红卫桥水电站地下厂房开挖与支护施工技术

红卫桥水电站地下厂房开挖与支护施工技术
李才平;王新龙
【摘要】红卫桥水电站地下厂房具有跨度大,高边墙,长度较短,地质条件多变的特点.文章以红卫桥水电站为例,介绍了地下厂房开挖与支护施工技术.
【期刊名称】《黑龙江水利科技》
【年(卷),期】2018(046)011
【总页数】4页(P162-164,212)
【关键词】地下厂房;岩壁梁;高边墙;开挖;支护;施工技术
【作者】李才平;王新龙
【作者单位】中国水利水电第八工程局有限公司,长沙410004;中国水利水电第八工程局有限公司,长沙410004
【正文语种】中文
【中图分类】TV551.4
1 工程概况
红卫桥地下厂房开挖开尺寸为76.14m×(17.1-18.9)m×41.99m(长×宽×高)，开挖顶高程为2593.4m，底高程为2551.41m，最大开挖跨度18.9m。

顶拱及边墙支护型式为系统锚杆+挂网+喷混凝土。

顶拱为φ32，9m与φ25，4.5m长短结合锚杆，间排拒3m×3m，梅花型相间布置。

喷混凝土C20，厚20cm，挂钢筋网φ8@20cm×20cm。

岩锚吊车梁以上边墙采用φ28，6m与φ25，4.5m长短结
合锚杆，间排拒3m×3m，喷混凝土，挂网型式同顶拱。

岩锚吊车梁以下边墙采
用φ28，6m与φ25，4.5m长短结合锚杆，间排拒4m×4m，喷混凝土C20，厚15cm，挂钢筋网φ8@20cm×20cm。

地下厂房围岩为三叠系中统杂谷脑组上段(T2z2)变质砂岩夹少量板岩，岩层产状：N50°-75°W/SW∠50°-60°，水平埋深约220m，垂直埋深约240m。

变质砂岩中细粒结构，厚—巨厚层状构造为主，单层厚度一般1.0-2.5m，部分0.3-0.8m，岩石致密坚硬。

岩石主要呈微风化-新鲜。

地下厂房洞室纵向边墙与层面裂隙和节理近直交，与优势裂隙之间小角度相交，裂隙间距较大，随机发育的裂隙多短小，岩体较完整，岩体主要为厚层状结构和镶嵌结构，围岩主要为Ⅲ类，洞室围岩稳定性总体上较好。

顶拱围岩主要受随机分布的缓倾角裂隙影响，总体上稳定性较好，但局部因结构面不利组合可能构成潜在不稳定块体，施工中需加强临时支护。

2 施工通道布置
地下厂房施工利用系统布设的排风洞、进场交通洞和3条施工支洞，并增加施工
支洞岔洞以及排风洞底板扩挖降坡作为施工通道。

详见图1。

图1 施工通道布置图
厂房施工通道特性表如表1所示。

3 施工程序
主厂房从上而下分7层开挖施工，每层开挖过程中，按设计要求及时进行支护。

以主厂房施工为主线，统筹安排主变室、母线洞、尾水隧洞等相邻洞室的施工，按“先洞后墙”的原则，在主厂房开挖到相应洞顶之前完成开挖支护，贯入厂房边墙2m，并完成交叉洞口的锚喷支护和径向预裂，在交叉口段加强支护、加强衬砌等，确保高边墙围岩的稳定，并按时为厂房不同高程的开挖提供施工通道[]。

表1 厂房施工通道特性表施工通道长度/m进口高程/m交主洞高程/m纵坡/%主
要用途排风洞169.425812587.710主厂房Ⅰ、Ⅱ层施工进场交通洞
199.972577.62572.14.02主厂房Ⅲ层施工1#施工支洞2802574.92556.2-6.7主厂房Ⅳ层施工3#施工支洞352556.22555.3-2.6主厂房Ⅴ层施工2#施工支洞1502556.22552.1-2.7主厂房Ⅵ层施工
4 开挖方法
4.1 厂房第Ⅰ层开挖
排风洞贯通后即可进入地下厂房进行第Ⅰ层的开挖支护施工，Ⅰ层开挖支护完后进行第Ⅱ层的开挖支护。

