抽水蓄能电站地下厂房顶拱开挖技术

抽水蓄能电站地下厂房顶拱开挖技术

何坪

中国水利水电第三工程局有限公司 陕西西安 710000

摘要：某抽水蓄能电站地下厂房施工采用顶拱开挖技术，遵照测量放样→爆破设计→钻孔作业→装药、连线、起爆→支护选择→不良地段施工措施，可保证某抽水蓄能电站地下厂房顶拱开挖施工安全、施工质量，确保某抽水蓄能电站地下厂房顶拱施工按既定工期完工。

关键词：抽水蓄能电站；地下厂房；顶拱开挖技术

某抽水蓄能电站地下厂房施工位置地质条件极为复杂，局部断裂带构造发育，施工过程中安全问题尤为突出[1]。应用顶拱开挖技术能够有效解决某抽水蓄能电站地下厂房施工安全问题，大幅提升抽水蓄能电站地下厂房施工安全及质量，确保工程如期完工。

1工程概况

某抽水蓄能电站主要由上水库、下水库、地下厂房洞室群、地面开关站、场内交通道路、输水系统等配套建筑物构成，工程属于Ⅰ等工程，工程规模为大（1）型。主厂房、副厂房属于地下厂房洞室群的重要组成部分，设计主厂房、副厂房开挖尺寸为156.6m×27.5m×60.2m，顶拱开挖半径为18.75m，顶拱设计高度为6.0m，设计开挖宽度为27.5m。

地下厂房所处位置地层岩性以中粒二长花岗岩为主，建设位置避开花岗岩侵蚀严重地带及规模较大断层，厂房围岩以微风化-新鲜花岗岩为主，呈现整体性块状结构，围岩类别为Ⅰ-Ⅳ类。地下厂房顶拱所在位置存在两条断层，分别为f710及f711断层，断层走向分别为75°-80°、65°-70°，断层破碎宽度介于0.05m-0.2m，断层内充填断层泥，可见蚀变蒙脱石。

2抽水蓄能电站地下厂房顶拱开挖技术要点

2.1顶拱开挖顺序及措施

某抽水蓄能电站地下厂房第Ⅰ层高度为10m，主厂房开挖面积为224.08m2，副厂房开挖面积为221m2，计划分为三个区域施工。Ⅰ区主要为导洞开挖施工，预计开挖尺寸为10m×10m，Ⅱ区主要为两侧扩挖施工，设计扩挖宽度8.75m。首先进行导洞Ⅰ1-1开挖施工，完工后针对顶拱预留保护层Ⅰ1-2实施扩挖施工，Ⅰ1-3底板开挖施工后继续向两侧实施扩挖施工。具体施工顺序详见图1。

图1 地下厂房顶拱开挖顺序

基于上述开挖顺序，确定某抽水蓄能电站地下厂房顶拱施工采用的具体措施，即测量放样→爆破设计→钻孔作业→装药、连线、起爆→支护选择→不良地段施工。

2.2施工准备

顶拱开挖施工前确保施工用水、用电准备就绪，落实施工安全防护措施，确保施工技术人员、机械设备、作业平台等准备到位，针对施工安全管理人员、施工作业人员展开技术交底[2]。

2.3测量放样

测量放样借助全站仪，安排专业技术人员开展测量放样操作。测量放样需放出周围孔位及隔孔放线点[3]。在洞室开挖放样时，需率先检查上排炮欠挖情况，发现欠挖情况时应立即标注欠挖确切位置，并对施工过程中产生的测量和放线结果进行技术交底。伴随洞室挖开挖掌子面向前移动，在进洞方向同侧洞壁上每10 m做一个桩号和高程标记，便于现场工作人员查看。在顶拱开挖施工期间，对所有控制点进行周期性全面检查和复测，保证顶拱开挖施工质量。

2.4爆破设计

洞室开挖前依据地下厂房所处位置地质条件、围岩性质等确定爆破设计，制定安全的爆破计划，确定周边孔、中孔爆破计划。爆破时应遵照爆破图纸中确定的爆破参数进行[4]。在现场施工过程中，若爆破实施效果不理想可根据现场实际情况予以调整。

2.5钻孔作业

钻孔作业前需要率先准备控制孔向工具，确保钻工能够在最佳状态下开展钻孔作业。钻孔前技术班组需对钻孔位置、方向加以确定，确定后即可实施钻孔作业。需指派优秀钻工开展周边钻孔作业，指派其他组胺手辅助开展爆破孔作业。钻孔作业需要严格依据爆破设计图纸进行，合理分配钻工作业区域，定位实钻位置，钻孔需符合“平、直、齐”要求，钻孔误差不应>5cm，爆破钻孔误差不应>10cm[5]。

