金桥水电站地下厂房立体开挖施工技术探讨

李 辉，盛登强

(西藏开投金桥水电开发有限公司，西藏嘉黎852400)

1 工程概况

金桥水电站地下厂房发电系统主要建筑物由上游阻抗式调压井、压力管道、地下厂房、主变室(尾闸室)、尾水管延伸段、尾水无压洞等部分组成。主厂房、主变室(尾闸室)平行布置，洞室间距为30 m；主厂房、副厂房和安装间呈“一”字形布置。厂房最大开挖尺寸为83.8 m×20 m×35.4 m(长×宽×高)，是目前西藏自治区水电工程首个地下厂房。

地下厂房横轴线方向NE13°，围岩岩性为前奥陶系变质石英砂岩；由于工程区构造格局受近EW向的嘉黎断层主干断裂F2及次级断裂F3控制，其均具有右旋平移逆冲性质，因而区域构造主应力应为垂直于断裂方向的近SN，角度为近水平向，略倾伏于S。主厂房及调压井的上覆岩体厚150～220 m，对应的最大铅直应力为5.9 MPa。岩石饱和单轴抗压强度RC均值约90 MPa，σmax以8 MPa计，RC/σmax值为11，大于7，根据GB50218—94《工程岩体分级标准》，厂房区不属于高地应力区，产生岩爆的可能性小，预测仅局部段可能产生弱岩爆。

2 工期影响因素

(1)地质情况。地下厂房第Ⅰ层开挖完成后，在地下厂房内存在5条断层，结构面相对发育，以Ⅳ、Ⅴ级结构面为主；层面裂隙较发育，岩层产状为NE10°NW ∠78°。为保证围堰稳定，在主厂房内部f1断层两侧50 cm处各布置1排3Φ28 mm，L=9 m，间距3 m的锚筋桩。主厂房主要发育有f2、f3断层，在主厂房内部沿f2、f3断层及塌方范围约在厂右0+017.00～厂右0+032.00之间的顶拱区域布置4排1 000 kN无粘结预应力锚索，L=20 m，间排距5 m×5 m，并在塌方范围内局部增加3Φ28 mm，L=9 m的锚筋桩。在副厂房内部f4、f5断层两侧50 cm 处各布置1排3Φ28 mm，L=9 m，间距3 m的锚筋桩，锚筋桩沿f4、f5断层走向布设。由于地质原因，共增加14根锚索，63根锚筋桩。厂房3 278.7～3 294.8 m高程之间的9 m砂浆锚杆优化为9 m预应力锚杆。

(2)为满足现场施工用电要求，工程施工供电采用永、临结合布置，开关站要求于2017年5月投入使用。因此，地下厂房标进场后立即进行开关站施工，由于开关站施工，导致出线洞施工道路中断，为满足主变室开挖，在副厂房3 288.6 m高程增加施工支洞至主变室，进行主变室第一层开挖和出线洞开挖，影响了主副厂房开挖施工进度。

根据设计下发的《引水及地下洞室开挖支护施工技术要求》，已开挖完成部分支护不完成，不允许下挖。由于增加预应力锚索和预应力锚杆，支护施工时段较长，严重影响地下厂房施工进度。为加快地下厂房施工进度，尽量减少预应力锚索和预应力锚杆施工对地下厂房施工进度的影响，以及在岩锚梁混凝土施工时减小下层开挖对其爆破振动影响，地下厂房开挖采取立体开挖的措施，保证施工质量和进度满足工程施工要求。

3 地下厂房立体开挖方案

3.1 立体开挖措施

根据金桥水电站地下厂房布置，与地表相通的洞室有进场交通洞、尾水洞、通风兼安全洞、3号施工支洞以及辅助通风洞。其中，通风兼安全洞与厂房开挖第Ⅰ层相连；辅助通风洞与厂房开挖第Ⅱ层相连，但由于洞径较小，无法满足施工机械通行，无法作为厂房开挖通道；进场交通洞与厂房开挖第Ⅳ层相连；3号施工支洞与压力管道岔管相连，通过压力管道岔管进入地下厂房开挖第Ⅵ层；尾水洞与地下厂房第Ⅶ层相连。地下厂房开挖分层见图1。

