长河坝水电站地下厂房开挖施工技术实践

于 兵

(中国水利水电第十四工程局有限公司， 云南 昆明 650041)

0 前 言

近年来，我国水电站建设取得了突飞猛进的发展，地下厂房开挖技术也日趋成熟，水电工程所采用的技术也因工程而异。本文论述了长河坝水电站地下厂房开挖施工技术，该电站地下厂房工程具有工程规模大、地质条件复杂、质量要求高、施工干扰大等特点，通过精心组织、科学管理，采用“平面多工序、立体多层次”的施工方法，确保了工期及质量。

长河坝水电站位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，为大渡河干流水电梯级开发的第10级电站。电站总装机容量2 600 MW，水库正常蓄水位1 690 m，具有季调节能力。枢纽建筑物由拦河大坝、泄水系统、引水发电系统组成。

地下厂房布置在大渡河左岸，主、副厂房按“一”字型布置，纵轴线方位N82°W，安装间和副厂房分别布置在主机间的两端。开挖尺寸(含安装间、副厂房)为228.8 m×30.8 m×73.35 m(长×宽×高)，最大高度73.35 m，顶拱跨度30.8 m。

1 施工条件

1.1 地质条件

地下厂房系统布置在左岸230～430 m山体内，地表地形坡度40°～45°，局部达55°～60°，坡面基岩裸露，植被不发育。厂区范围内岩性为晋宁～澄江期花岗岩(γ2(4))，岩石致密坚硬、强度较高。其矿物成分主要有斜长石、钾长石、石英、黑云母及少量副矿物(如细粒铁矿、榍石、磷灰石等)组成。岩体新鲜，致密坚硬，较完整，围岩多呈次块～块状结构，局部镶嵌结构，极少量碎裂结构，以Ⅲ～Ⅱ类为主，局部裂密带及断层破碎带为Ⅳ类，总体成洞条件较好。挤压带、小断层及裂隙不利组合对洞室稳定有不利影响，厂房上部地下水不发育，以渗水～滴水为主，局部洞段由于地应力高，易产生岩爆。

1.2 施工道路布置

为满足厂房系统的施工，主要利用主体洞室和业主提供的厂房上层施工支洞、主厂房通风洞、厂房中导洞、进厂交通洞、压力管道下平洞、母线洞、尾水连接洞等洞室作为施工通道。施工通道特性及承担的施工任务见表1。

2 开挖分层分区及施工程序

2.1 开挖分层及分区

根据厂房的结构特点、通道条件、施工机械性能，并兼顾岩壁吊车梁混凝土、母线洞开挖支护施工等需要，主、副厂房自上而下分十层进行开挖支护，层内分区、分块。开挖分层，分区、分块详见图1。

2.2 开挖程序及方法

2.2.1 第Ⅰ层开挖

利用厂房两端上层施工支洞、通风洞作为施工通道，从两端进行厂房Ⅰ层中部及两侧扩挖支护，根据厂房特性及工期安排，为减小施工干扰，中部扩挖结束后再进行两侧扩挖支护；中部开挖结束后利用通风洞作为中部剩余支护施工通道，利用上层施工支洞进行上下游两侧扩挖支护施工；中部所有支护结束后再利用通风洞相向进行上下游侧开挖支护施工；上下游两侧扩挖错距进行，错距不小于30 m。

表1 厂房系统施工通道特性

图1 主副厂房开挖分层(单位：m)

开挖采用三臂凿岩台车钻孔，设计轮廓光面爆破，光爆孔间距50 cm，Ⅱ、Ⅲ类围岩排炮循环进尺不大于3.5 m，支护滞后开挖15～30 m；Ⅳ类围岩排炮循环进尺1.0～1.5 m，开挖后及时进行系统喷锚支护，顶拱范围采用砂浆锚杆或自进式中空注浆锚杆进行超前支护。

