浅议水电站大跨度地下厂房开挖安全控制技术刘应均

浅议水电站大跨度地下厂房开挖安全控制技术刘应均

刘应均

中国水利水电第七工程局有限公司四川成都610213

摘要：水电站大跨度地下厂房的建设，比一般建筑的施工难度更大，本文对水电站大跨度地下厂房开挖安全控制技术进行深入的研究和分析，为水电站大跨度地下厂房建设提供更多可行的建议，保证施工安全，提升水电站大跨度地下厂房的质量水平。

关键词：水电站；地下厂房；大跨度；开挖；安全技术

要保证水电站大跨度地下厂房的施工安全和建筑质量，就必须要解决好围岩稳定问题，这也是施工的主要难点。笔者以某水电站大跨度地下厂房工程为例，对水电站大跨度地下厂房开挖安全控制技术进行系统的分析，为同类工程施工提供一定的经验和借鉴。

1、工程概况简析

该水电站大跨度地下厂房共有9台机组，总装机容量为6300MW，主、副安装场和主机间共同构成主厂房。该水电站大跨度地下厂房在开挖过程中，具有以下特点：首先，厂房的跨度大（最大跨度30.7m），主厂房长度388.5m，高度77.3m。其次，该水电站大跨度地下厂房施工地点的岩性具有不均匀的特点，地质条件极为复杂，岩层走向和洞室轴线的交角小，给施工带来了极大的困难。

2、水电站大跨度地下厂房顶拱层具体施工

2.1选择适合的施工方案

在选择施工方案的过程中，结合实际条件，主要考虑三方面的因素：

第一，该厂房围岩层间错动发育，对洞室进行开挖就会引起围岩上游侧剪切滑动，下游则会发生侧倾倒蠕变，导致拱顶局部掉块，因此需要采用有效的方法，解决顶拱应力集中的情况，防止变形过大。

第二，由于厂房跨度大，洞室长，因此要结合围岩的具体类别，采取分块模式合理施工。

第三，采用多头工作面的方式，提高开挖和支护平行施工质量，缩短工期。

2.2选择主要施工方法和施工程序

2.2.1主要施工方法

首先，开挖时要在导洞的两侧平行交错施工，掌子面的距离要超过200米，以保证爆破施工安全。

其次，中间岩柱进行开挖施工时，要注意必须根据围岩类别不同，采用不同的施工方法，以确保顶拱开挖质量。在案例工程中，由于断面宽度大，因此顶拱矢高较小，其高度约为1.5米左右。常用的施工方法有两种：第一种方法是针对Ⅱ、Ⅲ类围岩的，在周边设置间距为50厘米的光爆孔，填装密度为110克/米的线装药，进行全断面光面爆破施工。第二种施工方法主要针对Ⅳ类围岩，控制2米以内的开挖尺，采取半幅间隔开挖，在周边设置间距为40厘米的光爆孔，然后进行超前锚杆支护以及减弱爆破施工。

再次，为避免中墩开挖时围岩变形，保证围岩稳定，在对中间的支撑岩柱进行开挖之前，必须要对相邻50米内已完成开挖工作的导洞进行支护，可采用锚杆、喷钢纤维混凝土等做为支护材料。

最后，对中墩进行开挖时支护要按5米距离挖进，形成成拱效应，防止岩体变形及错动[1]。

2.2.2施工程序

施工过程中，要进行两则导洞双向开挖，贯通后再对中墩监测断面进行开挖，同时安装监测仪器，再逐步以分块的模式对中墩进行开挖工作。具体施工情况如下图：

地下厂房顶拱开挖程序

3、高边墙开挖施工要点

首先，进行通道施工，不同层其开挖项目各不相同，在Ⅱ到Ⅲ层进行开挖，其主要开挖项目包括母线排风洞、进场交通洞等，在Ⅳ到Ⅵ层，主要开挖引水下平洞，Ⅶ到Ⅸ层主要开挖尾水洞。

其次，中槽采用预留保护层潜孔钻进行造孔。采用梯段预裂爆破的方式开挖。要先用手风钻造孔，还要对边墙预裂，孔的深度为4.5米，中槽宽度在15到18.9米之间。

再次，边墙保护层要采取分块开挖方法，保护层以2.5到3米的梯段高度，实施分层开挖。用手风钻造孔，预裂爆破开挖。需注意的是，保护层开挖后，必须要跟进支护，爆破孔的间距为50厘米，装药线的密度为180到200克/米。

然后，对岩锚梁保护层开挖，要分为两部分进行施工，先对保护层的外层进行开挖施工，宽度应为5米。然后再对岩台部们的保护层进行开挖施工，其宽度应为90厘米。在岩台部位的保护层，进行手风钻孔开挖，光面爆破孔的间距为25厘米，采用不偶合隔孔装药法，其密度为100克/米，然后进行光面爆破。

4、施工期围岩稳定性初步分析

4.1浅表性松驰变形

在开挖过程中，在进行岩面爆破后，需要对厂房的岩围岩松驰塑性区进行测试，以防止发生围岩浅表性松驰变形。造成围岩浅表层松驰变形的主要原因就是开挖爆破，开挖爆破导致岩体承载质量降低，造成洞室应力重新分布，进而引起松弛变形[2]。在案例工程中，Ⅱ类围岩保护层中，其松驰塑性区的深度范围是2.2到4.4米。根据这一数据结构，在施工过程中保护层的厚度必须要大于4米，从而达到减小边墙开挖爆破产生的振动影响。

4.2厂房围岩位移变形监测

案例工程中的大跨度地下厂房，其内部共布置监测断面7条，监测仪器的点位分布方向是按照洞室径向布置的。在开挖期间就要安装监测仪器，与施工进度同步预报监测结果，从而有效监测厂房的围岩位移变形情况，并针对实际情况，采取有效措施进行处理，保证水电站大跨度地下厂房的施工质量安全[3]。下表是案例工程中围岩位移与施工历程的分析情况，可进行参考。

结束语

根据实际工程案例来看，水电站大跨度地下厂房的开挖安全控制工作涉及到多个方面，针对不同阶断的开挖工作，其安全控制技术各不相同，采取有针对性的安全控制技术，从而保证开挖工作的顺利进行，保证水电站大跨度地下厂房的施工安全。

参考文献

[1]王伟玲，李友华.特大型地下厂房开挖支护关键技术研究与创新[J].红水河，2017，36（4）：10-15.

[2]卢春亭.大跨度拱形结构高空移动模架在水电站地下厂房顶拱施工中的应用[J].施工技术，2017，46（14）：45-48.

[3]补约依呷，万祥兵.锦屏二级水电站大跨度地下厂房吊顶结构技术[J].红水河，2016，35（3）：31-33.

作者简介：

刘应均，男，汉族，工程师，大学本科学历