图1 地下厂房开挖分层示意(单位：m)

在常规地下厂房开挖过程中，一般遵循由上至下分层顺序开挖的原则，但金桥地下厂房开挖时根据本工程的工期安排和施工特点，合理优化，采用了立体开挖措施。主厂房首先由第Ⅰ层至第Ⅲ层顺序开挖，第Ⅳ层则在进场交通洞具备运输条件下，与第Ⅱ层开挖同期进行施工，为满足支护及岩锚梁混凝土浇筑条件，第Ⅲ层开挖后暂不出渣，作为施工平台，待第Ⅲ层岩锚梁浇筑完成和厂内桥机安装后，再将第Ⅲ层落在第Ⅳ层处的开挖渣通过进场交通洞运出洞外；在岩锚梁施工时，则利用引水洞压力管理支管进入第Ⅵ层进行正常开挖，然后进行预留的第Ⅴ层开挖，最后进行第Ⅶ层肘管和集水井开挖施工。由此地下厂房做到了“竖向多层次，平面多工序”的立体开挖方案，最大限度地节约了施工时间。

3.2 第Ⅰ层、第Ⅱ层开挖

厂房第Ⅰ层开挖通过通风兼安全洞进行开挖，第Ⅰ层开挖结束后，进行顶拱支护及预应力锚索施工。由于第Ⅰ层开挖高度为6.2 m，厂房断层部位布置的9.0 m锚筋桩无法安装。为满足锚筋桩安装，对第Ⅱ层进行中间掏槽开挖，中间掏槽宽10 m，两侧各预留5.0 m宽岩台，如此，既满足了顶拱锚筋桩施工，也为第Ⅰ层两侧边墙支护预留了施工平台，还防止了厂房边墙发生较大塑性变形。

厂房第Ⅰ层所有支护完成后，进行第Ⅱ层上下游边墙预留的5.0 m岩台开挖，然后进行支护施工。

3.3 第Ⅲ层开挖

厂房第Ⅲ层为岩锚梁开挖，先进行第Ⅲ层中槽预裂。首先对第Ⅲ层底板碎渣清除及整平，由测量人员放样出中槽预裂孔(孔径90 mm、孔距70 cm、孔距离边墙3.4 m)，并用红色油漆做标记，布孔完成后，使用液压履带式潜孔造孔，从3 284.1 m高程一直钻到岩锚台下拐点以下2 m，即3 280.10 m高程，孔深4 m。由于现场炸药为直径42 mm的乳化炸药，为满足预裂孔不耦合系数，对炸药药卷进行了加工，加工后的药卷直径为60 mm，装药时应将药卷和导爆索分散绑扎竹片上，分散距离≦50 cm。

中槽预裂爆破完成后，进行中槽深孔梯段爆破(槽宽13.2 m，两侧预留保护层3.4 m/2 m)，使用潜孔钻机造孔，钻孔一次性钻至3 280.1 m高程，梯段爆破前采用楔形掏槽挖出临空面，再钻深孔梯段爆破孔(炮孔间距a=100 cm、排距b=80 cm)，然后采取分梯段装药的方式，将乳化炸药装入深孔梯段爆破孔，爆破时，先边排起爆，再后排依次起爆，将中槽岩石炸出(爆破时应进行爆破振动速度测试，控制传到岩锚梁质点振动速度≤7 cm/s)，洞渣采用LG843装载机配合15 t自卸汽车出渣，以进厂交通洞为通道，运至嘉忠公路里程106.2 km毛料堆存场(运距800 m)。

