劉 斌，朱王景王景

（1.山東中怡建筑設(shè)計(jì)有限公司，山東 德州 253000；2.山東華瑞建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司，山東 德州 253000）

松高羅水電站蝶閥室開挖施工技術(shù)

劉 斌1，朱王景王景2

（1.山東中怡建筑設(shè)計(jì)有限公司，山東 德州 253000；2.山東華瑞建設(shè)項(xiàng)目管理有限公司，山東 德州 253000）

文章根據(jù)松高羅水電站蝶閥室不良地質(zhì)條件開挖實(shí)踐，從開挖方法選擇、開挖爆破控制和安全臨時(shí)支護(hù)等方面,進(jìn)行了闡述。

蝶閥室；開挖方法；斜導(dǎo)洞開挖；反向擴(kuò)挖；爆破控制；臨時(shí)安全支護(hù)

1 工程概況

松高羅水電站的蝶閥室垂直于壓力管道方向布置，開挖斷面為城門型，開挖尺寸為 17.5m×8.3 m×18.1m（長×寬×高）。

安全支護(hù)主要為錨桿、φ4mm@100×100cm 鍍鋅鋼絲網(wǎng)、φ8鋼筋網(wǎng)和噴混凝土等幾項(xiàng)支護(hù)措施。

臨時(shí)支護(hù)為先素噴 5cm 厚 C20 混凝土，再打設(shè) φ22，L=3.0m，隨機(jī)錨桿掛 φ4 機(jī)編鍍鋅鋼絲網(wǎng)復(fù)噴 C20 混凝土 10cm。

系統(tǒng)支護(hù)為 EL2226.9 高程以上：系統(tǒng)錨桿φ28、L=6.0m，間排距 2m 和 1.5m，掛 φ8 鋼筋網(wǎng)噴 C20 混凝土厚 15cm，排水孔 φ56、L=5.0m，間排距 3.0m；EL2226.9 高程以下：系統(tǒng)錨桿 φ25、L= 4.5m，排距 2m，掛 φ4 機(jī)編鍍鋅鋼絲網(wǎng)噴 C20 混凝土厚 10cm。

2 開挖支護(hù)施工方法

2.1 開挖程序及方法

由于蝶閥室 EL2226 高程以上地質(zhì)條件較差，為Ⅳ類圍巖，開挖后上部圍巖難以自穩(wěn)，若開挖方法不合理和臨時(shí)支護(hù)不及時(shí)，很容易發(fā)生坍塌。且蝶閥室長高比較小，與蝶閥室相連的蝶閥室交通洞開挖斷面相對(duì)較小，又位于蝶閥室底部，無法按常規(guī)方法自上而下分層開挖。若先開挖下半部，則上半部因底部挖空后倒懸極易發(fā)生大范圍塌方，危及下部施工人員作業(yè)安全；若將蝶閥交通洞與蝶閥室連接段蝶交 0+292.60+302.6 進(jìn)行擴(kuò)挖，則連接段臨時(shí)支護(hù)及后期混凝土襯砌工程量將加大，工程建設(shè)投資將增加。經(jīng)研究討論分析，最終決定先從蝶閥室交通洞與蝶閥室連接處（蝶 0+000）斜向上約 32 度夾角，開挖一個(gè)斜導(dǎo)洞至蝶閥室端頭（蝶 0+017.5）頂部 EL：2233.2 高程。蝶 0+000～0+007.5 段圍巖相對(duì)較好，導(dǎo)洞開挖斷面 6m×6 m，以便于利用打鉆臺(tái)車和小反鏟在下部扒渣作業(yè)；蝶 0+007.5～0+017.5 段（EL：2226 高程以上）圍巖條件變化以后，導(dǎo)洞按原坡度向前開挖，斷面調(diào)整為 3m×3m。然后沿斜導(dǎo)洞從蝶閥室蝶 0+017.5頂部開始，反向進(jìn)行頂拱及邊墻擴(kuò)挖，邊擴(kuò)挖邊進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，對(duì)已開挖到位的部位及時(shí)做好永久系統(tǒng)支護(hù)，順斜導(dǎo)洞反向擴(kuò)挖支護(hù)至蝶 0+000 后，再進(jìn)行下部邊墻及底板開挖及支護(hù)。

