淺談陽(yáng)江抽水蓄能電站輸水發(fā)電系統(tǒng)大跨度廠房洞室開挖支護(hù)施工技術(shù)研究與實(shí)踐

淺談陽(yáng)江抽水蓄能電站輸水發(fā)電系統(tǒng)大跨度廠房洞室開挖支護(hù)施工技術(shù)研究與實(shí)踐摘要：陽(yáng)江抽水蓄能電站地下廠房存在跨度大、相鄰洞室多、巖體挖空率高及高邊墻變形問題等特點(diǎn)。介紹了大跨度廠房洞室開挖施工的程序、方法及施工要點(diǎn)。闡述了施工中遇到的重大技術(shù)問題及應(yīng)采取對(duì)策措施。工程實(shí)踐表明，合理的施工通道和開挖分層布置，實(shí)施“立體多層次，平面多多工序”的施工方法，嚴(yán)格遵循“弱爆破、快速封閉、及時(shí)錨固”的作業(yè)程序，采用“深層預(yù)裂、淺層開挖”的施工工藝，強(qiáng)化圍巖安全監(jiān)測(cè)的反饋分析，及時(shí)采取加強(qiáng)支護(hù)措施，確保大跨度洞室在開挖工程中處于受控狀態(tài)，消除安全風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：廠房頂拱；廠房高邊墻；開挖技術(shù)；陽(yáng)蓄水電站

1.工程概況

陽(yáng)江抽水蓄能電站位于廣東省陽(yáng)春市與電白縣交界處的八甲山區(qū)。電站規(guī)劃裝機(jī)容量2400MW，分兩期建設(shè)，近期裝機(jī)容量1200MW（3臺(tái)機(jī)組）。地下廠房由主機(jī)間、安裝間和副廠房三部分組成，開挖尺寸長(zhǎng)156.5m、寬26.0m（巖壁梁以上開挖寬度為27.5m）、最大開挖高度為61.3m。

2.工程地質(zhì)

該工程程區(qū)域出露地層巖性燕山三期（γ52（3））灰白色中粗粒黑云母花崗巖為主，局部有灰白色細(xì)粒黑云母花崗巖，南側(cè)為加里東期混合巖，地質(zhì)構(gòu)造、環(huán)境地質(zhì)、水文地質(zhì)較復(fù)雜。

3.主要施工方案

3.1施工通道及分層

陽(yáng)蓄水電站廠房在頂部、中部和底部均布置有永久隧道或施工支洞，作為各層施工通道。施工通道為3#施工支洞、交通洞、6#施工支洞、引水支管及尾水支管，其中3#施工支洞作為上部的開挖支護(hù)通道，交通洞及6#施工支洞作為中部的開挖支護(hù)通道，引水支管及尾水支管作為下部的開挖支護(hù)通道。

根據(jù)廠房跨度和高度等結(jié)構(gòu)特性、施工通道的布置情況及開挖支護(hù)設(shè)備的特性，對(duì)洞室開挖開挖進(jìn)行了分層分塊，主廠房開挖高度61.3m，共分7層進(jìn)行施工，層厚為8～10m，開挖分層見圖1

3.2施工程序

陽(yáng)蓄水電站地下廠房按照“立體多層次，平面多工序”的思路，統(tǒng)籌考慮和規(guī)劃廠房各層開挖的施工程序技術(shù)施工布置。

（1）“立體多層次”的總體開挖程序

1）母線洞提前進(jìn)入廠房的施工程序

主變洞頂拱緊跟主廠房Ⅰ層頂拱開挖，主變洞第Ⅰ層開挖支護(hù)完成后，盡快完成Ⅱ?qū)娱_挖支護(hù)后，在主變洞第Ⅲ層下游以開槽的式形成通道，盡早進(jìn)行母線洞開挖，按間隔、跳洞開挖的順序依次完成母線洞開挖及廠房側(cè)的鎖口支護(hù)，實(shí)現(xiàn)“先洞后高邊墻”的開挖目標(biāo)，利于廠房下一部的快速施工，又有利于廠房高邊墻的安全穩(wěn)定及巖錨梁施工。