1)施工程序：Ⅰ1层中导洞开挖及支护→Ⅰ2层扩挖→Ⅰ3层上下游边墙开挖及支护，顶拱9m长锚杆随Ⅰ2层扩挖掌子面推进同步施工。

第Ⅰ层首先完成中部
7×6.78m中导洞开挖即底板扩挖，然后两侧扩挖，扩挖在同一工作面上下游侧扩挖按错距进行，支护紧跟开挖掌子面进行。

采用YT28手风钻钻孔，设计轮廓光面爆破，排炮循环进尺2.7m。

2)施工方法：中导洞采用YT28气腿式风钻造孔，中部楔形掏槽，顶拱光面爆破。

扩挖采用YT28气腿式风钻造孔，周边光面爆破。

3.0m3装载机装25t自卸汽车运输出渣，1.0m3液压反铲清面。

主厂房开挖分层横剖面图见图2，厂房开挖分层表以及各层开挖环时间表见表2-表5。

图2 主厂房开挖分层横剖面图表2 厂房开挖分层表工程部位起止高程/m高度/m 主要施工通道主副厂房Ⅰ开挖及支护2593.40-2583.629.78排风洞及底板扩挖斜坡道道Ⅱ层开挖及支护2583.62-2576.706.92排风洞底板扩挖斜坡道岩壁吊车梁混凝土----排风洞底板扩挖斜坡道Ⅲ开挖及支护2576.70-2569.707.00主变运输洞Ⅳ开挖及支护2569.70-2560.709.001-1#施工支洞Ⅴ开挖及支护2560.70-
2554.506.203#施工支洞Ⅵ开挖及支护2554.50-2551.413.092#施工支洞
表3 厂房Ⅰ层Ⅱ、Ⅲ类围岩段开挖循环时间表部位时间单位测量放线超前支护造孔装药爆破通风散烟安全处理出渣洞室支护循环时间Ⅰ-1区
h1.005.01.51.00.53.0跟进12Ⅰ-2区h1.004.01.51.00.53.0跟进11备注开挖循环进尺2.7m,综合月进尺90m。

表4 厂房Ⅰ层Ⅳ类围岩段开挖循环时间表部位时间单位测量放线超前支护造孔装药爆破通风散烟安全处理出渣洞室支护循环时间Ⅰ-1区
h1.003.51.50.50.52.04.513.5Ⅰ-2区h1.002.51.50.50.52.04.512.5备注开挖循环进尺1.8m,综合月进尺55m。

表5 厂房Ⅰ层Ⅴ类围岩段开挖循环时间表部位时间单位测量放线超前支护造孔装药爆破通风散烟安全处理出渣洞室支护循环时间Ⅰ-1区
h1.002.01.00.50.51.0612Ⅰ-2区h1.001.51.00.50.51.0611.5备注开挖循环进尺0.95m,单工作面综合月进尺30m。

4.2 厂房第Ⅱ层开挖
第Ⅱ层开挖采用ROC D7液压钻对中槽进行梯段预裂爆破。

中槽超前30m以上，上、下游边墙预留3m保护层手风钻垂直钻孔梯段爆破，错距跟进；左、右端墙保护层采用手风钻垂直钻孔光面爆破。

中间拉槽梯段爆破及边墙保护层循环进尺8-10m。

采用1.6m3挖掘机装20t自卸汽车出渣。

两侧保护层及三角体岩台开挖采用以下方案：
岩壁梁上拐点以上直墙设计轮廓线光爆孔采用手风钻造孔，并预埋PVC管进行保护。

下直墙以外的保护层采用手风钻钻垂直孔，浅孔小药量爆破，分3层开挖。

最后剩下岩壁梁小三角体岩台开挖。

岩壁梁小三角体岩台开挖采用三角体斜墙面及上直墙面手风钻打斜孔和垂直孔双向光爆。

岩壁梁施工中，采用红外线激光定位技术放样，钻孔方位角采用地质罗盘控制，仰
(倾)角用几何法控制，轮廓光爆采用钻密孔(孔距25-30cm)、小直径药卷间隔装药。

4.3 厂房第Ⅲ层开挖
厂房第Ⅲ层以进厂交通洞和主变运输洞为施工通道，边墙及端墙在岩壁梁混凝土浇筑前采用100B潜孔钻造孔预裂爆破，中部石方在岩壁梁混凝土浇筑达到28d龄
期设计强度后采用ROC D7液压钻造孔梯段爆破，循环进尺10m。