2.2 Ⅰ區(qū)斜導(dǎo)洞開挖

斜導(dǎo)洞蝶 0+000～0+007.5 段（EL2226 高程以下）圍巖狀況相對(duì)較好，基本以Ⅲ類為主，按 6m× 6m斷面開挖，主要是想利用原有打鉆臺(tái)車進(jìn)行鉆爆作業(yè)，且爆破后現(xiàn)代 150 反鏟可直接扒渣，省略人工扒渣這一繁重的施工工序，可加快施工進(jìn)度。出渣采用 ZL50 側(cè)翻裝載機(jī)，配合現(xiàn)代 150 反鏟，在交通洞樁號(hào) 0+300 處裝車、20t自卸車運(yùn)至渣場。爆破采用斜掏槽、周邊光爆、非電毫秒延期導(dǎo)爆管雷管微差起爆網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)電雷管引爆的方法進(jìn)行。周邊孔間距 50cm，掏槽孔的傾角為 55°～70°，孔底距離為 0.1～0.3m。爆破參數(shù)見表 1，裝藥結(jié)構(gòu)圖略。

導(dǎo)洞 0+007.5～0+017.5 段（EL2226 高程以上）不良地質(zhì)段，圍巖以Ⅳ類為主，開挖時(shí)安全問題比較突出，因此爆破開挖后采取了先進(jìn)行臨時(shí)安全支護(hù)，再人工扒渣的安全措施，避免出現(xiàn)安全問題。斜導(dǎo)洞開挖按短進(jìn)尺、弱爆破的開挖方法，循環(huán)進(jìn)出控制在 1.0m 左右，施工時(shí)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)光爆破參數(shù)進(jìn)行爆破控制，這樣可以減少爆破后洞壁殘留的不穩(wěn)定塊體數(shù)量，確保臨時(shí)支護(hù)施工期間安全；并避免過大擾動(dòng)周邊圍巖，而發(fā)生塌方。爆破參數(shù)見表2。

表2 爆破參數(shù)表

導(dǎo)洞 E2226 高程以下圍巖較好，開挖后能夠自穩(wěn)，施工安全能夠有保障。導(dǎo)洞 EL2226 高程以上圍巖雖然為水平狀層狀板巖，巖體強(qiáng)風(fēng)化且破碎夾泥，溶蝕溶洞現(xiàn)象較明顯，但無滲水；由于開挖斷面較小，采取短進(jìn)尺弱爆破的開挖方式對(duì)巖體爆破擾動(dòng)較小，爆破后圍巖經(jīng)過應(yīng)力重新分布能夠很快達(dá)到再次平衡，可確保臨時(shí)支護(hù)期間施工安全。

2.3 Ⅱ區(qū)邊墻及頂拱反向擴(kuò)挖

斜導(dǎo)洞開挖支護(hù)完成后即可進(jìn)行邊墻及頂拱反向擴(kuò)挖，擴(kuò)挖時(shí)由里向外按每 3.5m 為一段，每段先進(jìn)行頂拱中部擴(kuò)挖支護(hù)，再交替進(jìn)行頂拱兩側(cè)及邊墻擴(kuò)挖支護(hù)，目的：一是不至于破壞設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)而發(fā)生過大超挖，二是擴(kuò)挖范圍小，可及時(shí)做好該部位的臨時(shí)支護(hù)和永久系統(tǒng)支護(hù)，不至于因安全支護(hù)不及時(shí)導(dǎo)致破碎圍巖裸露時(shí)間過長而發(fā)生塌方，三是永久支護(hù)施工完成的部位，可作為作業(yè)人員應(yīng)急避險(xiǎn)空間。

由于上部巖體較破碎，開挖后難以自穩(wěn)而發(fā)生塌方，因此開挖過程中爆破控制至關(guān)重要，盡量減小爆破對(duì)圍巖的擾動(dòng)和破壞，充分利用圍巖在爆破后經(jīng)過應(yīng)力重新分布后達(dá)到再次平衡的能力，及時(shí)做好臨時(shí)安全支護(hù)，并對(duì)已開挖到位的及時(shí)做好永久支護(hù)，以防止塌方。