随着中槽深孔梯段爆破，立即对保护层进行开挖，保护层开挖使用YT28-A手风钻钻孔直墙光面爆破法(边墙炮孔间距30～35 cm)，严格控制钻孔精度，确保直墙成型质量。保护层厚2 m，分两次爆破，在Ⅰ区和Ⅱ区保护层开挖前，预先在Ⅲ区保护层上钻直墙光爆孔并预埋PV管且堵住孔口防止孔被堵塞，再将Ⅰ区和Ⅱ区保护层爆除，然后在3 280.1 m高程处，搭设钢管样架，采用几何法控制钻杆孔向上倾40°(角度偏差≦1°)，再向岩锚台钻斜面光爆孔，钻孔完成后，将Ⅲ区PV管拔出，给直墙光爆孔和斜面光爆孔装药连线，组成“双向光爆网”将岩锚台三角体爆除，控制超挖值≤15 cm。

3.4 第Ⅳ层开挖

厂房第Ⅰ层开挖完成后，增加了预应力锚索，并将9.0 m砂浆锚杆修改为9.0 m预应力锚杆，支护施工时段较长，对整个厂房施工进度影响较大。在厂房第Ⅱ层预留岩台开始时，进场交通洞已开挖完成，达到了第Ⅱ层与第Ⅳ层同时开挖的条件，故通过进场交通洞进行了厂房第Ⅳ层开挖。第Ⅳ层开挖与支护同步进行，第Ⅱ层开挖、支护施工结束时，第Ⅳ层开挖已结束，支护除3 278.7 m高程处9.0 m预应力锚杆外，其余砂浆锚杆和挂网支护已完成。

厂房第Ⅳ层开挖完成后，岩锚梁施工高度较高，为满足第Ⅲ层支护及岩锚梁混凝土浇筑，第Ⅲ层开挖时先不出渣，作为第Ⅲ层支护和岩锚梁施工平台，等岩锚梁浇筑完成，并完成厂内桥机安装后，再将第Ⅲ层开挖石渣通过进场交通洞运出洞外。

3.5 第Ⅵ层开挖

引水隧洞下平段布置有3号施工支洞与地表相连，引水隧洞下平段及岔管开挖完成后，可通过3号施工支洞、引水下平段、岔管到达厂房第Ⅵ层。由于引水岔管断面尺寸为3.4 m×3.5 m(宽×高)，反铲、装载机等施工设备通行困难，将3号岔管进行了扩挖，以满足施工设备通行要求，保证了第Ⅵ层开挖出渣和支护施工。

厂房第Ⅵ层开挖、支护完成后，对第Ⅶ层下挖2.0 m，开挖至蝶阀层基础面，使第Ⅶ层仅剩余肘管基础开挖，减少厂房开挖对尾水洞施工的影响。

3.6 第Ⅶ层开挖

尾水洞开挖完成后，通过尾水洞进行厂房第Ⅶ层肘管基础和集水井开挖，在厂房第Ⅴ层开挖前，已完成第Ⅵ层、第Ⅶ层以及集水井开挖。由于尾水洞及尾水渠施工是厂房2018年度汛重点项目，汛前需完成尾水闸门安装，为保证厂房安全度汛，厂房第Ⅶ层和集水井开挖完成后，立即进行尾水渠和尾水洞混凝土施工。

3.7 第Ⅴ层开挖

厂房第Ⅶ层蝶阀层开挖完成后，进行第Ⅴ层岩板开挖，施工顺序是从副厂房侧挖开，形成下料漏斗到第Ⅶ层，开挖料利用进场交通洞出一部分渣，剩余部分通过3号施工支洞、引水下平段、3号岔管到达蝶阀层出渣。

4 结 语

金桥水电站地下厂房开挖在项目初期策划的基础上，重新调整了开挖分层、施工程序、开挖方案，地下厂房立体、多层、同时开挖施工技术的实施，打开了多条施工通道，减少了施工干扰，将预应力锚索和预应力锚杆影响的工期抢回，并提前开始尾水渠、尾水洞混凝土施工，保证了地下厂房2018年安全度汛，为按期发电打下了坚实的基础。

并且由于立体开挖施工技术的全面实施，使得进场交通洞、引水岔管、尾水洞等地下洞室提前与主副厂房贯通，各洞室与厂房交叉口部位柔性支护提前完成，确保了地下厂房施工安全和工程永久安全，为类似工程积累了丰富的经验。