官地水电站地下厂房开挖施工设计

王明涛，何 坤

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川 成都 610072)

1 前 言

官地水电站引水发电系统采用右岸地下厂房布置方案，由进水口、引水洞、主厂房、副厂房、母线洞、主变室、出线洞、永久通排风系统、进厂交通洞、尾水管及连接洞、尾水调压室、尾水隧洞、厂房防渗排水设施及地面开关站等组成。

电站采用单机单管供水，布置4条压力管道，压力管道沿程分为渐变段、上平段、上弯段、斜井段、下弯段、下平段、钢衬直管段、锥管段及过渡段。压力管道总长297.374～411.455m，标准段内径11.8m，衬砌总厚度均为1.0m。

厂房、主变室及尾调室平行布置，主变中心与主厂房机组中心间距为75.30m，与尾调室下室中心间距69.70m。厂房(含安装间、副厂房)开挖尺寸为243.44 m×31.10m ×76.80m(长×宽×高，下同)，吊车梁以下跨度29.0m。主变室尺寸为197.3m ×18.8m×28.6m。4条母线洞长49.20m，断面为城门形, 其前段长35.2m，净宽7.50m，净高6.33m；后段长14.00m，净宽10.50m，净高18.60m。尾水管长47m ,底板及边顶拱衬砌厚为1.5m;尾水管连接洞长77.3m ,断面为城门形,尺寸为12.5m×17.5 m(宽×高) ,衬砌厚1.5m。

尾调室开挖尺寸为221m×21.5m×76.5m，中间设岩柱隔墙将其分为①、②两个单室，隔墙顶高程1 229.50m。尾水洞共2条，1号尾水洞长567.539mm，2号尾水洞长679.4067m，净断面均为16.0m×18.0m(宽×高)的方圆形，衬厚0.8～1.5m。

官地水电站引水发电建筑物空间布置见图1。

引水发电系统工程标主要工程量：土石明挖50.04万m3，石方洞挖175.87万m3，混凝土74.4万m3，喷混凝土41 746m3，锚杆52 651根，锚索2 603根，回填灌浆71 492m2，固结灌浆111 191m，金属结构6 652t。

2 地质条件

地下厂房位于斜坡应力集中带(紧密挤压带)以内，置于新鲜的P2β15-2角砾集块熔岩和P2β15-1层斑状玄武岩中，总体岩石坚硬，在地下厂房区无大的断层通过，无大的软弱结构面，错动带规模很小，洞室围岩岩体完整性较好，以次块～块状结构为主，局部为镶嵌或碎裂结构。副厂房和主厂房北端一带，错动带相对较多，错动带以NWW～NNW向中陡倾角为主，少量缓倾角错动带；裂隙以NNE向中陡倾角为主，裂隙多新鲜闭合，充填方解石膜或石英膜，结合紧密，延伸短。

主厂房区围岩以Ⅱ类为主，基本稳定，局部Ⅲ～Ⅴ类；副厂房、安装间以Ⅲ类为主。但由于厂房规模大，局部错动带及裂隙发育，其组合可形成不稳定岩块，特别是在主厂房与副厂房顶拱部位、安装间部位错动带的组合可形成潜在不稳定块体。

根据地应力资料分析推测，右岸深部最大应力σ1约25～35MPa，方向NNW～NW向。另外，地下厂房区钻孔揭露有裂隙承压水。

图1 引水发电系统枢纽及施工支洞布置透视图

3 施工支洞的规划布置

官地水电站地下厂房系统具有洞室众多、布置紧凑、立体交错、工程量庞大、工期紧等特点，因此布置合理、通畅的施工通道对厂房系统的施工尤其重要。为保证厂房系统洞室群开挖支护及混凝土施工做到优质、高效、按期完工,共布置了9 条施工支洞。

考虑到本标工程主厂房施工为关键线路，为保证工期，在主厂房上、中部设置双通道。主厂房和主变室上层支洞利用主厂房送风洞和主变室排风洞，尾调室上层施工支洞从主变室排风洞分岔到达洞室顶拱。主厂房另一端上层支洞从过坝交通洞分岔进入主厂房。三洞室中层支洞利用进厂交通洞或分岔引出支洞。厂房另一端中层支洞从进厂交通洞分岔经主变室至副厂房端。上游端下层支洞从进厂交通洞分岔通往压力管道下平段。下游端下层支洞从过坝交通洞分岔引出支洞至尾水洞，穿过尾水洞进入尾水管洞，进入尾调室和厂房底部。实际施工中准备将尾水洞下支洞向上游延伸至尾水管处，可避免尾调室下部和厂房底部出渣的干扰。

主厂房送排风洞利用厂房上层支洞分岔引出支洞。排水廊道施工支洞分别从主厂房上层支洞、厂房中支洞和压力管道下支洞分岔进入排水廊道第一层、第二层、第三层。各施工支洞的布置见图1。

