2、大型地下洞室群开挖爆破施工方案

大型地下洞室群开挖爆破施工方案
1概述
位于XX县境内的XX水电站地下厂房是世界上规模最大的地下厂房，洞室尺寸庞大，与之相贯的洞室较多，厂房与主变室、尾水调压室平行布置。

主厂房长398.9 m,宽30.7 m,高77.3m,石方开挖量636379 m3；
主变室长408.8m，宽19.8 m,高34.05m，石方开挖量181555 m3;
尾水调压井(含井间连接洞）长345.32m，宽25.15m，高81.21m，石方开挖量503097 m3;
主厂房与主变室相距41.75m，有12条母线洞、连接洞、通风洞相连；
主变室与调压井相距26.60m，有9条连接洞相连，包括引水洞、尾水洞、通风洞、排风竖井、排水洞、施工支洞等。

在不到0.5km2的范围内，共有113条洞室纵横相贯，形成一个庞大而复杂的洞室群。

2工程地质条件及工程特点
XX水电站地下厂房系统所处位置的岩石类别主要为中厚层砂岩、粉砂岩和薄层泥板岩，洞室开挖揭示呈交替出露，软硬不均。

地下洞室群相互纵横交错，立体交叉口多，由于洞室与洞室之间的岩柱较薄，主厂房、主变室、调压井室开挖断面大、边墙高，工程地质条件就更显复杂。

多种不同条件有限元分析和地质力学模型试验表明：主厂房洞室开挖后，围岩主应力一般小于10～15MPa,拱座和洞室壁转折处，局部应力集中系数达2.0～2.5,其最大应力已接近泥板岩的单轴饱和抗压强度。

XX地下厂房系统是由一组纵横交错的地下洞室群组成，其工程特点为：
（1）厂区分主副厂房，主变开关室及尾水闸门三排布置，工程集中，运输洞、母线洞、引水洞、尾水洞等共113个，总长27.5 km,形成一个上下重叠、纵横交错的地下洞室群，且各洞室形状及大小各异。

（2）交叉洞室多，与主副厂房交叉的洞室共有46个（上游面24个，下游面20个，端墙2个）；与主变室交叉的洞室共有19个；与尾水闸门室交叉的洞室共有24个。

（3）洞室尺寸大，边墙高，洞室之间距离近。

主厂房本身就是一座大跨度、高边墙、多洞室的地下结构。

主厂房集体井部位边墙高达77.3m,而主厂房与主
变室距离为41.75m，这块岩体又被较大断面的母线平洞及竖井所削弱，尾水支洞间距12～18m，最薄处相当于洞径的0.8倍。

主变室与调压井相距26.6m。

（4）三大洞室的顶拱、边墙均采用锚喷支护，三个大洞室的吊车梁均采用岩壁式。

3施工方法
地下厂房洞室群施工的第一步是合理设置交通道。

根据围岩的稳定条件，施工交通道的位置和施工机械性能等因素，自上而下分层施工。

第一层为顶部，层高一般8～9m，顶拱要求成型好，采用光面爆破，支护工作量大，而且需要布置监测仪器，根据反馈信息，完善顶拱部位支护。

3.1顶拱（I层）开挖
XX地下厂房分9层开挖（见图1)，顶拱开挖层高8.9m，开挖断面258.3m2,分两部分进行，第一步开挖两侧边顶部位，侧导洞开挖断面为2mX64.4m,两侧超前开挖平行交错施工，掌子面相距30m以上，确保施工和工程安全，采用三臂液压台车钻孔，孔径50mm，孔深4.0m,大空孔直孔掏槽，开挖轮廓面光面爆破；第二步中间岩石柱开挖，开挖断面129.5m2,开始采用全断面开挖，由于断面较大，跨度有14.7m，顶拱矢高较小约1.5m,加上围岩为缓倾角层状岩体，两侧开挖结束后围岩应力进行了重新分布，光面爆破产生的开挖轮廓面成型差，后来采取以下方法：
（1）将中间岩柱又分为左右半幅进行开挖，相互滞后2～3排炮。

（2）减少循环进尺，爆破进尺控制在2.5m以内。

（3）调整光面爆破参数，孔间距控制在50cm以内，K值取0.75,线装药密度100～120g/m。

（4）在III、IV类围岩地段增加了导向孔，孔距25 cm,间孔装药。

（5）支护及时跟进，II、III类围岩支护滞后15cm，IV类围岩喷锚支护跟进掌子面。

采取以上方法后，厂房顶拱开挖成型良好。

3.2II～IX层开挖
厂房II～VI层为大体积槽挖，VII～IX层为机坑槽挖，属高边墙大体积槽挖。

II～VI层开挖采用中间拉槽两侧保护层跟进的开挖方法，保护层与中间拉槽部分采用预裂爆破隔断。

上下游保护层预留层厚度分别为4m和8m,8m保护层
又作为上层支护施工通道，较薄一侧的保护层先挖除，支护结束后再进行较厚一侧保护层开挖支护，防止两侧同时卸荷引起高边墙的大位移，确保高边墙的稳定，在厂房下卧过程中充分运用“新奥法”原理，并真正做到“平面多工序，立体多层次”，实现地下厂房快速施工。

