龙滩水电站地下厂房Ⅰ层开挖支护施工技术

徐世普

（华能澜沧江水电有限公司，云南 昆明 650214）

1 工程概况

龙滩工程地下厂房总长388.5m，设置有岩锚吊车梁，其上部开挖跨度30.70m，下部开挖跨度28.90m，拱顶开挖高程261.40m，底部最低开挖高程184.10m，开挖高度77.30m，总石方开挖量63万m3，喷砼工程量0.98万m3，锚杆3万根，其中Ⅰ层开挖方量12万m3，喷砼工程量3730m3，锚杆8320根。龙滩工程地下厂房是目前世界上最大的地下厂房，其洞室尺寸大，跨度大，边墙高，相邻洞室距离近，交叉口多，上下重叠，纵横交错，施工强度大，施工技术复杂。

2 开挖方法

在地下洞室开挖，由于机械化程度的提高及新奥法的应用，对于大断面洞室的开挖方法，现一般多采用先中导洞后扩挖跟进的开挖方法。龙滩水电站地下厂房Ⅰ层开挖跨度为30.7m，是目前世界第一大跨度的地下厂房，在国内外还没有相应的施工经验可以借鉴，如何保证开挖后围岩的稳定性是一个世界级的难题，也是确保后续施工及电站运行安全的前提，正确合理地选择开挖方案对于洞室的稳定是非常关键的。

先两边侧导洞后中墩开挖方法，整个洞室分成三次开挖，减小一次开挖断面，减小应力变形，侧导洞开挖及支护施工均达到设计要求后再开挖中墩部份，边墙及起拱部位在中墩开挖之前其支护条件已达到设计值，其应力拱圈已经形成而且已达到能全部承担整个洞室开挖成形后所形成的重分布应力，可以更有效地控制开挖成形后洞室的整体变形，确保洞室围岩的稳定性，保证施工安全。

采用先中导洞后扩挖的方式时，虽然中导洞开挖成形后，对中洞部份也先进行了支护后才进行两边扩挖，但是当两侧扩挖后，其两侧边墙及起拱部位的重分布值和整个洞室全断面一次开挖所形成的重分布应力值几乎相当，在边墙及起拱位置形成较大的应力和塑性区，不利于围岩稳定。

通过对以上两种方案的对比，采用先两侧导洞后中墩的开挖方法。

施工组织是工程施工的重要组成部份，是把建筑物设计蓝图付诸实施的基础。优秀的施工组织设计对于保证工程施工安全、保证工程质量、降低施工成本、缩短施工工期、取得良好的经济效益和社会效益有重大的意义。主厂房Ⅰ层的开挖支护顺序如图1所示：

立体交叉平行作业是加快施工进度有效手段之一。主厂房Ⅰ层开挖支护，采取以上游侧导洞为主，左右两个方向两侧导洞多个工作面同时掘进。主厂房右端：先行从右向左开挖上游侧导洞；在上游侧导洞开挖到HR0+10桩号后，在HR0+50桩号处向下游开设一个7.2×6.5m通道进行下游侧导洞的开挖。主厂房左端：经3#施工支洞于HL0+300桩号进入主厂房左端，从左端向右端方向进行上、下游导洞的开挖支护直至两端导洞相互贯通结束侧导洞开挖。