上部頂拱曲面開挖及邊墻保護(hù)層開挖質(zhì)量要求高，為減少工程超挖，反向擴(kuò)挖采用光面爆破工藝，按照短進(jìn)尺、弱爆破、多循環(huán)方式進(jìn)行開挖，嚴(yán)格控制超欠挖，確保開挖規(guī)格和質(zhì)量。每循環(huán)開挖完成后及時(shí)做好臨時(shí)安全支護(hù)，支護(hù)材料由人工通過斜導(dǎo)洞運(yùn)往工作面，爆破洞渣通過斜導(dǎo)洞溜往蝶閥交通洞后裝車運(yùn)往渣場。設(shè)計(jì)爆破參數(shù)如下：

主爆孔：鉆孔孔徑 42mm，孔深 2.0m，孔距1.0m，排距 0.8～1.0m，單孔藥量 0.75kg，單耗0.38kg/m3，采用 φ32×150g 型乳化炸藥連續(xù)柱狀裝藥，非電毫秒延期導(dǎo)爆管雷管微差起爆網(wǎng)絡(luò)，工業(yè)電雷管引爆。

光爆孔：鉆孔孔徑 42mm，孔深 1.8m，孔距0.45～0.5m，光爆層厚 0.5m，線裝藥量為 120～150 g/m，采用 φ25 乳化炸藥間隔不耦合裝藥，導(dǎo)爆索連接，電雷管引爆。

施工結(jié)果證明：按此爆破參數(shù)進(jìn)行鉆爆施工，對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)和破壞小，上部頂拱擴(kuò)挖過程中未發(fā)生較大塌方，洞室成型效果也比較理想。

2.4 Ⅲ區(qū)下部邊墻及底板開挖

上部邊墻及頂拱擴(kuò)挖支護(hù)完成后，再自上而下進(jìn)行Ⅲ區(qū)下部邊墻及底板開挖及支護(hù)施工。由于下部邊墻及底板圍巖相對(duì)較好，開挖時(shí)適當(dāng)增加了孔深和裝藥量，以增加每循環(huán)開挖進(jìn)尺，加快施工進(jìn)度。開挖采用分層梯段爆破，開挖分層高度2～2.5m；邊墻進(jìn)行光面爆破技術(shù)控制?，F(xiàn)場施工時(shí)主爆孔孔深最大為 3.0m，單孔藥量最大為 1.5 kg，光爆孔孔深最大為 2.8m，線裝藥量為 220g/ m，開挖后洞室成型較好。上游邊墻圍巖較好，無較大的裂隙和不利結(jié)構(gòu)組合體，整體爆破效果較好，光爆殘孔率達(dá) 75%以上。下游邊墻受 EL2228 高程溶蝕區(qū)和溶洞影響，爆破后局部邊墻出現(xiàn)巖體滑落，開挖面平整度稍差，光爆殘孔率僅 40%左右。由于開挖高度較大，每開挖一層及時(shí)進(jìn)行了邊墻永久系統(tǒng)支護(hù)，臨時(shí)支護(hù)不再施工。

2.5 安全支護(hù)

蝶閥室上部巖石較破碎，在洞室開挖后出現(xiàn)了臨空面，圍巖發(fā)生卸荷裸露并同時(shí)向洞室內(nèi)側(cè)位移，打破了原有的三維應(yīng)力平衡狀態(tài)，經(jīng)過應(yīng)力重新分布形成了新的應(yīng)力場（即二次應(yīng)力），這個(gè)過程需要一定的時(shí)間。所以每個(gè)開挖循環(huán)完成后都必須及時(shí)進(jìn)行臨時(shí)安全支護(hù)，使開挖巖面形成封閉襯護(hù)體，利用噴混凝土速度快、早期強(qiáng)度高、能及時(shí)向圍巖提供支護(hù)阻力這一特點(diǎn)，幫助圍巖盡快重新達(dá)到二次穩(wěn)定狀態(tài)，確保施工安全。同時(shí)噴混凝土與鋼筋網(wǎng)、錨桿能夠組成聯(lián)合支護(hù)體，可以將圍巖壓力傳遞給錨桿和鋼筋網(wǎng)，使聯(lián)合支護(hù)體共同起作用。安全支護(hù)主要為錨桿、φ4mm@100× 100cm 鍍鋅鋼絲網(wǎng)、φ8 鋼筋網(wǎng)和噴混凝土等支護(hù)措施。

