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1、官地水电站主副厂房开挖支护施工四川二滩建设咨询有限公司陈海珍（四川 成都 610021）【摘要】官地水电站地下厂房厂区地应力高、地质条件较复杂，大型厂房与众多洞室的立体交叉，增加了厂房特别是大跨度高边墙的施工难度，围岩稳定和快速施工是本工程的难点和重点。该地下厂房的施工方法、施工程序、爆破参数，可以为以后同类工程施工提供一定的经验和借鉴。【关键词】官地水电站地下厂房 高应力 大跨度 开挖爆破参数 1 工程概述1.1 工程概况官地水电站是雅砻江卡拉至江口河段水电规划五级开发方式的第三个梯级电站。上游与锦屏二级电站尾水衔接，下游接二滩水电站。工程枢纽位于四川省凉山彝族自治州西昌市和盐源县交界的打罗
2、村境内，距西昌市直线距离约30km,电站主要任务是发电。官地水电站水库正常蓄水位1330.00m，总库容7.6亿m3，属日调节水库。电站枢纽主要由拦河碾压混凝土重力坝、泄洪消能建筑物、引水发电系统等组成，最大坝高168.00m，电站装机容量2400MW（4600MW），多年平均发电量118.7亿kWh。主厂房布置在大坝轴线下游右岸山体内，厂房（含安装间、副厂房）最大开挖尺寸为243.4431.1076.30m（长宽高），主机间长159.52m，岩锚梁以上跨度31.1m，岩锚梁以下跨度29.0m，为大型地下厂房。 1.2 工程地质条件地下厂房位于斜坡应力集中带（紧密挤压带）以内，置于新鲜的P21
3、5-2角砾集块熔岩和P215-1层斑状玄武岩中，总体岩石坚硬，地下厂房区无大的断层通过，无大的软弱结构面，错动带规模很小，洞室围岩岩体完整性较好，以次块块状结构为主，局部为镶嵌或碎裂结构。厂房无大的断层通过，无大的软弱结构面，副厂房和主厂房北端一带，错动带相对较多，错动带以NWWNNW向中陡倾角为主，NWW向结构面有糜棱岩或泥钙质充填，切层性及延展性好，其走向与厂房走线交角小，均造成了边墙不同程度的塌块，少量缓倾角错动带；裂隙以NNE向中陡倾角为主，裂隙多新鲜闭合，充填方解石膜或石英膜，结合紧密，延伸短。主厂房区围岩岩体以整体块状结构（类围岩）为主，基本稳定，次块状结构（类围岩）次之，局部为镶
4、嵌或碎裂结构；副厂房、安装间以类为主。1.3 工程施工特点地下厂房是水电站建设广泛采用的一种厂房型式，因其跨度及高度大而成为地下洞室群的核心部位。地下厂房开挖过程中能否保持洞室的安全性及稳定性是衡量地下工程开挖施工技术水平的标志。（1）施工组织、质量控制难度大。厂房开挖工期紧，施工强度大，加大了施工组织和质量控制的难度。（2）爆破振动控制要求严。水工建筑物地下开挖工程施工技术规范（DL/T 5099-1999）中规定水工隧洞允许爆破质点振动速度仅为10cm/s，如不严格控制爆破最大单响药量，势必对厂房围岩造成较为严重的影响。（3）地应力高，最大主应力值为24MPa，最大水平主应力值一般为101
5、3MPa，最大14.7Mpa。最小水平主应力值一般为78MPa，最大10MPa。最大、最小水平主应力随着深度的增加而增加,但增加梯度较小，地质情况较复杂。 （4）跨度大，地下厂房最大跨度31.10m，在国内已建大型水电站位于第四位。（5）厂房开挖质量标准要求高。开挖轮廓线必须符合设计断面尺寸，洞室开挖不允许存在欠挖，平整度不超过10cm。残留炮孔痕迹在开挖轮廓面上均匀分布，炮孔痕迹保存率：完整岩石80以上，较完整和完整性差的岩石不小于50，较破碎和破碎岩石不小于20；相邻两孔间的岩面平整，孔壁不应有明显的爆破裂隙；相邻两茬炮之间的台阶或预裂爆破孔的最大外斜值不应大于10cm。（6）大跨度高边墙