3 施工布置

3.1 施工道路

主厂房Ⅰ层开挖及支护主要利用母线排风兼施工支洞及3#施工支洞作为施工通道进行施工。

3.2 施工用、排水

施工用水从洞外总供水池用6"钢管引入母线排风洞兼施工支洞内，在母线排风洞与3#施工支洞交叉处分成两趟接入各施工工作面。

施工排水主要是在主厂房右端及3#施工支洞各安设一个3×3×2m3的薄铁皮集水箱。集中排出洞外排水沟。

3.3 施工用电

施工用电主要是在3#施工支洞Z0+20和Z0+365桩号分别安装一台变压器。

3.4 施工用风

施工跟据施工需要在施工现场放置1～3台20m3/min的移动式空压机。

3.5 通风散烟

主厂房Ⅰ层通风主要由母线排风洞、3#施工支洞进风，由厂房进风洞出风的一个排风系统。

4 爆破设计及施工

主厂房Ⅰ层采用光面爆破技术进行爆破。确定合理的爆破参数是取得良好开挖进尺、确保洞室围岩的稳定、加快施工进度及取得良好经济效益的基础。

4.1 掏槽眼及崩落眼参数设计

掏槽眼采用二级复式楔形掏槽，设计循环进尺3.2m，第一级眼孔向与掌子面成60°角，孔深2.5m，每排4个眼，上下间距50cm，孔口距掌子面中心线120cm；第二级孔向与掌子面成65°角，孔深3.9m，每排3个眼，与第一级炮眼成梅花型布置，上下间距50cm，两级间相距50cm。

崩落孔间排距依据每一排炮出露的岩石取100cm～120cm。中墩崩落孔间排距取150cm～180cm。

4.2 周边孔参数设计

周边孔钻孔直径D=45mm，弧线段周边眼间距E=50cm（直线段间距70cm），最小抵抗线W=75cm。

4.3 装药结构

掏槽眼、崩落眼、底眼均采用连续装药结构，装药集中度均为750g/m，堵塞长度分别为1m、1.2m、0.8m。采用孔底反向起爆，起爆体放置于药柱距孔底1/3处。

周边眼采用不偶合间隔装药，堵塞长度为0.5m。不偶合系数α=D/d=2.25。弧线段周边眼采用φ25药卷间隔(10cm长)装药，线装药密度q=100g/m。直边墙周边眼采用φ25药卷间隔装药，线装药密度q=150g/m。

5 支护施工

新奥法是充分利用了洞室围岩自身承载能力，把围岩当作支护结构的基本组成部分，节省了施工成本，且具有快速、安全、适应范围广、调整方便等特点。

龙滩地下厂房Ⅰ层以新奥法作为永久性支护。支护参数为：喷C25钢纤维砼厚20cm；Ⅱ、Ⅲ类围采用 Φ28L=6.0m及 Φ32L=8.5m@1.5×1.5m两种长短普通砂浆锚杆相间布置，Ⅳ、Ⅴ类围采用Φ28L=6.0m普通砂浆锚杆及Φ32L=9.35m预应力锚杆两种长短间距1.5×1.5m相间布置；为在保证洞室安全的前提下取得良好的施工进度，实现施工目标，龙滩工程在新奥法施工中采取了如下施工顺序：随机支护-Φ28L=6.0m普通砂浆锚杆施工-喷C25钢纤维砼厚5 ～10cm-Φ32L=8.5m普通砂浆锚杆及 Φ32L=9.35m预应力锚杆等深孔锚杆施工-补喷C25钢纤维砼达到设计的20cm完成所有支护工作。

龙滩工程地下厂房的支护施工依据自身的地质条件及施工组织设计、施工特点采取先短后长，先薄后厚，先易后难，适当协调的施工方法。先短后长指先施工Φ28L=6.0m普通砂浆锚杆后进行Φ32L=8.5m普通砂浆锚杆或Φ32L=9.35m预应力锚杆等深孔锚杆施工。先薄后厚即短锚杆施工后立即喷5～10cm钢纤维砼对岩面进行封闭，防止围岩掉碎块及风化，最后适时地补喷到设计厚度。

为提高设备的利用率，加快施工进度和能达到对围岩的适时支护及根据龙滩工程地下厂房的地质条件。Φ28L=6.0m普通砂浆锚杆孔造孔与排炮孔造孔同时施工，每一排炮把具备施工条件的Φ28L=6.0m普通砂浆锚杆孔造好。开挖过程中以随机锚杆为主，当开挖进尺30m后作为一个整体单元进行Φ28L=6.0m普通砂浆系统锚杆注浆插杆施工，紧接着喷砼厚5～10cm。浅孔锚杆孔和排炮孔同时施工，可利用台车三条臂因造孔数量不均而闲置的臂进行造孔，不仅能提高设备的利用率，加快施工进度，在施工过程中当出现围岩变形过大过快时，能及时进行支护，抑制围岩变形。