4 厂房开挖程序和方法

4.1 厂房开挖分层

根据本工程的施工特点和主厂房施工支洞的布置情况，以及施工机械设备的性能,主厂房开挖共分为10层，各层分层情况如下：

上1层：高程1 243.30～1 234.30m，为顶拱开挖,轮廊开挖质量要求高,喷锚支护和观测仪器埋设量大,结合施工通道开挖高度定为9 m。

上2层：高程1 234.30～1 227.80m，是顶拱层和岩壁梁之间的调节层,开挖高度定为6.5m。

中1层：高程1 227.80～1 220.80m，位于岩锚梁重要部位,开挖施工质量要求很高,是地下厂房施工的难点,为方便岩锚梁施工,分别从进厂交通洞和中支洞爬坡进入,层高定为7m。

中2层：高程1 220.80～1 213.80m，直接从交通洞及厂房中支洞进入施工，层高定为7m。

中3层：高程1 213.80～1 205.80m，兼顾母线洞的开挖支护，层高定为8m。

下1层：高程1 205.80～1 197.80m，从压力管道下平段支洞上爬进入施工，层高定为8m。

下2层：高程1 197.80～1 189.30m，直接从引水洞下平段支洞进入施工，层高定为8.5m。

下3层：高程1 189.30～1 184.20m，层高为5.1m。

下4层：高程1 184.20～1 179.70m，利用竖井在基坑内溜渣,经尾水支洞出渣，同时兼顾主体工程结构，层高为4.5m。

下5层：高程1 179.70～1 167.00m，分上下两层开挖,上层层高为6.7m,从尾水扩散段上层开挖工作面水平进入；下层层高为6m,从尾水扩散段下层开挖工作面水平进入。

主厂房开挖分层见图2。

图2 主厂房开挖分层示意

4.2 施工程序

根据主厂房分层情况和施工支洞的布置情况, 主厂房开挖支护的施工程序安排如下：

(1) 利用主厂房送风洞和主变室排风洞兼上1支洞进入厂房顶部进行主厂房第Ⅰ层开挖和支护, 与此同时从过坝交通洞分岔的上2支洞进入厂房另一端, 形成两头对挖局面。

(2) 完成主厂房上1层开挖支护后, 从两端降坡开挖上2层。

(3) 从进厂交通洞和经主变室至主厂房另一端支洞分别上爬直接进入和下卧进入中1、中2和中3层，两头对挖。

中1层中槽(中1-1)完成后，进行中1-2开挖和支护，再进行岩壁梁混凝土浇筑。在岩壁梁混凝土浇筑龄期达到要求后可开始中2层爆破施工。在中2层施工前,母线洞上层进入厂房2～3m,并对母线洞进行混凝土锁口,确保下游边墙的安全。

(4) 从引水下平洞进入主厂房进行下1、下2层的开挖。在厂房下2层开挖的同时,从尾水管进入开挖厂房下5层。

(5) 厂房下5层完成后，进行下3、下4层开挖，溜渣至厂房底部，从尾水支洞出渣。

4.3 主要施工方法

(1)厂房上1层：中导洞开挖宽度为8m，中导洞贯通后,从两侧进行扩挖。采用353E 三臂台车进行造孔，周边光爆,出渣采用3m3侧卸装载机配20t 自卸汽车运输。锚杆孔采用三臂钻钻孔，锚筋束孔采用QZJ-100B潜孔钻钻孔，采用喷射台车喷混凝土。

(2)厂房上2层～ 下2层为大体积开挖，采用中间抽槽两侧保护层跟进的施工方法，上下游保护层厚度均为5m。在中间拉槽前先对边墙轮廓线预裂。梯段爆破和预裂均采用液压潜孔钻钻孔，两侧预留保护层采用三臂台车水平钻爆跟进的方式。

(3)厂房下5层从尾水管进入, 采用三臂台车进行水平钻爆;下3、下4层开挖采用履带钻在中部开挖溜渣竖井与厂房底部贯通, 最后采用手风钻自上而下进行扩挖。

(4)岩锚梁采用预留保护层手风钻钻垂直孔及斜孔双向光面爆破的方法进行开挖，上部造垂直孔光爆，下部造向上倾斜孔，均采用气腿钻造孔。

5 结 语

(1)官地地下厂房开挖直线工期仅22个月，为国内同规模地下厂房施工开挖领先水平。因此，采取合理布置施工通道，合理的施工程序，采用“平面多工序、立面多层次”的施工组织后, 加快了厂房的施工速度, 确保了施工进度。

(2)厂房开挖跨度大，地应力高，地质条件复杂，支护应及时跟进。同时高边墙施工遵循“先洞后墙”的原则。

(3)洞室交叉口众多，施工时应严格控制洞室交叉口处的爆破，并加强该部位的支护以及适当采取超前支护措施。

(4)岩壁梁施工是主厂房施工的又一难点。由于开挖、锚杆及混凝土质量要求高,工序复杂，施工过程中必须精细化施工，优化施工方案，才能满足设计要求。

(5)各洞室在开挖过程中，围岩应力和变形在不断调整和变化，需根据开挖情况及变形监测资料，及时反馈设计调整支护措施和支护参数。