引黄入晋工程北干线平鲁地下厂房施工组织设计

郭端英 郭 红 赵东亮

引黄入晋工程北干线平鲁地下厂房施工组织设计

郭端英 郭 红 赵东亮

受地形条件限制，平鲁地下泵站厂房永久交通洞采用1条24.59%的斜井，如何利用该斜井作为施工交通通道完成地下厂房施工，成为该工程施工方案选择和施工组织设计的难点。

地下厂房 施工通道 斜井 竖井

万家寨引黄入晋工程位于山西省西北部，工程自黄河万家寨水库取水，由总干线、南干线、联接段和北干线四部分组成。总干线西起黄河万家寨水库，沿偏关县北部东行至下土寨分水闸，而后分为南北2条干线，总干线年引水12亿m3，相应引水流量48 m3/s，北干线分流22.2 m3/s，年分水量5.6亿m3。北干线由下土寨分水闸起向东至大同市南郊墙框堡水库止，线路全长 156.54 km，主要解决山西省朔州市和大同市工业及城市生活用水。线路主要建筑物有下土寨分水闸、1#隧洞、平鲁地下泵站、大梁水库、金沙滩水库、耿庄水库、墙框堡水库等，工程于2011年9月已投入运行。

平鲁地下泵站位于北干线大梁水库右岸山体中，距离大梁水库右坝肩上游约230 m，埋深140 m，1#输水隧洞从泵站进水池穿过，在北干线正常输水时，泵站将1#隧洞内的部分水提升至大梁水库储存，设计抽水流量2.64 m3/s；汛期8、9两月引黄工程停止引水时，再经大梁水库放水洞将库水放入1#隧洞下游段，向大同、平朔等地供水。

平鲁地下泵站安装5台单级双吸卧式机组，运行扬程120～137 m，单机设计流量0.88 m3/s，单机容量1 800 kW。主要建筑物包括地下及地面两大部分，地下建筑物主要有：厂房、进出水管道系统、主副交通洞及电缆井等；地面建筑物主要有：变电站和控制楼等。

地下泵站的交通洞为纵坡24.59%的斜井，在1#隧洞掘进机施工时已实施，该斜井作为地下厂房施工的唯一交通通道，给泵站地下洞室的施工运输带来诸多困难。

1 施工条件

地质条件：除洞口、井口部位为Q2、Q3黄土外，厂房及进、出水，放水建筑物所处地层主要围岩为奥陶系的灰岩和白云质灰岩，岩石完整性好、强度高。交通洞及竖井地层主要围岩为石炭系的泥、页岩。竖井所处石炭系地层分布有层间滞水。

工程施工条件：工程施工分地面建筑与地下建筑，地面建筑物主要为开关站与控制楼等，地下建筑物主要分厂房系统、交通系统以及进出水系统等。泵站地下建筑物由洞室群组成，施工中须考虑各洞室交叉、平行作业及相邻洞室的围岩稳定，施工技术较为复杂。

2 施工方案选择

地下泵站有3个地面出口，即主交通洞、电缆井、出水竖井。其受地形条件限制不具备布置无轨运输交通通道条件，从交通能力、运输成本等方面考虑，选择主交通洞作为泵站地下工程施工的运输主要施工通道。主交通洞前期已经完成，且为斜井，坡度24.59%，由于主交通洞坡度限制，主交通洞洞内运输按斜井运输方式设计。此外，地下洞群除厂房断面较大外，其它洞室断面较小，结合洞群的断面特性，为方便地下洞群运输与斜井运输的衔接，整个地下洞群施工均采用有轨运输施工方案。

3 地下洞群开挖

地下洞群的施工均以主交通洞作为运输通道，交通洞长503.35 m，纵坡24.59%，洞内采用斜井有轨运输方式，洞口设95 kW双筒绞车作为牵引装置，井底设车场（交通洞下部平洞段）。出渣运输采用绞车提升矿车组。为方便洞内人工推运，矿车采用0.6 m3规格。混凝土采用1 m3搅拌罐车由绞车送达井底。施工设备的运输采用自制斜井平车，施工材料采用矿车或斜井平车。载渣矿车人工推运到井下后，人工组车、挂钩，绞车提升，同时由井上下送1个空载矿车组。载渣矿车到达井上后，人工摘钩、解体，人工推运到卸渣点卸渣。洞口二次转运采用1 m3装载机装8 t汽车运至永久弃渣场。建筑材料运输过程与出渣反向。

3.1 厂房开挖

地下泵站厂房（包括主厂房、副厂房、安装间）开挖尺寸为77.0 m×14.4 m×21.2 m(长×宽×高)，施工具有开挖断面大、工序多、与其他洞室相互施工干扰、工期紧的特点，根据地下厂房的结构特点和施工机械性能结合施工通道布置等条件，厂房开挖分4层，分层高度自上而下分别：5.68、5.10、4.00、6.50 m。厂房开挖分层见图1。

顶层、第2层施工由于地形限制，不具备布置常规的顶层开挖的施工通道，且厂房相对较窄，顶层的开挖借鉴相关专业施工方法，把进入厂房顶层的通道布置在主交通洞进入厂房端部位置，主交通洞进入厂房后在副厂房位置高程1 262.98～ 1 272.00 m开挖60°坡道，作为进入顶层施工工作面的通道及溜渣通道。