龙滩地下厂房采用先两侧导洞后中墩开挖的施工方案，一次开挖成型的洞室断面不足设计断面的三分之一。导洞的开挖时其应力应变将远远小设计值，没有必要一次支护到设计量。深孔锚杆造孔、注浆、插杆等各施工工序的难度大、技术要求高、施工进度慢。如与开挖同步进行施工，是严重约束施工进度的要素之一。深孔锚杆的施工在保证洞室安全的条件下采用见缝插针或一次性系统施工是有效加快施工进度的有力手段。无论是见缝插针或一次性系统施工，当深孔锚杆施工完成一个单元（30m）后，要尺快进行剩余喷砼工程量的施工，以便及时对单元工程进行验收。

中礅的开挖与支护的施工，施工组织的主要指导思想相同于侧导洞的开挖与支护。因龙滩地下厂房跨度大，中墩开后洞室顶部应力应变还是比较大，故在开挖及支护两个方面投入的力量要比较均衡，深孔锚杆的施工与开挖掘进不能拖得太远，以确保施工安全。

6 质量控制

6.1 建立健全施工质量管理体制。严格实行“三检验收”制度、“特殊工序三检旁站”制度，严格控制各道工序的施工质量，加强施工过程中技术指导、质量检查及验收。

6.2 严格控制放样精度。排炮放样时相邻两个放样点间距不大于80cm，依据掌子面的平整度适当加密的原则。当样点偏差值小于±5cm时，由技术员按实测偏差值估计用红油漆连线，否则必须重新打点，连线后规格线误差不大于1cm。起拱点、中心点等特殊点位必须打点。每一排炮均必须放出数条尾线（方向线）作为造孔孔向及外偏值的参照体。尾线间距3～5m一条，而且特殊部位（如顶拱中心线、起拱、拐点）必须放一条尾线，依据实际情况尾水数量可适当加密。尾线点离掌子面5～6m，尾线点必须做有醒目的标记，并注明超（欠）挖值，以便于造孔时控制炮孔外偏值。尾线点与掌子面上相应点间用红漆连接，作为控制造孔方向的参照线。

6.3 严格控制钻孔质量。钻孔要求做到“平、齐、直、准”，周边孔及掏槽孔钻孔开口位置偏离设计线不大于2cm，孔底外偏移值不大于15cm。其它孔开口偏差不大于10cm，孔底不大于20cm。相邻两孔钻孔方向要平行，周边孔孔口间距和孔底间距差不大于5cm。钻孔深度超深值不大于30cm，超过者用沙袋堵塞到设计孔深。钻孔结束后进行验孔，不符合要求的孔用沙袋全部堵塞后重新钻孔直到合格。

6.4 严格控制爆破作业。周边采用光面爆破技术，装药联线时对总装药量、单孔装药量、最大单响药量、线装药密度、堵塞及爆破网路联接等各工序进行验收。

7 结束语

7.1 采用平行作业或立体交叉作业，尽可能多地创造工作面是加快施工进度，降低施工成本的有效手段之一。

7.2 施工设备是现代化施工的基本保障，提高设备的利用率和完好率，加强设备管理是项目施工管理的重要部分。

7.3 应尽量采用先锚后喷或先初喷后锚再喷的支护顺序。新奥法的原理是喷锚支护体与围岩共同承受变形应力。喷砼起到一个拱的的作用，锚杆的作用：①缝合结构面、断面及节理裂隙的作用；②减跨作用，围岩松动区及朔性区有变形应力通过锚杆传递到弹性区内岩石，增强围岩的整体性；③连接作用，增加砼拱与围岩的结合力；④节点作用，增加薄砼拱的节点，使砼拱形成一个网拱，提高承载能力。锚杆施工时，水泥砂浆在其重力和流动性的作用下，孔口部位一般会有部分水泥砂浆流出不能填满孔口（2～5cm）。当采用先锚后喷时，喷砼能补充此部分砂浆填满孔口，而先喷后锚则无法消除此缺陷，减弱锚杆的连接作用和节点作用，降低砼拱的承载能力。

[1]爆破工程（上、下）.冶金工业出版社.1996.

[2]水利水电工程施工组织设计手册.中国水利水电出版社.2001.

[3]张志呈、肖正学等.裂隙岩体爆破技术.四川技术出版社.

[4]龙滩水电站地下引水发电系统工程地下洞室开挖爆破振动试验成果报告.长江水利委员会长江科学院.2002.