臨時(shí)支護(hù)參數(shù)：先素噴 5cm 厚 C20 混凝土，再打設(shè) φ22，L=3.0m，隨機(jī)錨桿掛 φ4 機(jī)編鍍鋅鋼絲網(wǎng)復(fù)噴 C20 混凝土 10cm。

系統(tǒng)支護(hù)參數(shù)：EL2226.9 高程以上：系統(tǒng)錨桿φ28、L=6.0m，間排距 2m 和 1.5m，掛 φ8 鋼筋網(wǎng)噴 C20 混凝土厚 15cm，排水孔 φ56、L=5.0m，間排距 3.0m。EL2226.9 高程以下：系統(tǒng)錨桿 φ25、L= 4.5m，排距 2m，掛 φ4 機(jī)編鍍鋅鋼絲網(wǎng)噴 C20 混凝土厚 10cm。

蝶閥室斜導(dǎo)洞上部及頂拱反向擴(kuò)挖，由于圍巖較破碎，且蝶閥室開挖斷面較大，如果上部頂拱及邊墻臨時(shí)支護(hù)及永久支護(hù)不及時(shí)到位，對(duì)下層巖體開挖及后期壓力管道斜井開挖都是一個(gè)極大的安全隱患。為此，斜導(dǎo)洞上部及頂拱反向擴(kuò)挖，每循環(huán)都必須及時(shí)先噴 5cm 混凝土，再打設(shè)φ22，L=3.0m 隨機(jī)錨桿掛網(wǎng)復(fù)噴 C20 混凝土 10 cm；對(duì)于頂拱及邊墻已擴(kuò)挖到位的部分及時(shí)做好永久系統(tǒng)支護(hù)，下部邊墻及底板由于開挖高度較大，每開挖一層后均及時(shí)進(jìn)行了邊墻永久系統(tǒng)支護(hù)，而臨時(shí)支護(hù)不再施工。

2.6 溶蝕溶洞區(qū)域加固處理

為保證電站施工期及運(yùn)行期的永久安全，經(jīng)過各方共同研究決定，對(duì)右邊墻 EL2228 高程溶洞溶蝕區(qū)域進(jìn)行加固處理，以確保電站運(yùn)行期間安全。加固處理措施如下：

1）蝶 0+000～0+010 段頂拱及右邊墻系統(tǒng)支護(hù)后，再掛設(shè) φ8@150×150mm 鋼筋網(wǎng)噴 C20 混凝土厚5m進(jìn)行封閉。

2）噴混凝土后，蝶 0+000～0+010 段頂拱及右邊墻（EL2225 高程以上）按間排距 2m 進(jìn)行梅花型鉆設(shè)徑向注漿孔，進(jìn)行回填兼固結(jié)灌漿，使圍巖較破碎部位巖體能夠膠結(jié)為一整體，同時(shí)也對(duì)空腔部位巖體進(jìn)行了回填和填充，增強(qiáng)巖體的自身穩(wěn)定能力。灌漿孔孔徑 φ42mm，孔深 3.0m，灌漿壓力控制在 0.3MPa 左右，水灰比 1∶1～0.5∶1。

3 結(jié)語

松高羅水電站蝶閥室長高比較小，洞室EL2226 高程以上多為強(qiáng)風(fēng)化板巖，巖體破碎夾泥，溶蝕溶洞現(xiàn)象較明顯，實(shí)施光面爆破存在著不利因素，施工難度較大。但由于采取了合適的開挖順序和方法，爆破設(shè)計(jì)參數(shù)合理，現(xiàn)場控制嚴(yán)格，施工質(zhì)量得到了保證、施工進(jìn)度比較快；每循環(huán)臨時(shí)安全支護(hù)施工及時(shí)跟進(jìn)，施工過程中未出現(xiàn)較大塌方，施工安全上也得到了保障。蝶閥室開挖支護(hù)工期歷時(shí) 1.5 個(gè)月，比預(yù)定工期縮短了 0.5 個(gè)月，因此蝶閥室開挖支護(hù)方法是成功的，為類似工程提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

［1］任少銘，曾志全.小灣水電站地下廠房開挖技術(shù)［J］.水力發(fā)電，2008（9）.

［2］和孫文，楊遠(yuǎn)紅.水利水電大型地下廠房工程施工技術(shù)［J］.水電規(guī)劃設(shè)計(jì)施工技術(shù).

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2013-06-04