地下厂房第Ⅰ层开挖施工方案

地下厂房第Ⅰ层开挖施工方案

赵铁拴

中国葛洲坝集团第一工程有限公司，湖北宜昌 443002

摘要：本文从工程概况、施工布置、施工方案、资源配置、施工进度计划、质量保证措施、安全保证措施、环保和文明施工施工措施等8个方面简要介绍了双江口水电站地下厂房第1层开挖的施工方案，经现场实施验证各项爆破参数均满足要求，为其他类似工程提供了经验借鉴。

关键词：地下厂房；第Ⅰ层；开挖；施工；方案

1 工程概况

1.1 工程简介

双江口水电站位于阿坝州马尔康县、金川县境内，为大渡河干流规划开发梯级电站第五级。地下厂房布置在左坝肩山体内，包括主厂房、安装间、副厂房，三者呈“一”字型布置，总长度为219.48m。其中主厂房长135.06m、顶拱跨度28.30m、岩锚梁以下跨度25.30m、最大高度68.32m，安装间长55.8m、跨度与主厂房相同、最大高度29.22m，副厂房长30.40m、跨度25.30m，最大高度42.72m。

为便于长锚杆安装施工，地下厂房第Ⅰ层开挖高度定为9.3m，共分三个区，其中第Ⅰ区为中导洞开挖，Ⅱ区、Ⅲ区均为两侧扩挖。采用先中导洞开挖后两侧扩挖的方式施工。主要工程量：洞挖方量约4.4万m3，锚杆3900根，锚索34束，喷混凝土约1750m3，钢筋网片40t。

地下厂房第Ⅰ层开挖分区示意图

1.2 地质条件

（1）地下厂房水平埋深约400～640m，垂直埋深约320～500m，以Ⅲa类围岩为主，局部小断层和煌斑岩脉影响区为Ⅳ～Ⅴ类围岩，整体成洞条件较好。洞室顶拱局部稳定性受缓倾角结构面控制，边墙及端墙局部稳定性受 NW 向或 NE 向中陡倾角结构面控制，洞室最大主应力介于20MPa ~37.8MPa之间，属高地应力区，宜出现岩爆等地质灾害现象。

（2）地下厂区的地下水活动微弱，局部洞壁渗滴水，偶见线状流水。推测厂区范围天然状态下地下水位垂直埋深 180~200m，将承受 130m~150m 左右的外水压力。

（3）放射性物质不超标，部分洞段CO、NO浓度超标，施工中应加强通风。

1.3 工程特点

（1）地下厂房处于高地应力区，局部小断层和煌斑岩脉影响区为Ⅳ~Ⅴ类围岩，岩体中缓倾裂隙较发育，对洞室顶拱稳定不利，局部还存在节理裂隙不利组合块体，极易出现塌方、岩爆。

（2）部分洞段 CO、NO 浓度超标，且 O2 百分比浓度随洞深的增加而降低，CO2 百分比浓度随洞深的增加而升高，施工中必须加强通风。

（3）与上层排水廊道监测仪器安装交叉作业，影响直线工期，需要合理组织现场施工。

（4）施工质量要求高，控制爆破难度大。不允许欠挖，平均径向超挖值不大于20cm；爆破渣料最大块径必须小于80cm，满足砂石加工系统粗破要求。

2 施工布置

2.1施工供电

尾调交通洞口右侧布置1台1250KVA和2台1000KVA的变压器，1#连接洞与尾调交通洞交叉段附近布置1台630KVA的变压器，洞内供电线路由洞外向洞内作业面铺设，距离地面2.5m高度以上，每隔10m设置瓷瓶支架，使线路悬空。动力线路采用三相五线电缆，照明线与动力线严格分开。洞内照明采用150W节能灯间距15m，掌子面处设置投光灯保证照明。

