四川白鹤滩水电站地下厂房开挖施工组织设计

张 晨

（贵州省水利水电勘测设计研究院，贵州 贵阳 550000）

1 工程背景

白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，距巧家县城45 km，上接乌东德梯级，下邻溪洛渡梯级，是金沙江下游梯级中的第二级，控制流域面积43.03万km2，占金沙江流域面积的91.0%。白鹤滩水电站是金沙江流域开发的重要梯级工程，是西电东送骨干电源点之一；工程除了巨大的发电效益，还有一定的防洪、航运和拦沙作用；建设白鹤滩水电站有利于改善和发挥下游梯级的效益，增加下游梯级电站的保证出力和发电量。

白鹤滩水电站地下厂房属于特大洞室，工程规模大、工期长，故合理的设计方案、开挖组织程序对整个工程尤为重要。

2 施工地质环境条件

白鹤滩坝区主要为二叠系上统峨眉山组玄武岩、下伏二叠系下统灰岩、上覆三叠系下统飞仙关组砂页岩，河床覆盖层由全新统含砂的漂石层组成，呈强～中透水性。白鹤滩坝区为单斜构造，岩层产状 N30°～50°E、SE∠15°～25°。在坝区，层间错动带是发育在坝区11个岩流层界面或靠近界面的构造错动带，分布广泛，总体来说是连续的，构成了坝区岩体结构的总体格架[1]。

白鹤滩地下厂房洞室群具有洞室众多，布置紧凑，立体交错，工程量浩大，工期紧等特点，并且在施工中多专业、多工种交叉作业，相互之间施工干扰较大，这使得地下交通成为影响施工作业的首要因素。施工通道的合理安排对加快施工进度、缩短工期、降低工程造价等都有重大影响[2]。

3 地下厂房开挖施工组织设计

白鹤滩水电站大型地下厂房的开挖在其施工过程中受到厂房所处的地形地质条件、厂房的形式尺寸结构特征、施工通道、工期要求、施工技术水平、机械设备配置、施工安全、施工质量、环境控制等多重因素影响，在设计过程中应综合考虑各影响因素，合理的安排施工组织设计。

施工程序涉及整个建筑物施工的全过程，要求在总体规划的基础上，安排各部位、各工种的先后施工顺序，以保证均衡、连续、有节奏地完成各项作业。开挖程序和施工方式直接影响开挖成型效果和施工进度[4]。

3.1 开挖施工原则

根据白鹤滩地下厂房系统的布置特点及施工质量、进度和围岩（边墙）安全稳定等要求，开挖施工原则如下：

（1）主厂房、主变洞等较大断面洞室，施工中根据施工机械设备性能并满足施工质量、施工进度及设计要求进行分层、分块开挖，每层开挖过程中，及时按设计要求和监理的指示进行支护。

（2）优先安排进行排风洞（包括排风竖井）、电梯电缆竖井及排风排烟竖井等施工，尽早形成机械通风与自然通风相结合，改善洞内施工环境。

（3）合理安排主厂房、主变室的开挖顺序。主厂房领先施工，主变室随后，确保厂房洞室群的整体稳定，减小围岩的塑性变形；母线洞、机坑采用相间错开开挖，保证洞间岩柱的稳定。

（4）工程开工后，优先施工地下厂房各层排水廊道，以减少厂内开挖的渗水量，增加围岩自稳性。

3.2 分层分区开挖

大断面洞室的施工，一般考虑变高洞为低洞，变大跨度为小跨度的原则，采取先拱部后底部，先外缘后核心，自上而下分部开挖与衬砌支护的施工方法，以保证施工过程中的围岩的稳定。白鹤滩水电站主副厂房结构复杂、开挖及喷锚支护工程量大、层次及工序繁多、技术要求高，所用施工通道多，涉及面广，施工质量要求高。主厂房及主副安装场长443.3 m，宽28.4 m～31.4 m，高75.6 m，属特大洞室。根据厂房的结构特点、通道条件、施工机械性能，并兼顾岩锚梁的开挖支护施工等需要，主副厂房自上而下分层开挖，对各层分区进行开挖支护。

参考其他大型水电站地下厂房开挖设计方法，白鹤滩水电站厂房开挖将采用“立面多层次，平面多工序”的平行交叉作业，自上而下分十层进行施工。利用1#、2#施工支洞对厂房Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ层开挖的同时，进场交通洞也开始施工；当进场交通洞施工完成时，即开始对主变洞Ⅰ、Ⅱ层的施工。厂房Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ层施工的完成也为Ⅳ、Ⅴ层的施工创造了条件，提供了临空面和作业面，利用进场交通洞对厂房Ⅳ、Ⅴ层进行施工；厂房Ⅳ、Ⅴ层的开挖为Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ层的施工创造了条件，利用4#和引水隧洞对厂房Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ层施工；Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ层的施工为Ⅸ、Ⅹ层创造了施工条件，利用尾水洞下平段和施工支洞施工。各层的锚杆、挂网喷砼紧跟各层的开挖平行交叉作业。具体分层分区方案见图1。

其中，第Ⅰ层为顶拱开挖，该层轮廊开挖跨度大、质量要求高，喷锚支护和观测仪器埋设量大。结合施工机械的特性，分为两区进行开挖，1区为中部开挖，开挖高度10.5 m，宽15 m；2区为两侧开挖，开挖高度10 m，单侧宽8.2 m。

第Ⅲ层为岩锚梁施工层，包括了岩锚梁重要部位，开挖施工质量要求高，是地下厂房施工的难点。为减小爆破对高边墙围岩的影响，同时保证岩锚梁岩层开挖的完整性，需分3个区域进行开挖。1区为中部拉槽开挖，宽20.4 m；2区为两侧预留保护层开挖，单侧宽4.0 m；3区为岩台两层预留保护层开挖，单侧宽1.5 m，开挖高度为1.85 m～3.35 m。利用进场交通洞开始对主变洞开始施工，主变洞自上而下分3层开挖及支护施工。

第Ⅴ层为减小爆破对高边墙围岩的影响，保证边墙及安装场电气夹层底板的成型质量，需分3区进行开挖，1区为中部拉槽开挖，宽20.4 m；2区为两侧边墙保护层开挖，单侧宽4.0 m；3区为安装场电气夹层底板保护层开挖，高2.0 m。

图1 主厂房分层分区示意图

3.3 开挖重点

厂房开挖、支护的重点主要有三点：①顶拱、边墙成形好，半孔残痕率高，特别是上游边墙要及时支护；②位于厂房III层的岩锚梁，对开挖质量的要求极高，岩锚梁岩台开挖不允许出现欠挖及较大超挖，岩石爆破成型要好，光面爆破的半孔残痕保留率不小于90%；③母线洞、主变洞至副厂房的联系洞、引水下平洞及紧急出口等都必须在高边墙上开洞口，高边墙稳定问题突出。因此，施工中需要严格控制，确保施工质量。

4 结论

大型地下厂房是地下引水发电系统施工的关键项目。由于断面尺寸大、交叉口多、地质条件复杂，故合理的开挖支护施工方案对工程施工进度及施工质量尤为重要。通过白鹤滩水电站地下厂房的地质环境条件及设计要求，结合工程的施工特点，并参考以往工程的经验，确定地下厂房开挖施工组织设计，对开挖程序进行了优化。实践证明，在良好的施工作业环境里，保证资源投入，按照“平面多工序，立体多层次”原则，认真组织开挖支护平行交叉作业，高度重视施工期地质评价及监测信息反馈分析，不断优化施工与设计，将取得良好的施工效果。