乌东德水电站右岸母线洞开挖与支护施工技术初探

杜丽娟

厦门安能建设有限公司（361000）

乌东德水电站右岸母线洞开挖与支护施工技术初探

杜丽娟

厦门安能建设有限公司（361000）

结合笔者多年工作经验，主要针对乌东德水电站右岸母线洞开挖与支护施工技术进行分析，以期能为类似工程施工提供参考。

母线洞；开挖；支护；施工技术

1 工程概述

乌东德水电站位于四川会东县和云南禄劝县交界的金沙江河道上，是金沙江水电基地下游河段四个水电梯级——乌东德、白鹤滩水电站、溪洛渡水电站和向家坝水电站的第一梯级，乌东德水电站右岸共6条母线洞平行布置于主厂房下游侧，洞轴线与厂房轴线垂直。母线洞前段开挖尺寸为11.00 m×9.00 m（宽×高），长29.65 m，地面高程816.40 m，在进入主变洞前母线洞扩大为11.00 m×16.00 m，长11.35 m。

为了解除母线洞开挖对厂房岩锚梁及高边墙的影响，需提前进行母线洞的开挖，母线洞开挖从厂房方向进行，增加施工支洞。先进行进厂交通洞延长段施工，即从进厂交通洞末端以9 m×7 m（宽×高）的城门洞型断面向上游方向继续开挖，进入安装间25 m,然后再沿厂房下游边墙开挖一条母线洞施工支洞，支洞采用9 m×7 m（宽×高）的城门洞型断面，长为268.2 m。

2 施工重点、难点分析及对策

1）母线洞开挖既要确保厂房岩锚梁及高边墙岩壁的安全稳定要求，又要尽量减少占压厂房开挖直线工期，开挖时机的合理安排是本工程的一个重点和难点。为此，充分利用目前交通洞已开挖完成的有利条件，在厂房第一层开挖的同时，从进厂交通洞沿厂房下游侧边墙开挖一条母线洞施工支洞，提前进行母线洞的开挖与支护，解除母线洞开挖对厂房岩锚梁及高边墙的影响。

2）每条母线洞之间距离较近，爆破震动相互间影响大，如何减轻相邻母线洞间因开挖爆破造成的扰动是本工程的一个重点和难点。为此，母线洞开挖采取隔洞开挖型式，先进行7#和10#母线洞开挖，再进行8#和11#母线洞开挖，最后进行9#和12#母线洞开挖，开挖后及时进行系统锚喷支护（喷混凝土、挂钢筋网、锚杆等），以确保洞身安全。同时，加强施工期的安全监测，及时反馈数据，根据监测数据调整开挖方案与支护参数。

3）母线洞厂房侧开口位于厂房下游高边墙上，对厂房稳定影响较大。如何确保厂房高边墙的安全、稳定是本工程的一个重点和难点。为此，采取先施工母线洞，完成母线洞的系统支护及洞口周边径向锁口，并利用母线洞施工支洞进行厂房端洞口周边的环向锁口支护，再进行厂房相应部位高边墙施工，并加强施工期的安全监测；母线洞施工支洞施工时，为保证主厂房边墙稳定，支洞下游侧边墙直接利用厂房下游边墙，按照相应部位厂房下游边墙的系统支护标准，提前进行该部位厂房下游边墙的系统支护。

4）母线洞施工支洞位于厂房下游，其开挖支护期间，上部在进行厂房开挖，安全隐患较大。如何保证施工期安全是本工程的一个重点和难点。为此，采取控制爆破，减少爆破震动的影响，同时，根据岩石情况，及时进行支护，并加强施工期的安全监测。必要时，在施工支洞部位厂房上部施工时设置警戒线。

