地下洞室开挖过程中的高边墙安全与稳定控制

张　华

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，四川 成都　610091)



地下洞室开挖过程中的高边墙安全与稳定控制

张华

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，四川 成都610091)

以锦屏二级水电站地下厂房开挖为例，探讨了如何对高边墙地下洞室的安全与稳定进行有效控制的问题，对今后类似工程施工具有较好的借鉴意义。

地下洞室开挖；高边墙；安全与稳定；控制；锦屏二级水电站

1　概　述

锦屏二级水电站厂区枢纽工程主副厂房全长352.4 m，开挖跨度为25.8 m(机组段和安装间岩锚梁以上跨度28.3 m)，总高度为72.2 m。由于主副厂房边墙高度高，埋深大(200 m以上)，交叉洞室多，地应力调整复杂，高边墙的安全与稳定问题尤为突出，必须采取有效的控制措施确保边墙的安全和稳定。施工过程中采取了系统支护(含锚索)跟进、控制爆破、安全监测及动态设计等措施，确保了高边墙开挖的安全和稳定。

2　洞室开挖采用的施工方法

2.1开挖分层

主副厂房总高度为72.2 m，分Ⅸ层进行开挖支护，其中第Ⅶ、Ⅷ层为机组开挖支护，第Ⅸ层为机组底板保护层开挖。各层分层高度见表1。

2.2主要施工方法

表1　主副厂房分层开挖特性表

(1)主副厂房分Ⅸ层开挖，第Ⅰ、Ⅱ层开挖及岩壁吊车梁混凝土浇筑以通风兼安全洞和厂1#施工支洞为施工通道，第Ⅲ、Ⅳ层开挖以进厂交通洞为主要施工通道，第Ⅴ、Ⅵ层开挖以压力管道下平段为主要施工通道，第Ⅶ～Ⅸ层开挖以尾水洞为主要施工通道。以上厂房各层施工通道均在厂房开挖至该层前贯通。

(2)主副厂房顶拱层开挖采用先导洞，后扩挖的施工方法进行，第Ⅱ～Ⅵ层采用先抽槽，后扩挖两侧的施工方法进行，第Ⅶ层采用溜渣施工方法进行，第Ⅷ、Ⅸ层采用扩挖和保护层的施工方法进行。主厂房Ⅲ层上层在岩壁梁混凝土浇筑前完成爆破。

(3)控制梯段高度在6 m以内，开挖完成一个梯段后及时进行该梯段的锚喷、挂网及锚索支护。

2.3爆破控制方案

在梯段爆破施工过程中，严格控制爆破规模，爆破梯段高度不超过6 m，爆破排数不超过4排，孔排距为2.5 m×3 m，在主厂房Ⅱ层、Ⅲ层上层开挖爆破施工期间，最大控制4孔一响，单孔最大单响药量不超过60 kg，总装药量控制在300 kg以内。岩锚梁混凝土浇筑和主厂房高边墙形成后，在Ⅲ层下层、Ⅳ层、Ⅴ层开挖爆破施工期间，最大控制单孔单响、两孔一响药量单孔最大单响药量不超过18～30 kg，总装药量控制在300 kg以内。期间多次进行爆破震动监测，高边墙爆破振动速度90%以上的测点小于设计技术要求的10 cm/s。

3　施工过程中的主要控制措施

3.1支护施工

适时支护是控制高边墙围岩稳定的一个最重要的因素。我们在进行高边坡开挖时，本着“上层未完成支护前，不得进行下层开挖”的原则进行支护施工。同一层Ⅱ类围岩支护滞后开挖不大于50 m，Ⅲ类围岩支护滞后开挖不大于30 m，Ⅳ类及以上围岩支护紧跟开挖工作面。支护施工程序：岩面验收→初喷5 cm厚混凝土→锚杆施工→挂钢筋网→锚索→喷射混凝土至设计厚度→养护。

相应层开挖至设计锚索部位出露立即开始锚索施工；对于揭露出来的地质缺陷所显现的局部不稳定岩体，根据现场监理工程师的要求随时布置随机锚杆进行支护；对于较大的地质缺陷则邀请参建四方现场确定施工方案后及时进行处理；在特别松散、软弱破碎的岩体中开挖洞室时，采取“一掘一支护”的方式进行支护施工，开挖一循环先喷混凝土，然后进行锚杆钻孔制安、挂网，再喷混凝土至设计厚度；对设计预测可能出现不良地质情况的洞段采用超前勘探，开挖后及时进行一次支护，保证施工安全，减少围岩变形。局部破碎带在开挖前采取超前预支护，开挖后及时支护。与厂房相交的洞室在厂房开挖至该层之前提前开挖并做好锁口支护。