2）引水支管提前進(jìn)入廠房的施工程序

廠房巖錨梁混凝土澆筑施工期間，主變洞等鄰近洞室開挖暫停施工，在廠房開挖第Ⅱ?qū)悠陂g，從1#～3#引水支管進(jìn)入廠房第Ⅴ、Ⅵ層2m，并完成鎖口支護(hù)。

3）尾水管提前進(jìn)入廠房的施工程序

在廠房第Ⅳ層開挖與支護(hù)期間，1#～3#尾水支管開挖與支護(hù)基本完成后，從5#施工支洞經(jīng)1#～3#尾水支管提前進(jìn)入廠房底部，提前進(jìn)行廠房第Ⅶ層開挖及支護(hù)。

圖1

地下廠房開挖分層分塊圖

（2）合理施工布局，實(shí)現(xiàn)“平面多工序”

盡量在廠房各層設(shè)置雙通道、循環(huán)通道，利用廠房的長(zhǎng)度和寬度，在廠房各層設(shè)置雙面或多面作業(yè)的施工布局，實(shí)現(xiàn)廠房各層、層間施工作業(yè)的搭接與穿插，實(shí)現(xiàn)多工序的平行作業(yè)、穿插作業(yè)及流水作業(yè)。

3.3施工方法

（1）廠房第一層開挖支護(hù)

開挖從3#施工支洞以12%的降坡進(jìn)入廠房第一層，中導(dǎo)洞超前開挖，上下游擴(kuò)挖錯(cuò)距跟進(jìn)，錯(cuò)距不小于30m。中導(dǎo)洞開挖斷面為10.0m×10.0m，兩側(cè)擴(kuò)挖寬度為8.75m。開挖施工采用三臂鑿巖臺(tái)車鉆孔，設(shè)計(jì)輪廓線光面爆破；排炮循環(huán)進(jìn)尺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類圍巖不大于3.5m，Ⅳ類圍巖1.0m～1.5m。Ⅳ類圍巖根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況采用“分部開挖、分部支護(hù)”的原則進(jìn)行開挖，支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)，對(duì)于局部不利結(jié)構(gòu)面組合、斷層及其影響帶，必要時(shí)進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。端墻預(yù)留2m保護(hù)層，采用手風(fēng)鉆造孔，雙向光面爆破。

（2）廠房第Ⅱ?qū)娱_挖支護(hù)

本層總體施工程序?yàn)椋菏紫冗M(jìn)行中部巖體開挖，然后開挖兩側(cè)預(yù)留保護(hù)層，最后進(jìn)行巖臺(tái)開挖。中部巖體采用ROCD9液壓鉆鉆孔，薄層梯段開挖；保護(hù)層采用手風(fēng)鉆鉆孔，淺孔分層開挖，輪廓面采用光面爆破；巖臺(tái)開挖采用豎孔+斜孔雙向光面爆破。

（3）廠房第Ⅲ～Ⅵ層開挖支護(hù)

各層主要采用邊墻深孔結(jié)構(gòu)預(yù)裂+薄層梯段開挖的方法施工；邊墻預(yù)裂采用φ48鋼管搭設(shè)標(biāo)準(zhǔn)樣架進(jìn)行定位、導(dǎo)向，100Y潛孔鉆鉆孔；梯段開挖及施工預(yù)裂，采用ROCD9液壓鉆機(jī)豎向鉆孔；建基面及兩側(cè)墻保護(hù)層開挖，采用YT28手風(fēng)鉆造孔，臺(tái)炮平推，設(shè)計(jì)邊線光面爆破。

（4）廠房第Ⅶ層開挖支護(hù)

廠房Ⅶ層為機(jī)坑開挖，通過(guò)尾水支管提前進(jìn)入，進(jìn)行廠房第Ⅶ層開挖，設(shè)計(jì)邊線光面爆破。

4．施工中遇到的重大技術(shù)問題及應(yīng)對(duì)措施

地下洞室群布置相對(duì)集中，爆破震動(dòng)干擾大，廠房開挖斷面大，遇到的斷層多，合理安排大斷面洞室、平行洞室、層疊洞室、交叉洞室的施工程序，選取合適的開挖支護(hù)方式，對(duì)保證大跨度、高邊墻洞室和洞室群穩(wěn)定至關(guān)重要，為確保洞室群開挖圍巖穩(wěn)定和施工安全，對(duì)廠房頂拱和高邊墻分別采取如下應(yīng)對(duì)措施