出渣采用
1.6m3挖掘机装20t自卸汽车装运。

4.4 厂房第Ⅳ层开挖
厂房第Ⅳ层开挖以1#施工支洞及其岔洞为通道。

边墙采用100B潜孔钻造孔预裂
爆破，中部石方采用ROC D7液压钻造孔梯段爆破，循环进尺10m。

出渣采用
1.6m3挖掘机装20t自卸汽车装运。

4.5 厂房第Ⅴ层开挖
厂房Ⅴ开挖以3#施工支洞为通道。

边墙采用100B潜孔钻造孔预裂爆破，中部石
方采用ROC D7液压钻造孔梯段爆破，循环进尺10m。

出渣采用1.6m3挖掘机
装20t自卸汽车装运。

4.6 厂房第Ⅵ层开挖
厂房Ⅵ开挖以2#施工支洞为通道。

采用手风钻钻孔，分层分块爆破，1.6m3挖掘机装20t自卸汽车出渣。

与尾水洞连接段隧洞施工采用手风钻钻孔，全断面爆破，ZLC50C装载机装20t自卸汽车出渣。

5 锚杆施工
长度为6.0m和9.0m的锚杆，采用阿特拉斯双臂凿岩台车造孔，孔径分别为50
和55mm；长度为4.5m的锚杆，可采用YT28气腿式风钻造孔，孔径为42mm。

采用先注浆后插杆的工艺施工，
6 施工通风
厂房系统施工通风分三期布置。

1)一期：厂房Ⅰ-Ⅱ层施工阶段。

在排风洞洞口安装1台功率为37×2kW，风量为700m3/min轴流风机接φ700软风管对主厂房第Ⅰ-Ⅱ层进行压入式通风。

由于排风洞断面较小，布置大功率风机配大直径风管后自卸汽车、挖机、装载机将无法通行，故只能采用小功率风机配小直径风管通风，通风效果较差，爆破后排烟时间长。

2)二期：厂房第Ⅲ层施工阶段。

厂房第Ⅲ层施工时将进厂交通洞施工时配置的75×2kW风机启用，该风机风量为1750m3/min，并将φ1200软风管经主变运输洞延伸至厂房，采用压入式通风。

新鲜空气从主变运输洞输入，炮烟、废气从厂房排风洞排出。

3)三期：厂房三期施工通风为厂房Ⅳ-Ⅵ层开挖，主变洞开挖结束。

厂房第Ⅳ-Ⅵ层施工时布置在进厂交通洞的风机维持不变，将风管经1#支洞及1-1#支洞洞延伸至厂房，采用压入式通风。

炮烟、废气从厂房排风洞以及主变运输洞排出。

7 结论
1)岩壁梁岩台开挖前，必须选择合适部位进行模拟爆破工艺试验，以确定各类爆破参数，控制单响起爆药量，减小爆破对保留岩体的扰动以及控制爆破石渣粒径。

2)第Ⅰ层，即顶拱层分层高度根据顶拱锚杆长度确定，若设计有9m锚杆，按9.5-10m高度分层。

即便布置有9m以上预应力锚杆，分层仍不超过10m，超过9m的锚杆在顶拱层开挖时钻完孔，在下层开挖后及时插杆注浆。

3)岩壁梁层的分层高度根据岩壁梁所在的位置以及岩壁梁斜面倾角确定，应便于岩壁梁锚杆孔的钻孔和安装，且岩壁梁底部混凝土距离本层开挖底板≥3m。

岩壁梁下部开挖需要等岩壁梁混凝土达到28d凝期后才能继续下挖。

4)对于高边墙的开挖，采用100型潜孔钻钻孔，深孔预裂，比采用预留保护层，手风钻分层光面爆破，其进度、质量、成本方面更有优势。

5)支护是关键，支护是地下厂房施工进度和安全保障最大的因素，上层支护结束后才能进行下层的开挖。

为保证锚杆施工质量和进度，尤其是顶拱锚杆，应采用多臂凿岩台车钻锚杆孔。

6)地下洞室群施工通风应采用大功率风机配合大直径风管压入式为主，有条件的地下厂房应设置排烟竖井，不建议采用混合式通风方式；
7)对于长度较小的地下厂房，且当设计将厂房排风洞和进厂交通洞布置在同一侧的时候，仅凭设计规划的施工通道不能满足开挖需要，需要增加施工支洞和采用排风洞底板扩挖形成斜坡道才能满足施工。

参考文献：
【相关文献】
[1]杨亮.水利工程施工边坡开挖支护技术[J].河南水利与南水北调，2018(09)：53-54.。