6、洞室、洞群交叉处、相邻洞室间岩层、岩柱的三大稳定等问题较突出。（7）岩锚梁岩台开挖及支护精度要求高。2 施工程序及主要开挖方法2.1 顶拱层施工程序及开挖方法由于主副厂房及安装间顶拱跨度大（跨度为31.1m），轴线较长且不良地质结构发育，因此施工难度大，且地下厂房开挖过程中能否保持洞室顶拱的安全性及稳定性是衡量地下工程开挖施工技术水平的标志。2.1.1施工程序地下厂房开挖支护自上而下分层施工，施工程序如图如下： 地下厂房开挖施工程序框图施 工 准 备厂房中导洞工作面提交顶拱层2、3开挖第层开挖及支护进厂交通洞开挖第层中间梯段开挖厂房岩壁梁开挖及支护第层边墙预裂及中间开挖压力管道下平段支洞开挖厂
7、房岩壁梁混凝土施工第层两侧保护层开挖压力管道下平段开挖施工母线洞-1层开挖第层开挖及支护尾水施工支洞延长段开挖第层开挖及支护尾水管扩散段开挖施工第层开挖及支护厂房、层中导洞施工第层开挖及支护第层开挖及支护第层扩挖及支护第层扩挖及保护层开挖（1）中导洞：断面为8m8m，初期开挖时，由于地应力较高，经常岩爆，围岩变形速率较大，为确保施工安全，将原中导洞超前、两侧扩挖跟进，改为中导洞采用双向掘进的施工方法，顶拱系统锚杆跟进支护，中导洞开挖支护完成后，再进行两边侧边墙的扩挖。系统支护及时跟进，防止顶拱产生大的变形。适当跨度的导洞是释放高地应力的有效方法。大洞室高地应力开挖支护将首先变成中小洞室高地应力
8、开挖支护施工，使顶拱高拉应力区（易破坏区）应力集中度降低，小于岩体被破坏所能承受的拉应力。（2）两侧扩挖：中导洞永久支护后，进行两侧扩挖，先一侧扩挖，支护结束后，再进行另一侧开挖，两侧扩挖相距30.0m以上。在实践中可更远些，以便较好的分散应力，避免在扩大段应力高度集中现象发生。侧墙上、下游侧墙各宽11.55m，采用双向掘进全断面扩挖的施工方法，既减小一次开挖跨度和围岩变形，又增加了工作面，从而加快施工进度。软弱围岩坚持“短进尺、弱爆破、强支护、勤观测”，采用先进的监控量测技术，对围岩进行监控。根据厂房内中导洞揭露的地质情况，结合受力特点和地质结构，及时进行必要的超前支护或临时支护，对岩体进行
9、约束，分散应力集中问题。严格控制单响药量，控制质点震动速度在规定范围内，减少爆破冲击力，从而减少了造成岩体失稳的主要破坏应力反弹应力。（3）保护层：保护层厚1O15m，采取短斜孔光面爆破方式。（4）手风钻造水平孔，深2.5m3m。采用手风钻钻孔，人工装药，利用中间的临空面进行微差爆破，周边孔采用光面爆破。崩落孔孔采用35mm乳化炸药药卷，连续装药；光爆孔全部采用25mm乳化炸药药卷，间隔装药；崩落孔按梅花型布孔，采用RJ2#岩石高威力乳化炸药爆破；光爆孔在设计边线上钻垂直孔，导爆索串并联形成爆破网络，导火索引爆。在类围岩区钻孔深度为3.0m，类围岩区钻孔深度为2.5m。2.1.2主要施工方法（
10、1）针对厂房工程陡倾角、缓倾角岩层，对边墙、顶拱稳定不利的特点。对穿过厂房边顶拱的错动带、不良地质段，以及经分析存在潜在的不稳定块体和掉块，在开挖前采取超前支护，分层、分部、分块开挖，及时进行喷锚支护；并视围岩揭示情况增加长砂浆锚杆、预应力锚杆、锚筋桩、预应力锚索和喷钢纤维砼等加强支护。开挖过程中，超前埋设观测仪器加强围岩收敛变形监测，确保顶拱围岩及洞间岩柱稳定，以利安全。（2）为了确保围岩稳定及施工安全，对不良地质段，本工程施工中采取 “侧向超前锚杆支护”方法：在不良地质段顶拱两侧扩挖前，采取在其一侧的岩面上施打垂直于侧岩面的超前锚杆，提前对不良地质扩挖段顶拱进行锚固，然后再进行该部位扩挖施