5）母线洞开挖施工时，厂房、主变室还在进行上层开挖，由进厂交通洞经厂房、主变至厂顶施工支洞、通风竖井的通风大循环尚未形成，母线洞的通风散烟条件较差，如何改善开挖期间母线洞的通风散烟成为本工程的一个重点和难点。为此，在进厂交通洞靠近母线洞施工支洞的适当部位，布置轴流风机，接风管至母线洞压入式通风，并采取适当延长通风散烟时间、爆破后进行喷雾洒水降尘等方法来解决母线洞通风散烟问题。

3 施工程序

厂房第三层开挖时，需要通过进厂交通洞形成施工通道，为了减少后期开挖影响，在母线洞施工支洞开挖前，先进行进厂交通洞延长段施工，即从进厂交通洞末端以9 m×7 m（宽×高）的城门洞型断面向上游方向继续开挖，进入安装间25 m，然后再沿厂房下游边墙开挖一条母线洞施工支洞，支洞采用9 m×7 m（宽×高）的城门洞型断面,支洞长为268.2 m，该支洞从安装间822.9 m高程降坡，以10%的坡度降至815.4 m高程后，水平进行开挖，在与每条母线洞交叉口位置的支洞顶拱进行扩挖，扩挖高度超过母线洞顶拱1 m，以便对母线洞进行洞脸的锁口支护。支洞顶拱及上游侧边墙根据岩石情况进行随机锚喷支护;为保证主厂房边墙稳定，支洞下游侧边墙直接利用厂房下游边墙，按照相应部位厂房下游边墙的系统支护标准，提前进行该部位厂房下游边墙的系统支护。

母线洞施工支洞开挖完成后，通过支洞进入母线洞进行全断面开挖，采取隔洞开挖型式，先进行7#和10#，再进行8#和11#，最后进行9#和12#母线洞开挖支护施工。

各条母线洞开挖至扩大段位置后停止开挖，母线洞扩大段从主变室分两层进行开挖，第一层在主变室第Ⅲ层开挖完成后进行，第二层在主变室第Ⅳ层开挖完成后进行。开挖石渣采用自卸汽车运输至渣场。母线洞开挖程序如图1。

图1 母线洞开挖程序

图2 厂房端母洞开挖剖面图

4 施工方法

4.1 施工方案综述

母线洞开挖从厂房方向进行，增加施工支洞，先将进厂交通洞向上游方向继续开挖，进入安装间25 m，以进厂交通洞作为施工通道，在厂房下游墙开挖一条母线洞施工支洞，然后通过支洞采取隔洞开挖型式，先进行7#和10#母线洞开挖，再进行8#和11#母线洞开挖，最后进行9#和12#母线洞开挖，各条母线洞开挖至扩大段位置后停止开挖。母线洞扩大段部位开挖从主变交通洞经主变室方向分二层进行开挖。母线洞靠近主变室的端墙部位预留2.5 m保护层，等扩大段部位开挖完成后，用手风钻钻设垂直孔分层进行保护层的开挖。

进厂交通洞延长段、母线洞施工支洞、母线洞开挖均采用手风钻水平钻孔，全面断开挖。母线洞扩大段上层开挖高度为8 m，全面断开挖；下层开挖高度为8 m，手风钻水平钻爆开挖。采用人工装药爆破，周边孔光面爆破。锚杆采用H353E型多臂钻钻孔，人工插杆，锚杆注浆机注浆。喷混凝土采用Aliva-500喷射机湿喷作业。钢筋网现场绑扎、焊接,利用隧道作业台车或钻机作业筐人工配合施挂。

4.2 施工工艺及方法

开挖施工工艺流程如下：开挖准备→测量放线→钻孔→装药、爆破→通风散烟、洒水除尘→安全处理→出渣、清底→支护→延伸风水电线路，转入下一循环。

4.3 爆破设计

厂房端母线洞开挖由母线施工支洞进入工作面，扩大段部分开挖由主变室进入工作面，均采用手风钻钻孔，微差爆破，周边采用光面爆破施工，采用3.5 m3装载机配20 t自卸汽车出渣。