左右端墙预留3 m保护层，沿平行于轴线的轮廓线及垂直于轴线的端墙面造孔，双向光面爆破，端墙面顶拱圆弧段采用长短钎造孔。

每排炮爆破后反铲挖掘机进行安全处理，开挖渣料采用3.4 m3侧卸装载机或2.7 m3反铲装20 t、28 t自卸汽车运输至指定渣场，主厂房顶拱成型见图2。

图2 主厂房顶拱开挖成型情况

2.2.2 第Ⅲ层开挖(岩壁梁开挖)

Ⅲ层开挖前完成进厂交通洞与厂房相交段的锁口支护、环向预裂及洞口交叉段混凝土衬砌；厂房Ⅱ层开挖支护结束后，进行Ⅲ层中部拉槽的施工预裂；利用通风洞及其斜坡道进行Ⅲ层左半部分中部拉槽，在拉槽过程中爆通进厂交通洞并用爆渣回填，当左半中槽开挖结束后，从进厂交通洞底板开挖斜坡道升坡至第Ⅲ层底板，形成第Ⅲ层左侧施工通道；利用左侧通道对通风洞形成右端通道占压Ⅰ、Ⅱ层斜坡道挖除和支护；结束后继续进行Ⅲ层剩余中部拉槽预裂、开挖和上下游保护层开挖；保护层开挖滞后中部拉槽距离不小于30 m，与中部拉槽形成平面多工序作业；保护层施工的同时进行岩台以上直边墙光爆孔和爆破辅助孔钻孔施工，并插入PVC管对其进行保护；保护层开挖后，进行Ⅳ层预裂及岩台下拐点以下Ⅲ层直边墙系统支护和岩台加强锚杆支护，支护结束后再进行岩台开挖，最后进行岩台锚杆及混凝土施工。

Ⅲ层开挖采用中部拉槽、预留保护层的方法进行。中部拉槽采用履带液压钻机垂直钻孔、梯段爆破开挖，中部拉槽预裂孔距1.0 m，超深0.5 m，中部拉槽排炮循环进尺6.0～10.0 m；边墙下直墙外预留4.0 m保护层，保护层采用手风钻分三层钻垂直孔小台阶光面爆破开挖，第二层光爆孔间距0.35 m，第一、三层光爆孔间距0.50 m，保护层一次爆破长度不大于15 m；岩台斜墙面及上直墙面采用手风钻打斜孔和垂直孔双向光爆，钻孔均采用1.5″钢管搭设样架及导向管进行钻孔精度控制，岩台双面光爆孔孔距0.30～0.35 m，采用特制小直/径药卷间隔装药，高精度非电雷管，电雷管起爆。提前做好相应的爆破试验工作，设计轮廓线的造孔设备结合其他工程施工经验，采用特制的定型样架进行固定，确保造孔精度及成型质量；爆破参数根据不同地质条件通过现场试验确定，主厂房岩壁梁开挖成型情况见图3。

图3 主厂房岩壁梁开挖成型情况

2.2.3 第Ⅷ、Ⅸ、Ⅹ层开挖(基坑开挖)

基坑分三大层五小层开挖，层高分别为：4.0 m、8.5 m、7.5 m、1.9 m。

Ⅷ层开挖采用手风钻水平开挖，底板采用光面爆破，开挖排炮循环进尺不大于3.5 m，光爆孔间距0.5 m。

Ⅸ层采用导井法、周边预留保护层方式进行开挖；尾水扩散段上层开挖支护结束后，向前开挖基坑中导洞(断面7.0 m×6.0 m)到Ⅸ层下部，从Ⅷ层机坑中部先开挖导井(Φ3.0 m)作为溜碴井，然后对其四周进行扩挖，周边预留3.0 m保护层，最后分两层进行保护层开挖及Ⅸ层支护。导井采用履带液压钻机或轻型潜孔钻自上而下1次造孔到位，采取一次装药分段爆破成型；导井四周扩挖及中槽开挖也采用履带液压钻机或轻型潜孔钻垂直钻孔，梯段爆破；四周边墙保护层采用手风钻垂直钻孔光面爆破逐层扩挖，光爆孔间距0.5 m。