（1）廠房頂拱開挖圍巖穩(wěn)定

1）廠房頂拱先進(jìn)行中部開挖支護(hù)超前，再滯后進(jìn)行上、下游兩側(cè)頂拱部分的擴(kuò)挖及支護(hù)，兩側(cè)擴(kuò)挖掌子面錯(cuò)開30m以上跟進(jìn)，以減小洞室頂拱一次性開挖跨度，控制圍巖有害變形；無(wú)論中部還是兩側(cè)擴(kuò)挖，每排炮開挖后及時(shí)施工隨機(jī)錨桿，并噴一層混凝土，防止圍巖松馳掉塊，再進(jìn)行系統(tǒng)永久支護(hù)結(jié)構(gòu)施工。兩側(cè)擴(kuò)挖時(shí)嚴(yán)格控制單響藥量，爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度滿足規(guī)范要求。

2）斷層帶及節(jié)理裂隙發(fā)育洞段頂拱開挖嚴(yán)格按“超前探測(cè)，預(yù)錨固（或預(yù)灌漿）、短進(jìn)尺、弱爆破、少擾動(dòng)，早封閉、強(qiáng)支護(hù)、勤量測(cè)”的施工原則，采取超前錨桿或注漿小導(dǎo)管超前支護(hù)，開挖后采用隨機(jī)預(yù)應(yīng)力錨桿或中空注漿錨桿，雙層鋼筋網(wǎng)片加噴聚丙烯粗纖維混凝土支護(hù)；對(duì)結(jié)構(gòu)面不利組合形成的不穩(wěn)定塊體，采用隨機(jī)長(zhǎng)錨桿或預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行支護(hù)，確保成洞圍巖穩(wěn)定。對(duì)小角度切割廠房端墻附近出露且與端墻平行的斷層，在保護(hù)層開挖前采取超前錨桿支護(hù)，開挖后及時(shí)進(jìn)行噴錨支護(hù)，保證端墻穩(wěn)定。

3）頂拱層開挖過(guò)程中，圍巖應(yīng)力和變形在不斷調(diào)整和變化，應(yīng)及時(shí)分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并據(jù)此進(jìn)行圍巖穩(wěn)定分析，及時(shí)調(diào)整支護(hù)措施和支護(hù)參數(shù)。

（2）廠房高邊墻開挖穩(wěn)定

1）高邊墻采取“先洞后墻”原則控制開挖

交通洞、母線洞、6#施工支洞、引水支管及尾水支管相繼貫入廠房高直邊墻時(shí)，采取先行貫入廠房2m，交叉口徑向預(yù)裂；在洞口開挖前，洞口進(jìn)行周邊鎖口錨桿支護(hù)，并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)及數(shù)據(jù)反饋分析，以便確定后續(xù)的開挖、支護(hù)方案。

2）采取控制爆破技術(shù)，薄層開挖、及時(shí)支護(hù)

梯段開挖采取“梯段規(guī)格線一次預(yù)裂、薄層開挖、隨層支護(hù)”，減小邊墻自由變形高度，縮短松弛變形時(shí)間，以有效控制高邊墻有害變形，保證高邊墻的穩(wěn)定。對(duì)于洞室邊墻上的斷層帶及由結(jié)構(gòu)面不利組合形成潛在的不穩(wěn)定塊體，采取薄層開挖、隨層支護(hù)尤為重要。

施工中嚴(yán)格控制預(yù)裂爆破、梯段爆破一次起爆藥量，開挖爆破最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。每小層邊墻開挖結(jié)束后，及時(shí)對(duì)不良地質(zhì)帶進(jìn)行噴混凝土和隨機(jī)錨桿支護(hù)；在立面上保證上層系統(tǒng)噴錨支護(hù)完成后再進(jìn)行下一層的開挖作業(yè)。

5．結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合陽(yáng)江抽水蓄能電站地下廠房施工的實(shí)例，簡(jiǎn)要闡述了地下大跨度洞室群施工的程序、工藝、方法