图1 厂房开挖分层示意图

第3、4层由主交通洞作为施工通道施工。

主厂房施工方法布置见图2。

图2 厂房开挖纵剖示意图（长度单位：mm）

第1层开挖：顶拱开挖底部高程为1 272.10 m，最大开挖高度5.68 m。顶拱开挖在厂房开挖中比较关键，选择先开挖中导洞，两侧边墙依次跟进扩大的开挖方式，在此之前将主厂房内的副厂房和安装间先开挖完成作为出渣平台。中导洞开挖断面为5.0 m×5.68 m，采用风钻钻孔，人工装药，非电毫秒雷管引爆，顶、边采用光面爆破，人工扒渣至溜渣井施工通道、溜渣，石渣在1 262.90 m高程采用0.3 m3装载机装0.6 m3矿车，交通洞内组车绞车提升至洞口转渣，交通洞绞车提升能力11.6 m3/h。

第2层开挖、岩壁梁施工：开挖高度主要围绕岩壁梁施工确定，岩壁吊车梁对开挖质量要求极高，开挖不允许出现欠挖及较大的超挖，岩石爆破成形要好，由此确定第2层开挖底部高程1 266.90 m，开挖高度5.1 m。开挖时，先开挖中间先锋槽，两侧预留保护层手风钻滞后开挖跟进。先锋槽开挖超前约30 m以后，自先锋槽向两边扩挖，采用梯段爆破，风钻打孔爆破，为保证岩台开挖质量，两边预留保护层开挖，吊车梁岩台开挖采用浅孔、短进尺、多循环开挖，在开挖的同时，进行喷锚支护与岩壁梁锚杆安装作业。岩壁吊车梁全长58.4 m。吊车梁混凝土浇筑在第3层开挖后进行，采用垫渣的方式形成10%的斜坡道，作为混凝土浇筑的坡道，吊车梁混凝土达到设计强度后，开始第4层爆破作业。其模板在下一层开挖时不拆除，并用草袋覆盖保护，防止爆破飞石损伤混凝土表面。

第3、4层开挖：开挖石渣由0.2 m3铲斗装岩机装0.6 m3矿车，人推运矿车至主交通洞底部，绞车提升至洞口转渣场。第4层开挖从交通洞出渣，交通洞与主厂房轴线平行，待第3层开挖完成后，沿洞轴线方向在厂房内掘进一条下坡道路，以11%的坡度下降至1 256.40 m的高程沿厂房下游墙下坡开挖中导洞，爆破后，石渣由人工装胶轮车，人工推运至主交通洞内转渣，0.3 m3装载机装0.6 m3矿车绞车提升至洞口转渣场。

进水池、进水支管开挖：北干线1#隧洞贯通后利用已贯通的北干线1#隧洞作为运输通道，1#隧洞出口出渣、供应混凝土。

3.2 竖井开挖

电缆井开挖直径9.6 m，井深161 m，位于厂房出水侧，电缆井下端布置有交通洞与厂房相连接，电缆井交通洞长30 m，电缆井交通洞电缆层底高程1 260.50 m，人行道底高程1 262.90 m。主交通洞进厂房后，电缆井交通洞1 262.90 m以上断面可与厂房顶层开挖同时施工，为电缆井施工创造条件。电缆井施工采用反井钻机施工导孔Φ216 mm，导孔形成后，通过电缆井交通洞进入竖井底部安装钻机扩孔钻头，再自下向上扩孔至直径1.4 m溜渣导井，导井贯通后自上而下采用潜孔钻打孔爆破，爆破后人工扒渣至井底1 262.90 m高程，井底人工装胶轮车运输经电缆井交通洞至主交通洞底部转渣，洞口95 kW双筒绞车提升出渣，洞口二次转渣。

出水竖井开挖直径3.2 m，井深约118 m。为避开电缆井交通洞、调流阀室、放水洞高压段施工工期紧张的矛盾，开挖采用正向开挖，自上而下分层开挖，石渣由人工装吊篮，井口布置卷扬机提升吊篮出渣。

3.3 其它洞室开挖

出水系统、副交通洞、放水系统开挖断面较小，均采用全断面开挖，人工手风钻造孔，出渣采用扒渣机装矿车，人推矿车至主交通洞底部，主交通洞口绞车提升。

4 混凝土施工

混凝土斜井段运输采用1 m3搅拌罐车由绞车送至井底，转1 t机动翻斗车水平运输，采用20～ 30 m3/h混凝土泵入仓。混凝土用量很少部位可采用人工入仓。

厂房底板最大尺寸16.5 m×14.0 m，底板厚1.8 m，是控制混凝土生产能力的仓面，底板混凝土浇筑采用台阶法，人工立模，混凝土经主交通洞运输至底部，转1 t机动翻斗车水平运输，30 m3/h混凝土泵入仓，人工摊铺，振捣器振捣。

出水竖井、电缆井混凝土衬砌均采用布置在开关站的混凝土搅拌站供料，5 t自卸汽车载0.5 m3卧罐运输至地面井口，经震动式下料软管送料至衬砌工作面，滑模自下而上衬砌施工。

5 施工进度

地下泵站施工总工期30个月（不含主交通洞工期）。

地下泵站施工的关键线路是厂房的施工，其关键线路为：主交通洞（进厂房段）施工（1个月）→厂房第1层开挖（含施工通道4个月）→厂房第2层开挖（3个月）→厂房第3层开挖（2个月）→吊顶梁、吊车梁施工（3个月）→厂房第4层开挖（3个月）→厂房混凝土浇筑（4个月）→厂房建筑装修（2个月）→机组安装、调试（5个月），关键线路长27个月。

6 结语

由于受地形条件限制，平鲁地下厂房洞群施工仅可利用厂房斜井交通洞作为施工通道。除出水竖井外地下洞室的开挖、衬砌均通过交通洞有轨运输，泵站除具有常规的地下厂房施工特点外，还具有整个洞群均为有轨运输的施工特点，其斜井运输的方案及施工工期可供类似工程设计参考和借鉴。

郭端英 女 高级工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

郭 红 女 高级工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

赵东亮 男 工程师 中水北方勘测设计研究有限责任公司 天津 300222

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