2.2 施工供风

在尾调交通洞口左侧布设1#临时供风站统一供风，总容量226m3/s（4台40m3/s 和3台22m3/s 的空压机），φ280mm/φ219mm主风管布置在尾调交通洞、1#连接洞及主厂房排风洞段，φ150mm支管接引至厂房，距掌子面约50m处采用φ50mm软管接至工作面。尾调交通洞洞口洞顶处布置2×132kW的轴流式通风机送风，主风管采用φ1300mm柔性风袋，从尾调交通洞口一直延伸至主厂房排风洞，在副厂房进洞口处接φ1000mm的柔性风袋作为支管延伸至作业面通风除尘。主风袋底部统一设置托架，采用∠40mm厚3mm角钢制作，托架距离底板高度约3m，间距10m。

2.3 施工供、排水

在尾调交通洞口前水泥仓库下游侧布置一容积100m3水池，由布置在1#导流洞出口处的简易抽水泵站抽水至水池，供水主管采用φ100mm钢管，掌子面附近接φ50mm的软管输送至开挖作业面。主厂房第Ⅰ层开挖时，在开挖面单侧开挖临时排水沟，施工积水经临时排水沟流入1#泵站集水坑内，再由排水泵抽排后经1#连接洞敷设的φ100mm排水钢管引至尾调交通洞洞口沉淀池，沉淀后综合利用。

2.4 施工通信

前期洞内与外部联系采用对讲机，后期采用通信移动网络。

2.5 施工通道

可用料运输通道：厂房第Ⅰ层施工工作面→主厂房排风洞→1#连接洞→尾调交通洞→6#公路→2#导流洞→30#公路→业隆沟渣场。不可用料运输通道：厂房第Ⅰ层施工工作面→主厂房排风洞→1#连接洞→尾调交通洞→2#导流洞→阿斯布大桥→英戈洛渣场。

2.6 拌和系统

开挖支护期间所用拌和物主要为喷射混凝土、水泥砂浆（用于锚杆孔注浆）。喷射混凝土由4#拌和系统拌制，水泥砂浆使用1台JW180浆液搅拌机现场拌制。

2.7 施工弃渣场

弃料运至英戈洛渣场，有用料均运至业隆沟渣场堆存。

3 施工方案

首先从主厂房排风洞的开挖断面过渡至中导洞的开挖断面，进行中导洞开挖，系统锚杆及时跟进，待上层排水廊道监测仪器安装满足扩挖条件后及时进行两侧扩挖，挖口设在副厂房侧，两侧扩挖呈梯队式向前掘进，间距约30m。

厂房第Ⅰ层开挖采用YT28气腿式手风钻钻孔，开挖设计轮廓线采用光面爆破，液压反铲进行危石清理，开挖石渣采用侧卸装载机配合15t自卸汽车出渣。Ⅱ、Ⅲ类围岩循环进尺2.5～3.0m，Ⅳ、Ⅴ类围岩循环进尺控制在2m以内。

地下厂房第Ⅰ层开挖程序示意图

3.1 主要施工程序

地下厂房第Ⅰ层钻爆施工程序：

测量放样→造孔、验孔→装药、联网、起爆→通风散烟→排险→出渣→清底→外观质量检查与评价→爆破参数调整→下一循环。

3.2 主要施工工艺及方法

（1）采用全站仪进行洞内开挖放样和断面测量。洞内断面测量的间距为5m，对断面变化较大部位，适当加测。开挖轮廓点的放样误差，相对于洞轴线应不大于50mm。断面测量各测点的误差相对于洞轴线控制在±50mm之内。

（2）爆破设计崩落孔和掏槽孔排距控制小于1m，孔距控制小于1.2m，爆破孔分段采用两侧奇数和偶数对称布置。

（3）钻孔直径为42mm，顶拱周边孔孔距40cm，线装药密度为150g/m，不耦合间隔装药，底部加强装药；边墙周边孔孔距60cm，线装药密度为300g/m，不耦合间隔装药，底部加强装药；缓冲孔、主爆孔及底孔逐排布置，孔距为65~150cm，排距为40~70cm，其中缓冲孔间距65cm，底孔间距100cm，耦合连续装药；掏槽孔采用楔形掏槽，孔排距均为50cm，耦合连续装药。具体爆破参数以爆破试验验证的参数为准。