Ⅹ层分为两层周边预留3.0 m保护层开挖；Ⅸ层支护结束后再进行Ⅹ层开挖，上层中部在开挖中导洞时已开挖，因此先进行上层保护层开挖，再进行下层中部开挖，最后进行下层周边保护层开挖；基坑Ⅹ层总体开挖程序与Ⅸ层一致按4号机→1号机的顺序开挖支护。Ⅹ层上下层均采用三臂台车钻孔，周边保护层则采用手风钻开挖，中部开挖采用水平开挖方法，底板光面爆破，周边保护层采用垂直开挖，采用光面爆破，光爆孔间距0.5 m。

2.2.4 其他各层开挖

其他各层开挖采用边墙先预裂，中部拉槽后两侧开挖的方式。预裂孔采用轻型潜孔钻造孔，预裂孔间距0.8 m，孔径76 mm，线装药密度350～400 g/m。中部拉槽采用潜孔钻造孔，孔内非电雷管微差挤压梯段爆破。装载机、反铲配合自卸车出渣，主厂房边墙开挖成型见图4。

图4 主厂房边墙开挖成型情况

3 特殊部位及不良地质段开挖

3.1 厂房顶拱开挖

顶拱开挖时，均宜先开挖导洞，再进行扩挖。开挖时尤其应重视顶拱的稳定，加强监测及数据反馈，及时支护，确保围岩稳定。开挖时质点振动速度按投标技术条款规定执行。

3.2 地下厂房岩壁吊车梁部位的开挖

(1)梁岩台开挖之前，做好爆破振动试验，以指导爆破设计。

(2)岩壁吊车梁层开挖时，吊车梁附近应预留3～4 m厚的岩石保护层。

(3)岩壁吊车梁的岩壁开挖应采取光面爆破，爆破参数需经试验确定；严格控制一次起爆药量，确保岩壁成型，保证岩壁的完整和稳定，尽量减小由于爆破而产生的岩石松动范围。实测松动范围须小于0.2 m。

(4)岩壁不允许欠挖，超挖不大于0.1 m。岩壁开挖后，应清除爆破产生的裂隙及松动岩石，清洁岩壁面，及时进行岩壁斜面修整，斜面与水平面的夹角与设计值相比应偏小，但不小于3°。

3.3 地下厂房高边墙的开挖

(1)地下厂房边(端)墙开挖应遵循“先洞后墙”原则，边墙在开挖挖至相应洞口(母线洞、压力管道、尾水管洞、进厂交通洞等)高程之前，应先完成相应岔口开挖及锁口支护，再下降边墙。

(2)采用预裂爆破，薄层开挖、适时支护的开挖方法。

(3)预裂爆破参数需经试验确定，严格控制梯段爆破一次起爆药量。

3.4 不良地质段处理措施

(1)不良地质洞段开挖支护，首先探明断层的准确位置、产状及影响范围，应根据围岩特性对局部不稳定部位增设随机锚杆；对控制稳定的软弱结构面，采取预应力锚束加固并伸到完整岩体中维护围岩稳定。

(2)在松散、软弱破碎的岩体中开挖洞室，应尽量减少对围岩的扰动，宜采用先护后挖，边挖边扩，或先对岩体进行加固后再开挖等方法。必要时安设钢支架(格栅支架)增加支护能力。有地下水部位时打设排水孔，降低地下水压力，避免地下水对喷混凝土的渗透破坏。

4 结 语

长河坝水电站地下厂房工程具有工程规模大、地质条件复杂、质量要求高、施工干扰大等特点，通过运用科学的施工组织管理，采用“平面多工序、立体多层次”的施工方法，于2010年12月1日开工，2013年4月30日开挖结束，历时29个月，比合同工期提前7个月完成，施工中安全、质量等各项指标得到了有效保障。