3.2爆破控制措施

爆破控制是影响围岩安全与稳定的又一个重要因素。为控制爆破质点振动速度，我们主要从以下几个方面进行控制：

(1)在每层开始施工时均进行反复质点爆破振动试验，以确定不同龄期下建筑物(如岩锚梁)或支护项目(如锚杆灌浆和喷混凝土)距离爆破工作面的最近距离和爆破的最大单响药量，用于指导施工。通过质点爆破振动试验，在混凝土建筑物(已浇筑混凝土7～28 d龄期期间，安全允许质点振速为5～7 cm/s；28 d以上<10 cm/s)距离爆破区最近距离为10 m、已开挖未支护洞壁(已开挖的地下洞室洞壁安全允许质点振速为：V≤10 cm/s)距离爆破区最近距离为10 m和锚杆(3 d龄期后锚杆注浆体允许的安全允许质点振速为：V≤1.5 cm/s)距离爆破区最近距离为30 m的情况下，最大单响药量应控制在30 kg左右。

(2)采用中间抽槽、两侧预留保护层的开挖方法。在抽槽施工的同时，采用预裂爆破先在抽槽和保护层之间形成贯穿性裂隙，以达到保护保护层和永久结构的目的。

(3)严格按照爆破设计进行钻孔和装药，规范施工，每次爆破均有爆破设计方案，技术员和质检员严格按照爆破设计进行控制并不断调整爆破参数，以求达到最佳的爆破效果。

(4)断层及破碎带段开挖时，按照“短进尺、弱爆破、强支护”的原则进行施工，以减少对围岩的扰动。对于稳定性很差的围岩，按照设计图纸要求先进行加强锚杆支护，初喷5 cm厚混凝土后再进行下道工序施工。不良地质洞段的开挖严格控制爆破参数，采用小药量爆破，以确保围岩的稳定。

3.3安全监测和支护动态设计

安全监测的主要工作内容是主要监测仪器设备及材料的检验、率定、埋设安装与调试，以及本合同项目移交前的观测及监测资料的整理、移交，为业主永久观测人员接收施工期观测工作提供必要的便利条件，为设计单位围岩支护动态设计提供依据。

通过读取安全监测数据并进行分析，及时掌握已开挖洞室的围岩变形情况和锚杆、锚索等支护项目的荷载状态，便于设计增加和调整支护参数，也便于施工单位及时对异常部位进行支护，合理的进行配置。

主副厂房安全监测工程布置的监测仪器：106套多点位移计、160组锚杆应力计、40支锚索测力计、77个收敛测点、24支压应力计、60支钢筋计和24支测缝计。地下厂房洞室群布置的监测仪

器：59套多点位移计、97组锚杆应力计、38支锚索测力计、69个收敛测点、24支压应力计、60支钢筋计和24支测缝计。

为了更好地反映地下洞室高边墙的变形与围岩的稳定，施工期间，辅以收敛变形监测，加强了对隧洞内、外及围岩软弱部位的巡视检查。

收敛变形监测采用钢尺收敛计，以便总体掌握隧洞顶拱、边墙的稳定情况以及支护效果，原则上每间隔50 m设置一个收敛变形监测断面，每个断面设3个对测点。根据变形速率推断以后的变形量，及时掌握隧洞断面尺寸的变形情况，了解围岩的松驰程度和影响范围，将实测值与允许值进行比较后调整支护参数，进行安全预报。

另外，经常进行安全巡视，及时发现监测仪器没有覆盖区域的围岩变形情况也是安全监测的重要内容，项目部安排专职安全人员(专职安全副经理、安全部长，各部位还有两个专职安全员)每天对各个部位进行安全巡视，督促各工作面适时进行支护施工，发现异常情况组织内部技术人员和地质人员并由技术人员和地质人员组织参建各方相关人员现场协商处理，有效地配合了安全监测工作，减少了围岩安全稳定问题。

4　结　语

实施结果表明：上述开挖方法、支护措施和监测及动态设计理论能够较好地控制边墙变形，达到了高边墙安全稳定的目的，确保了锦屏二级水电站主副厂房高边墙的安全与稳定，为工程的优质、按期完工提供了技术支持，对于今后类似工程施工具有较好的借鉴意义。

(责任编辑：李燕辉)

2016-05-20

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1001-2184(2016)04-0087-02

张华(1980-)，男，江西修水人，项目副经理，高级工程师，一级建造师，从事水电工程施工技术与管理工作.