11、工的一种侧向超前支护措施。侧向超前锚杆宜采用早强砂浆锚杆，长度为9.0m（顶拱单侧扩挖宽度为11.55m），采用三臂液压钻机钻孔，其施工工艺同普通砂浆锚杆。采用此方法能更好的及时对不良地质段顶拱围岩进行约束，确保围岩稳定及扩挖成型。（见图1）图1 侧向超前锚杆布置图（单位：m）优越性在于：（1）提前对不良地质段进行锚固，加强了围岩的稳定性、完整性，限制围岩的变形、位移和裂隙的发展，保证了施工安全；（2）侧向超前锚杆降低了爆破作业对围岩的震动，保证围岩稳定，提高了洞挖质量；（3）对高地应力区围岩起到预约束力作用，防止岩爆的发生；（4）工艺简单，操作方便，扩挖爆破钻孔可与其同时进行，不占直线工期，
12、加快了施工进度。通过采用以上方法，厂房顶拱开挖成型较好。围岩变形也控制在允许范围内。 （厂房第一层开挖支护效果图）2.2 高边墙施工程序及方法地下厂房开挖总高度76.3m，结构复杂，跨度大，支护型式多样，工艺复杂，开挖支护工期紧，开挖过程中边墙的变形大，高边墙稳定比较突出，合理安排开挖程序及保证高边墙的稳定是重点，根据理论研究和以往施工经验，厂房立面上按11层分区、分块开挖支护（见图2）。2.2.1主要施工程序（1）主副厂房及安装间层采取中部梯段微差爆破，两侧或周边预留保护层由手风钻钻孔光面爆破的开挖方法进行施工。中间抽槽、两侧保护层跟进。上、下游侧保护层均厚3m。先进行上游保护层开挖支护，后
13、进行下游保护层开挖支护，以防两侧同时卸荷引起高变强的大位移。厂房下卧充分运用“新奥法” ，“立体多层次，平面多工序” ，快速施工。（2）主副厂房层。先从尾水扩散段挖进厂房第、层形成中导洞，尾水扩散段上层开挖完成后，开挖中导洞层部分，尾水扩散段下层开挖完成后，开挖中导洞层部分，均采用手风钻全断面掘进的开挖方法。开挖出渣从尾水洞或尾水施工支洞延长段经尾水施工支洞出渣。（3）厂房第、层中部溜渣井施工，以、层中导洞作为厂房、层的施工通道，采用手风钻向下依次扩挖厂房、层，开挖主要采用YT-28手风钻钻孔，四周墙预留的保护层，采用手风钻进行光面爆破施工，然后从第、层下打导井与之贯通，中部溜渣井进行第、层的
14、开挖支护，以尾水扩散段及尾水洞或尾水施工支洞延长段作为施工出渣通道。锚喷支护等工序与各层开挖平行流水作业。施工顺序为1#基坑2#基坑3#基坑4#基坑。2.2.2主要施工方法（1）预裂爆破。高边墙是工程施工的重点部位，设两道预裂缝（双保险），中间拉槽前先对边墙轮廓线进行预裂，减小中间拉槽梯段爆破对高边墙的震动。预裂孔采用液压钻钻孔，深8m，超钻50cm，间距80100cm，线装药密度400g/m。（2）梯段爆破。严格控制单响药量，高边墙质点振速Vs100mms，单孔单响非电毫秒延期雷管微差接力爆破，厂房4m高梯段爆破允许的最大单响药量100kg，8m高梯段爆破允许的最大单响药量200kg，其中为
15、保护岩锚梁的安全，第五层梯段爆破最大单响药量不超过50kg。（3）预留保护层开挖。开挖层高3.0m，两侧保护层分三层进行施工，在副厂房端墙与安装间端墙侧各预留5m保护层，滞后梯段爆破20m时开始进行施工,设计开挖线采用光面爆破，手风钻钻孔，光爆孔间距控制在40cm内，采用竹片绑扎药卷方式进行，周边预裂，小药量、弱爆破，最大单响药量10kg，尽量减小爆破对边墙围岩的影响。 （4）支护施工。充分利用新奥法原理适时进行支护，为使围岩及时得到支护抗力，防止围岩卸荷位移，在工程施工中，根据现场施工条件,支护紧随开挖进行。同时根据系统支护后的围岩变形情况，及时进行随机支护。只有完成上一层支护后，才能进行下一层开挖。（5）采用先进的施工设备。先进施工设备主要引进了353E阿特拉斯三臂凿岩台车2台、D7钻机3台和1台Aliva-500喷射机。先进的设备保证了工程进度，支护的及时性和工程质量，确保了工程安全。图2 厂房开挖分层横剖面示意图（单位：m）2.3 厂房高边墙与相邻洞室交叉段施工程序及方法与地下厂房高边墙不同高程贯通的洞室有：