IX层采用坑挖，先从尾水扩散段开挖进入厂房VII～IX层形成中导洞，然后在VII层打导井与之贯通，逐步扩井，采用手风钻钻孔爆破开挖，从尾水扩散段出渣、垫坡进行VII～IX层台阶爆破开挖。

主要施工方法包括：
(1)采用2道预裂缝（双保险)确保中间拉槽台阶爆破对顶拱和高边墙的爆破影响。

在中间拉槽前先对边墙轮廓线进行小孔径浅孔预裂，深度为4～4.5m，孔间距为50cm,线装药密度为180～200 g/m，小孔径浅孔预裂可以保证开挖轮廓面成型良好，同时降低了保护层开挖高度。

在中间拉槽台阶爆破前对预留保护层进行预裂，预裂深度与该层台阶爆破深度相同。

孔径80mm,孔距80cm,线装药密度为 300～350 g/m。

此次预裂主要是对拉槽台阶爆破起减振作用。

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(2)拉槽台阶爆破严格控制单响药量，为满足设计高边墙质点振动速度υ
s cm/s要求,采用单孔单响，孔间毫秒延时挤压爆破的施工方法。

(3)预留保护层开挖采用手风钻开挖，开挖高度4m/层，周边没有预裂的采用光面爆破，采用小药量弱爆破的开挖方法，最大单响药量小于10kg,尽量减小爆破对边墙围岩的振动影响。

(4)洞与大洞室贯穿时，尽可能先开挖较小断面的洞，并超前大洞1～2m；两洞交汇处采取先导洞后扩挖（或预留光爆层），浅孔短进尺，以保证爆破振动波（或反射波）对邻近洞室不产生破坏影响。

（5）针对XX地下厂房比较长的特点，在分层施工中采用层间搭接施工，搭接时间一般为1～1.5个月，把1个厂房当作2个厂房进行开挖，当保护层较薄一侧剥离并支护好100m后，下一层中间拉槽开始施工。

(6)根据量测反馈信息适时进行支护，II类围岩支护滞后30～50m, III类围岩滞后5～30m, IV 类围岩开挖1排即支护1排，支护紧跟掌子面。

(7)岩锚梁基础采用预留保护层手风钻开挖，用垂直孔加斜孔双向同时光爆的方法进行开挖，采用该方法，在层状岩体中取得了良好的开挖效果，岩锚梁基
础成型较好。

(8)采用先进的施工设备，加快施工进度，针对XX地下厂房开挖强度高（最高达6.5万m3/月），支护工程量大，且均为长锚杆、喷射钢纤维混凝土和微纤维混凝土，技术指标高的特点，在施工中采用了2台353E阿特拉斯三臂凿岩台车,1台全电脑凿岩台车和1台迈斯特喷车，采用先进的设备,保证了工程进度、支护的及时性和工程质量，确保了工程安全。

3.3厂房边墙与相邻洞室群交叉段施工
XX地下厂房开挖系高边墙施工，在高边墙不同高程与其他洞室相贯通，与之相贯通的有主厂房进风洞、进厂交通洞、母线排风兼施工支洞、厂房排烟廊道、引水隧洞、母线洞、尾水扩散段，且边墙较高，高边墙稳足问题尤为哭出。

为保证工程安全和施工安全，附属洞室与大洞室相通时，先洞后墙，洞口锁口和系统支护后才能开挖高边墙，在洞与洞、洞与井等交叉部位要提前做好超前支护和加强支护，如增加钢格栅，在交叉口2倍洞径的洞段范围内采用浅孔多循环短进尺的开挖方法；合理应用控制爆破，灵活采用光面和预裂技术，确保开挖轮廓面成型好，减少爆破振动对围岩及相邻建筑物的影响，有利于后续工作（如喷锚支护）的进行。

4爆破振动控制
爆破振动控制是厂房开挖的重点之一，爆破振动直接影响高边墙的稳定和岩壁吊车梁结构的安全。

按本工程开挖技术的要求，厂房爆破质点速度控制标准：
≤7 cm/s。

（1）高边墙υ
s
（2）锚杆和喷射混凝土υ
≤5 cm/s。

s
（3）混凝土 3天强度υ
≤1～2 cm/s。

s
≤2～5 cm/s。

（4）混凝土3～7天强度υ
s
（5）混凝土28天强度υ
≤5～7 cm/s。

s
因而在厂房开挖时须通过爆破振动试验确定最初的爆破控制，并在施工过程中进行质点振动速度监测，经过监测数据对最初的爆破振动成果进行修正和数据分析，从而选择合理的施工方法及爆破参数，做到尽量减少钻爆开挖对围岩的影响。

5 结论
XX水电站地下厂房系统开挖历时31个月，总石方开挖280万m3,最高月强度15.7万m3/月，2002—2003年为开挖高峰期，平均116万m3/年。

由于合理安排施工程序，采用台车钻孔和手风钻钻孔相结合进行洞挖，大洞室槽挖采用中孔径(≤80 mm)履带钻钻孔和手风钻钻孔相结合进行台阶爆破和光面爆破，严格控制单响药量，灵活运用预裂爆破和光面爆破技术，适时进行锚喷支护，整个地下厂房开挖成型良好，平均径向超挖小于20cm,使大规模地下厂房施工水平上了一个新台阶。

目前开挖已全部结束，正在进行混凝土衬砌施工。

从监测成果分析，地下厂房的顶拱边墙已趋于稳定。