按照厂房顶拱工程地质情况，开孔钻孔按照测量放线点位置（距离孔口5cm以内），对于因前一次爆破而产生倾斜的孔口，采取手工凿孔方式，保证开孔点孔位准确性。对于孔内超挖>5cm的，孔点位移超过其最大值的一半（图2)，可降低两排炮之间的错位高度，提高纵向平整度，降低对围岩的损伤深度，从而保证岩体安全和稳定性。

图2 顶拱开挖施工开孔示意图

2.6装药、连线、起爆

在装药之前，应先对炮眼进行高压空气冲洗，并按照核准爆破设计，确保装药数量和起爆次序。爆破中主要采用乳化炸药，起爆装置使用无电起爆装置。崩落井用Φ32mm药筒，连续装填，周围孔用Φ32mm药筒，将药筒绑在竹片间隔装置上，间隔装填，将炮眼完全封闭。装填完毕，由炮手和当班技术人员重新核对，确定准确无误后疏散全部现场工作人员和装备，由炮工引爆，完成爆破施工。

2.7支护选择

主、副厂房的第一层主要是以III类围岩为主，其余支护组分主要是随机支护组分和系统锚喷组分。对于Ⅳ类围岩、断层、岩脉和软弱破碎带，视情况进行超前支护，如锚筋束、管棚、固结灌浆等，具体参数需经现场或实验后确定。

对开挖掌子面的Ⅲ类围岩不稳定块体、不利结构面和局部其它破碎部位，应及时采用随机喷锚支护。基于随机支护，系统喷锚滞后掌子面10-20m。对Ⅳ类围岩，应在施工过程中，采用随机、系统两种支护方式，并结合施工过程中暴露出的地质状况，按照设计要求采取加固措施，主要包括：超前锚杆、超前管棚、钢拱架、加固灌浆等。

厂内体系锚固采用直径Φ28,9m/12m的普通灰浆锚固。锚固方式为多臂钻，孔径为φ76mm，并用M30水泥砂浆进行灌浆。锚杆是由钢筋加工车间加工而成，用自卸车运输到工地，用手工将其固定在设计平台上，由锚杆注浆机进行注浆。随后采取“先打桩，后灌浆”的施工方法。

2.8不良地质段施工

在地质条件较差的地段，按照“提前支护，短进尺，弱爆破”的原则进行施工；“强支护、勤量测”原则，以开挖揭露岩石为依据，并结合地质资料，制定行之有效的施工方案。例如，采用超前锚杆、超前小导管、超前固结灌浆，对其进行事前控制；采用控制进尺1.5-2.0m（局部较破碎区域控制进尺1.0m)，对其进行事中控制，采用钢拱架、加强网喷支护、锚筋桩等对其进行事后控制。

结语：

综上所述，在某抽水蓄能电站地下厂房施工过程中采用顶拱开挖施工技术，遵循测量放样→爆破设计→钻孔作业→装药、连线、起爆→支护选择→不良地段施工流程，在施工过程中加强对不良地质的测量，同时强化对爆破设计、支护施工与不良地段施工控制，可大幅提升抽水蓄能电站地下厂房施工质量，确保抽水蓄能电站地下厂房施工安全，保证抽水蓄能电站地下厂房施工如期完工。

参考文献：

[1]高乔,马克,唐春安等.荒沟抽水蓄能电站地下厂房开挖过程微震活动特征与围岩稳定性研究[J].隧道建设(中英文),2019,39(05):775-782.

[2]聂洪远,徐玉俊,李宏斌.长龙山抽水蓄能电站主副厂房顶拱开挖质量控制[J].人民长江,2019,50(S1):236-241.

[3]刘蕊,余健.抽水蓄能电站地下厂房Ⅰ层爆破开挖施工技术[J].东北水利水电,2021,39(02):17-20+71.

[4]刘蕊,白威,余健.清原抽水蓄能电站地下厂房岩锚梁开挖施工技术研究[J].水电与抽水蓄能,2021,7(02):74-77+98.

[5]刘蕊,余健. 大型抽水蓄能电站地下厂房开挖爆破技术研究与实践[C]//中国水力发电工程学会电网调峰与抽水蓄能专业委员会.抽水蓄能电站工程建设文集2021.中国水利水电出版社,2021:106-111.