（4）炸药采用2＃岩石乳化炸药，药卷直径32mm，起爆器材以1～15段毫秒延期导爆雷管为主，采用毫秒微差起爆网路，雷管跳段使用。

（5）爆破后启动洞口的通风机通风，经通风除尘排烟确认空气合格、等待时间超过15min后，方准许检查人员进入爆破作业地点。

（6）通风散烟后，采用液压反铲进洞清理危石和碎块，进行排险。

（7）利用装载机配15t自卸汽车出渣。

（8）清底。利用液压反铲对掌子面进行彻底撬挖，把松动的危石处理干净，必要时辅以人工撬挖，最后液压反铲把底部松碴清除干净，便于下一循环造孔。

（5）光面爆破和预裂爆破后，用下列标准检验爆破效果：

① 炮孔痕迹应在开挖轮廓面上均匀分布，半孔率为：完整岩石85％以上，较完整和完整性差的岩石不小于60％，较破碎和破碎岩石不小于20％。

② 相邻两孔间岩面平整，孔壁不应有明显的爆震裂隙。

③ 相邻两茬炮之间的台阶或钻孔的最大偏斜值，应小于10cm。

④ 预裂爆破后应形成贯穿性连续裂缝。

3.3 特殊洞段施工方法及措施

（1）中导洞过渡段

地下厂房排风洞与副厂房相交处顶拱高程为2280.72m，主厂房顶拱高程为2282.32m，顶部高程相差1.6m，采取渐变过渡的方式从主厂房排风洞断面开挖至中导洞断面，过渡段长度为6m，顶部预留三角带后续采取双光面爆破技术予以挖除。

（2）扩挖口

扩挖口拟布置在副厂房端墙处，为满足台车纵向长度及移位需要，同时结合端墙锚杆安装长度，扩挖口轴向长度定为10m。由于扩挖口在侧拱位置，成型及外观质量控制相对难度较大，为保证开挖轮廓光爆效果，采取“短进尺，弱爆破”的原则，计划对扩挖口分5次进行爆破施工，每循环进尺控制在2m以内，且周边孔采取斜孔布置。因每个循环断面及布孔数量均不相同，具体爆破参数将另行详细设计。

（3）不良地质地段施工

1）在不良地质地段中开挖洞室时，应遵守下列原则：

首先调查地质条件，可采用物探、超前钻探、打导洞等方法进一步了解地质

情况，做好地质预报；尽量减少对围岩的扰动，采用分层分区、短进尺、弱爆破、强支护的方法；锁好洞口、清除危石、治理地下水，及时进行锚喷及其他支护措施；加强监测，勤检查和巡视，根据监测反馈的信息，修改完善施工方案。

2）在松散、软弱破碎的岩体中开挖洞室时，采用先护后挖、边挖边护或先对岩体进行预加固后再开挖或者采取一掘一支护，稳步前进，即开挖一循环先喷混凝土，然后打锚杆、挂网、再喷混凝土至设计厚度，如此循环掘进。围岩稳定特别差时，爆破后立即喷混凝土封闭岩面，出渣后，安设钢支撑(钢拱架)，再打锚杆、挂网、喷混凝土，增加支护能力。

3）高地应力区开挖洞室，可采用下列措施：

采用控制爆破，确保开挖成型；使用超前导洞法，提前释放应力；使用超前钻孔，分部开挖，逐步卸荷；开挖面洒水；及早进行喷锚挂网支护，强岩爆洞段加强支护；加强施工安全防护。

4）岩爆监测与预防措施

采用微震传感器实时监测，采集、分析数据，预测岩爆洞段位置，确定岩爆分级，提前制定防治措施。主要措施为及时跟进喷锚支护（喷射混凝土、锚杆加固、锚喷网联合、钢支撑网喷联合、紧跟混凝土衬砌等）。特殊地段应及时暂停施工，由参建四方根据现场具体情况制定有效措施。

