述。

厂房运输洞:进厂运输洞从安装间下游墙端往下游布置，连接下游对外公路。进厂运输洞总长度为501.07 m，底坡7.01%。断面为城门洞型，宽10 m，直墙高7 m，洞高9 m。

图1 主厂房、尾水管及主变室开挖分层图

厂房主变、顶拱施工支洞:起点为改建新路，高程为176 m;终点为厂房右端墙，高程为182 m，为厂房、主变Ⅰ、Ⅱ层开挖出渣、混凝土衬砌运输施工通道;施工支洞长125.87 m，城门洞型，宽7.5 m、高6.5 m。

主变室排风洞:起点为厂房、主变室顶拱施工支洞，高程182.5 m;终点为主变洞右端墙，高程176.3 m，为主变Ⅰ、Ⅱ层开挖出渣运输的施工通道，洞长79.61 m，城门洞型，宽5.5 m、高5.5 m。

引水隧洞施工支洞:起点为厂房运输洞尾部，高程165.31 m;终点为引水隧洞下平段，高程142.1 m，为厂房Ⅴ～Ⅵ层、引水隧洞斜井和下平段开挖出渣及混凝土运输的施工通道，施工支洞长361.34 m，城门洞型，宽7.5 m、高6.5 m。

尾水隧洞施工支洞:起点为厂房运输洞后部，高程160.93 m;终点为尾水管施工支洞和尾水主洞施工支洞起点，高程128.5 m，为厂房Ⅶ～Ⅸ层、尾水扩散段开挖出渣及混凝土运输的施工通道，施工支洞长462.11 m，城门洞型，宽7.5 m、高6.5 m。

尾水管施工支洞:起点为尾水隧洞施工支洞，高程128.5 m;终点为尾水扩散段，高程120.5 m，为厂房Ⅶ～Ⅸ层、尾水扩散段开挖出渣及混凝土运输的施工通道，施工支洞长134.18 m，城门洞型，宽7.5 m、高6.5 m。

4.3 施工程序优化

按照从上至下分层、分部开挖和相邻洞室开挖先洞后墙的原则，结合现场通道布置条件进行施工程序优化。在厂房、主变室排风洞开挖支护完后进行厂房第I层开挖;厂房第Ⅱ层施工时进行厂房Ⅲ、Ⅳ层导洞、母线洞开挖，在第Ⅱ层开挖前结束;引水隧洞施工支洞在厂房运输洞开挖至与引水隧洞交叉处时开始;尾水管施工支洞在厂房Ⅴ层开挖完之前完成;厂房第Ⅴ、Ⅵ层开挖前完成尾水管开挖。为了加快施工进度，尾水管开挖完成后立即开始Ⅷ、Ⅸ层开挖，Ⅷ、Ⅸ层开挖与第Ⅴ、Ⅵ层开挖同时进行，最后开挖贯通第Ⅶ层。施工程序见图2。

5 主要施工技术

5.1 厂房顶拱开挖采取的快速优质施工技术

图2 厂房开挖施工程序图

主厂房顶拱跨度为30.7 m，施工的首要任务是保证顶拱的稳定。要求开挖面平整光滑，确保开挖面应力均匀释放，不产生应力集中现象。采取多臂钻开挖保方量，手风钻施工保质量的策略。采用中导洞(8 m×8 m)领先20～30 m，顶拱2 m保护层手风钻扩挖跟进，及时支护;两侧呈阶梯推进，开挖工作面之间距离30～50 m，大方量开挖由多臂钻承担，2 m保护层开挖由手风钻进行，光面爆破，孔距不得超过40 cm，钻孔采用加密放样、放后视点、插导向管等措施，以提高钻孔精度。

5.2 岩锚梁精准开挖施工技术

为减少中部梯段爆破对岩壁梁岩台开挖的影响甚至梯段爆破施工时造成岩壁梁岩台被拉裂，在主厂房上、下游各预留4 m的保护层，保护层和中部拉槽之间提前进行预裂爆破施工，一次深孔预裂到位。在岩台下部50 cm处增加锁脚锚杆，并提前对下拐点以下部位进行挂网喷锚支护施工，防止岩台下拐点拉裂而造成超挖。进行岩壁梁岩台正式开挖之前，在上下游各选择1～2段具有代表性围岩进行爆破试验，每种试验长度各5 m，选择不同孔距，通过其检验开挖后爆破质量对比，选择最佳参数。边墙施打竖向光爆孔，在斜面上施打倾斜光爆孔。竖向光爆孔孔深2.68 m，斜面光爆孔孔深1.7 m，孔距为40 cm，线装药密度100 g/m。采用YT－26型手风钻钻孔，排架钢管搭设样架定位，垂直孔和倾斜孔错开布置。

5.3 洞室群交叉口安全开挖施工技术

对于隧洞平交口的开挖，在掌子面超过岔洞口30 m且完成平交口段主洞支护和岔洞口超前锁口锚杆后方可开岔洞口，岔洞进口段2倍洞径(跨度)范围内按“短进尺、弱爆破、及时支护”的开挖支护原则施工并加强变形监测，必要时增加钢筋格栅支撑或钢筋混凝土锁口，以保证隧洞平交口段的围岩稳定。对于厂房机窝、竖井井口开挖，在厂房机窝、竖井井口开始扩挖前，先对井口周边规格线进行预裂，再沿井口周边外围钻孔安装一排钢筋桩用以加强锚固井口围岩;竖井全断面扩挖下降约6 m后在井口浇筑一圈钢筋混凝土锁口，装安全护栏后再继续开挖。锁口混凝土同时起到保证井口安全、防渗水及防坠石的功能。对于平洞与竖井交叉口开挖，首先开挖下平洞形成竖井开挖的下通道，竖井开挖前，平洞顶必须先进行锁口及系统锚喷支护。

5.4 高精度控制爆破技术

岩滩水电站二期地下厂房开挖距一期工程厂房最近距离仅80 m，受保护的水电站及发电厂中心控制设备室对爆破振动控制要求非常严格，爆破振动安全允许标准为0.5 cm/s。

为了减小地下厂房开挖对一期电厂运行的影响，采用先周边预裂、后梯段爆破的方法进行施工。预裂孔孔径90 mm，钻孔深度10～12 m，孔距80 cm，使用QZJ－100B钻机钻孔，线装药密度为450～500 g/m，孔口装药密度适当减少，孔底加强药量800～1 200 g。爆破孔孔径100 mm，钻孔深度6～8 m，孔排距1.5 m×1.5 m，使用液压钻机为主辅助ZJ－100B钻机钻孔，炸药单耗为0.55 kg/m3。

5.5 不良地质洞段采用的施工技术

施工过程中，当接近断层破碎带及节理发育洞段时，开挖之前进行超前钻探孔，以准确了解地下洞室中尚未开挖岩体的地质情况，及时研究选定掌子面开挖后的支护形式，对前方可能出现的涌水、有害气体、崩塌等及时采取防范措施，改进施工方法，避免工程事故，确保人身安全。当断层破碎带内充填软塑状断层泥或特别松散的颗粒时，采取超前锚杆或超前小导管以及超前管棚法超前支护，在超前支护的保护下进行分层开挖。若断层地段出现大量涌水，则采取引、排、堵、截相结合的治理措施。采取分部开挖、分部支护;采用浅钻孔、弱爆破、多循环的施工方法，严格控制炮眼数量、深度及装药量，尽量减少爆破对围岩的震动。