纵横贯通法快速开挖水电站地下厂房施工技术

许东升

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450000）

一、工程概况

古瓦水电站位于四川省甘孜藏族自治州乡城县境内，是硕曲河干流乡城、得荣段“一库六级”梯级开发方案中的“龙头水库”电站。电站地下厂房从右至左依次布置安装间、主机间和副厂房，总长度80.14m、最大开挖宽度19.90m、最大开挖高度43.12m。地下厂房开挖量大，其施工进度是直接影响水电站直线工期的重要因素；而地下厂房跨越的地质围岩情况差别较大，局部存在不稳定块体，并且高原地区氧气稀薄，对施工均会造成不利影响。

二、施工过程中的创新点

（一）利用与地下厂房联通的各个洞室在地下厂房合适的层面开挖导洞，已完成导洞开挖的层面在开挖至本层时只需进行扩挖。导洞贯通后开挖贯通上下层的通风竖井，通过导洞和通风竖井将地下厂房纵横贯通，形成多工作面同时作业。

（二）通过上下层导洞及通风竖井形成的自然通风系统，再配合通风机为地下厂房通风，提高通风效果。

（三）使用微差起爆方法开挖通风竖井，成型快，安全风险低。

（四）通风竖井也可以用来溜渣，在竖井上层和其所在层开挖时皆可以将渣体溜向下层导洞出渣，出渣的同时施工层进行支护作业，加快施工进度。

（五）针对高原空气稀薄地区的地下厂房，如果通风不能满足要求，海可以使用工业制氧机为工作面内输送氧气。

（六）提前开挖地下厂房第六层的肘管部分，而在扩挖第五层时，部分开挖渣体溜入肘管处存放，给第五层提供支护平台，同时节约了开挖时间。

（七）各层开挖的导洞和通风竖井给本层提供了爆破开挖临空面，降低了爆破震动影响。

三、实施措施

（一）实施流程

现场准备→由排风洞进入地下厂房第一层开挖导洞，同时由进厂交通洞进入地下厂房第三层开挖导洞→开挖联通第一、三层的通风竖井→厂房第一层扩挖，由通风竖井溜渣至第三层导洞出渣→厂房第二层扩挖，由通风竖井溜渣至第三层导洞出渣，同时由压力管道1#～3#支管进入地下厂房开挖第五层导洞→开挖联通第三、五层的通风竖井→厂房第三层扩挖，由通风竖井溜渣至第五层导洞出渣→厂房第四层开挖，由通风竖井溜渣至第五层导洞出渣，同时由1#～3#尾水连接洞进入第六层开挖肘管部分→厂房第五层扩挖，部分渣体暂落入第六层存放→第六层修边、清底。地下厂房分层分块开挖如图1。

（二）施工工艺

1.第一、三层导洞开挖

施工准备工作完成后，由排风洞进入地下厂房开挖第一层导洞，同时由交通洞进入地下厂房开挖第三层导洞，导洞断面以方便出渣和方便液压钻机施工为宜，但不能超过厂房设计开挖轮廓线。导洞支护形式应参照排风洞和交通洞支护形式，遇围岩破碎洞段应加强支护。

2.贯通第一、三层的通风竖井开挖

地下厂房第一层和第三层导洞都完成后进行贯通第一、三层的通风竖井。通风竖井直径为1.4m～2.0m，深度为第一层导洞底板至第三层导洞顶拱。由于通风竖井深度不大，可采用微差起爆法一次开挖。

使用液压钻机将通风竖井爆破孔一次钻孔到位，分层不耦合间断装药，层与层爆破间隔时间为25ms。爆破钻孔应适当向外倾斜，爆破后形成的通风竖井呈“圆台”型。为形成更好的通风效果，通风竖井可开挖3～5 个。通风竖井孔钻孔、装药如图2 所示。

通风竖井开挖完成后，调整厂房通风形式，由原来的压入式通风改为混合式通风：自交通洞洞口向厂房内供风，经交通洞、第三层导洞、通风竖井至第一层导洞，然后由第一层导洞向排风洞外抽风。通过自然通风系统并配合机械供风，达到较好的通风效果。通风竖井贯通后供风形式如图3 所示。