5）发生塌方时，及时查明塌方原因及其规模，制定措施迅速处理，防止塌方范围的延伸和扩大。塌方段施工应遵守以下原则：

治塌先治水；加固措施与永久支护相结合；先加固好端部未破坏的支护体与岩体段；塌落物未将洞室堵塞时，先支护顶部再清除石渣；塌落物将洞室堵塞时，采用管棚、管棚加注浆或预固结灌浆等方法加固，并预留变形。

6）地下水活动较严重地段，采用探、堵、排、截、引等综合治理措施：

采用超前孔探明地下水活动规律，测定地下水压力，预计涌水量，防止突然涌水；截断补水源，降低地下水位；对围岩进行灌浆，降低其渗透性或形成帷幕阻水；利用侧导洞、集水井、排水孔截水与排除地下水。

4 资源配置计划

4.1 拟投入的主要设备

多臂钻1台，1.5m3反铲1台，3m3装载机2台，YT28气腿钻10台，Y26手风钻4台，15t自卸汽车5台，混凝土湿喷车1台，自制钻爆台车1台，40m³空压机4台，22m³空压机3台，2×132kW轴流式通风机1台，全站仪1台，电焊机1台，钢筋切割机1台，弯曲机1台，注浆机1台，浆液搅拌机1台，11kW抽水泵2台，1000KVA变压器2台，1250KVA和630KVA变压器各1台。

4.2 拟投入的劳动力

管理人员10人，多臂钻操作手6人，汽车司机10人，空压工4人，炮工6人，水电工3人，钢筋工4人，电焊工3人，修理工2人，开挖班组28人，支护班组16人，普工10人，共计102人。

5 施工进度计划

计划工期180天。中导洞计划工期60天，计划每循环进尺3.0m，每天1.5个循环；两侧扩挖计划工期70天；因监测仪器安装影响工期50天。

6 质量保证措施

（1）钻孔时严格控制钻进的孔深、孔的倾斜角度，保证孔口施作在设计开挖轮廓线上。

（2）周边孔在断面轮廓线上开孔，周边孔和掏槽孔的孔位偏差不大于5cm，其他炮孔孔位偏差不大于10cm。炮孔孔径、孔深、孔斜应满足爆破设计要求。

（3）装药前对各孔进行清理，确保装药质量达到爆破参数要求的标准。

（4）顶层开挖中，若导洞开挖轮廓线和洞室设计开挖轮廓线相重合，其重合部位的支护应优先考虑顶拱系统支护，导洞的临时支护和洞室顶拱系统支护应保持良好的衔接性和整体性。

7 安全保证措施

（1）钻孔设备保证完好，不使用带伤的钻杆、钻头，防止堵塞孔道。

（2）火工品的贮存按规范要求执行，并报公安部门批准，建立严格的出入库领用制度。

（3）特种作业人员持证上岗。

（4）爆破严格执行警戒制度，设立明显警示标志，安全警戒人员和作业人员佩带安全帽、袖标；通过警报提醒人员设备撤离警戒区；各警戒点及起爆点之间用无线对讲机联系。警戒完毕后，由爆破队长下达起爆命令。

（5）建立严格的盲炮处理制度，发现问题，立即封锁现场，指派有经验的爆破人员进行排险。

（6）洞室爆破后及时通风散烟，并检查有害气体浓度，防止人员中毒。

8 环保及文明施工措施

造孔及石碴运输时，采取降尘措施。施工废水、废油设置沉淀池进行净化、除害处理，水质达标后排放。固体废弃物严禁直接排放至大渡河内，生产弃渣统一运至指定场地，生活垃圾按照要求集中装袋，统一处置。施工布置做到规范有序，机械车辆停放整齐、整洁；各种标示标牌设置规范、齐备；施工中做到工完料清。

9 结论

按本方案组织地下厂房第Ⅰ层爆破开挖时，中导洞Ⅲa类围岩顶拱壁面成型较好，孔壁无明显裂隙痕迹，半孔率达90%以上，块径30cm~50cm的爆破渣料达80%，且最大块径均小于80cm，符合招标文件要求，满足砂石加工系统粗破要求。当开挖遇Ⅳ、Ⅴ围岩时，须改变爆破参数，优化施工工艺。

地下厂房第Ⅰ层中导洞爆破效果图