母线洞采用全断面开挖，楔形掏槽方式，周边光面爆破。母线洞扩大段分两层开挖，上层开挖高度为8 m，全面断开挖；下层开挖高度为8 m，手风钻水平钻爆开挖。炸药采用乳化炸药，采用非电毫秒微差雷管联网、磁电雷管起爆。周边孔采用导爆索分节空气间隔装药，爆破孔采用柱状连续装药，堵塞采用砂和粘土的混合物。

光面爆破参数应通过试验确定，施工中可按照选定的参数，总结每次爆破效果，测量半孔率和轮廓的不平整度，不断调整光爆参数。初始施工根据经验公式选定各项参数。

5 锚喷支护施工

母线洞支护类型包括普通砂浆锚杆（含锁口锚杆）、喷混凝土。普通锚杆包括Φ28，L=6 m、Φ32，L= 9 m，喷混凝土为喷C25混凝土，厚10 cm。

母线洞施工支洞支护类型包括普通砂浆锚杆、张拉锚杆、喷混凝土、钢筋网。砂浆锚杆包括Φ22，L=2.0～3.5 m、Φ32，L=6 m；张拉锚杆为Φ32，L=9 m；喷混凝土为喷C20混凝土，厚10 cm、喷C25混凝土，厚15 cm；钢筋网为Φ6.5@20×20。进厂交通洞延长段支护类型包括普通砂浆锚杆、喷混凝土、钢筋网。砂浆锚杆为Φ22，L=2.0～3.5 m；喷混凝土为喷C20混凝土，厚10 cm；钢筋网为Φ6.5@20×20。

母线洞通过布置在厂房下游侧的母线洞施工支洞提前进行施工，开挖前首先进行洞口锁口锚杆和喷混凝土施工。洞口段和不良地质段开挖时支护紧跟开挖面，边开挖边支护；围岩较好地段锚杆施工紧跟开挖面，喷混凝土滞后开挖面5～10 m。

锚杆采用H353E多臂钻机钻孔，YSB-2B砂浆泵注浆；喷混凝土采用Aliva-500喷射机湿喷作业。钢筋网现场绑扎、焊接，利用隧道作业台车或钻机作业筐人工配合施挂。

6 施工质量及安全保证措施

1）严格按监理工程师批准的爆破方案进行钻孔、装药、连网。

2）钻孔质量符合下列要求：钻孔孔位依据测量放出的中心线、腰线及开挖轮廓线确定;周边孔在断面轮廓线上开孔，沿轮廓线调整的范围和掏槽孔的孔位偏差不大于5 cm，其他炮孔的孔位偏差不大于10 cm；炮孔的孔底应落在爆破图规定的平面上；炮孔经检查合格后，方可装药爆破。

3）炮孔的装药、堵塞和引爆线路的联结，应由经过考核合格的炮工负责，并严格按爆破图的规定和要求进行作业。

4）每次爆破后，对岩石爆破的效果进行现场实地调查并作出评价，对爆破参数进行适当调整。

5）光面爆破效果达到下列要求：残留炮孔痕迹在开挖轮廓面上均匀分布；炮孔痕迹保存率：Ⅲ类及以上围岩不少于80%，破碎围岩不少于50%，较破碎和破碎岩石不小于20%。相邻两孔间的岩面平整，孔壁没有明显的爆震裂隙；相邻两茬炮之间的台阶不大于10 cm。

7 结语

水电站地下厂房的施工，涉及地下洞室群开挖、支护等复杂工序，而施工厂区的工程地质条件复杂多变,为地下洞室施工带来诸多困难。从以上各节对母线洞的开挖程序及出现问题中，可以得出一些洞室开挖的一般经验。这些经验有的是只适合于某些特殊洞室结构，或某种特殊地质条件的，而其中更多的是适合于各种洞室开挖甚至多种岩基明挖情况的。这里对乌东德水电站右岸母洞线开挖过程中的一些经验作以总结。