通风竖井属于安全“四口”之一，贯通后务必做好井口防护工作。

通风机械要根据：①排除炮烟需风量；②洞内同时工作的最多人数所需空气量；③允许最低平均风速所需通风量；④爆破后稀释有害气体至许可最高浓度所需空气量；⑤稀释内燃机废气的所需要空气量与同时工作的人员必需通风量的合计量，按五种计算结果的最大值再减掉自然通风量而选择。自然通风量要根据通风断面与风速计算而得。

针对高原缺氧地区，如依靠通风不能满足氧气供应，可在洞外配置工业制氧机向洞内输送氧气。工业制氧机如图4。

3.地下厂房第一层扩挖

通风竖井开挖完成后进行地下厂房第一层扩挖，扩挖产生的渣体经通风竖井溜渣至第三层导洞出渣。在出渣的同时可进行第一层的支护工作，形成多工作面同时作业。第一层扩挖出渣如图5 所示。

地下厂房第一层为穹顶层，支护主要采用锚杆+挂网+喷射混凝土支护，锚杆使用单臂钻钻孔，“先插杆、后注浆”施工工艺，钢筋网片规格为Φ8@200mm，喷混凝土采用湿喷法喷射C20 混凝土。

4.地下厂房第二层开挖

地下厂房第一层扩挖完成后进行第二层开挖，开挖时由通风竖井附近开始爆破，通风竖井为爆破提供临空面，减少爆破振动对地下厂房的不利影响。开挖产生的渣体同样经通风竖井溜渣至第三层导洞出渣。第二层开挖出渣如图6 所示。

地下厂房第二层为岩锚梁层，为保证岩锚梁的稳定，开挖时要采用预裂爆破的方式为岩台预留保护层。并且岩台开挖之前要进行爆破试验确定岩台爆破参数。

地下厂房第二层支护同样采用锚杆+挂网+喷射混凝土支护，支护时要特别注意岩锚梁锚杆施工质量。

5.第五层导洞开挖

第二层开挖的同时，由压力管道1#～3#支管进入地下厂房第五层开挖导洞，开挖形式同第一、三层导洞。

6.贯通第三、五层的通风竖井开挖

待地下厂房第二层开挖和第五层导洞开挖完成后，再开挖贯通第三、五层的通风竖井，通风竖井开挖形式参照图2。

本层通风竖井开挖完成后，自压力管道施工支洞洞口向厂房内供风，经压力管道下平洞（尾部洞段）、1#～3#支管、第五层导洞、通风竖井至第三层导洞，然后由第三层导洞向交通洞外排风。供风形式参照图3。

7.地下厂房第三层扩挖

贯通第三、五层的通风竖井开挖完成后进行地下厂房第三层扩挖，扩挖产生的渣体经通风竖井溜渣至第五层导洞出渣，减少出渣对第三层的影响，在出渣的同时进行第三层的支护工作。参照地下厂房第一层扩挖。

8.地下厂房第四层开挖

第三层扩挖完成后进行第四层开挖，开挖产生的渣体经通风竖井溜渣至第五层导洞出渣。参照地下厂房第二层开挖。

9.开挖部分肘管

为合理利用开挖时间，在厂房第四层开挖的同时，由1#～3#尾水连接洞进入第六层将肘管开挖一部分，减轻第六层的开挖负担。

10.第五层扩挖

第四层开挖完成后，第六层的部分肘管也开挖完成，这时扩挖第五层，第五层的一部分渣体溜入第六层存放，其余由压力管道支管出渣至渣场。

11.第六层修边、清底

地下厂房第六层已在第四层开挖时开挖部分肘管，这时仅需要进行少量开挖修边，之后将底板清理干净。

四、结语

地下厂房作为水电站的重要组成部分，开挖量大、工期紧，容易成为“卡脖子”工程。为满足地下厂房工期要求，本文提出“纵横贯通法”快速开挖地下厂房的施工管理思路，希望能够对类似工程提供有益的经验。