王春明

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 丹東 118000）

1 工程概述

天龍湖水電站位于四川省茂縣較場鄉(xiāng)小海子?？诙危叵聫S房布置于小寨溝上游岷江右岸山體內(nèi)。主、副廠房與安裝間呈一字形布置。主變室與尾閘室平行于主廠房布置，與主廠房間距34.35 m，其間有主變搬運(yùn)洞、3條母線洞和3條尾水連接洞相連。尾水匯流洞與主變室軸線呈30°交角布置，與主變室最小間距22.50 m，匯流后為無壓尾水洞。

2 開挖分層及開挖方法

地下廠房及尾水系統(tǒng)施工一般依照自上而下，分層分塊開挖支護(hù)，逐步成型的原則。確定開挖分層應(yīng)綜合考慮施工通道、設(shè)備作業(yè)空間、鉆孔精度以及爆破振動(dòng)控制等因素。

廠房開挖分層根據(jù)出碴施工道路與廠房相交高程和廠房的自身結(jié)構(gòu)進(jìn)行。廠房開挖分為6層，其各層開挖的高程不同。廠房頂拱層分3塊開挖，中間部分先開挖，開挖寬度為8.00 m；待中間部分開挖結(jié)束后，且錨植、噴混凝土（d≥5 cm）施工完畢，再進(jìn)行兩側(cè)巖石開挖，兩側(cè)巖石開挖寬度為5.25 m。廠房第II層的開挖分塊采用中間開挖兩邊預(yù)留保護(hù)層的方式進(jìn)行，中間開挖寬度為14 m，兩側(cè)預(yù)留保護(hù)層寬度分別為2.25 m（EL1 927.50 m）、1.55 m（EL 出施工道.50 m），巖壁吊車梁的開挖也在本層之內(nèi)。第III層中間開挖的鉆孔爆破及保護(hù)層的開挖施工、噴混凝土的施工及錨桿施工，基本同第II層的開挖施工。第IV～VI層的開挖采用中間爆破分段開挖，平均每段長度為8.8 m。兩側(cè)預(yù)留保護(hù)層，采用光面爆破。

考慮交通通道及開挖支護(hù)之便，主變室開挖分為兩層。由出線洞1925.00 m高程進(jìn)入主變室頂端，第一層底板開挖高程為1924.50 m，高度為5.80 m；剩余部分為第二層，底板開挖高程為1916.00 m，高度為8.00 m。頂拱開挖兩部分，由中間分左右兩塊，第二層考慮兩邊預(yù)留保護(hù)層進(jìn)行光面爆破。無壓尾水洞開挖按分層高度采用全斷面開挖方法。

3 開挖支護(hù)的施工技術(shù)方法

3.1 廠房

3.1.1 廠房頂拱層

廠房頂拱中間部分開挖采用手風(fēng)鉆鉆孔，毫秒微差爆破，周邊采用光面爆破。圍巖鉆孔深度為3.5 m，每循環(huán)進(jìn)尺3.0 m（對(duì)于夾千枚巖的部位減小鉆孔深度，最大進(jìn)尺不大于2.5 m）。出碴采用50側(cè)卸式裝載機(jī)，裝4.5 t自卸汽車出碴運(yùn)輸，以通風(fēng)洞作為施工通道。

廠房頂拱兩側(cè)部分開挖沿設(shè)計(jì)開挖線采取光面爆破，以減少超挖和保證開挖面平整度。廠房頂拱兩側(cè)巖石開挖應(yīng)錯(cuò)開進(jìn)行，其錯(cuò)開距離不小于30 m，領(lǐng)先側(cè)和滯后側(cè)開挖的永久錨噴支護(hù)緊隨開挖面，施工的主要順序?yàn)殂@孔、爆破、安全處理、出碴、錨桿施工，首層噴混凝土施工。

一般錨桿施工用錨桿鉆機(jī)鉆孔，錨桿注漿機(jī)注漿，以先注漿后插桿的方式進(jìn)行施工；對(duì)于頂拱有仰角的錨桿施工，采用水泥卷錨桿的方式進(jìn)行施工；對(duì)于局部滲水量較大部位，采用樹脂錨桿的方式進(jìn)行施工。

3.1.2 廠房第II層

第II層開挖先從通風(fēng)洞以14%坡逐漸形成坡道，達(dá)到1922.50 m高程后，按劃分高度進(jìn)行鉆孔爆破開挖，兩側(cè)保護(hù)層（巖壁吊車梁）開挖滯后中間開挖20 m進(jìn)行。爆破開挖時(shí)，首先開挖一個(gè)5 m×10 m（長×寬）的槽子，以增加爆破臨空面，5 m×10 m的槽子，布孔采用楔形掏槽的方式進(jìn)行槽子的開挖。保護(hù)層（巖壁吊車梁）開挖采用鉆孔直徑為42 mm，為了保證巖壁吊車梁的開挖質(zhì)量，在光爆孔的前一序爆破孔設(shè)置光爆的保護(hù)孔，以提高光面爆破的質(zhì)量。

3.1.3 廠房第III層

第III層中間開挖的鉆孔爆破及保護(hù)層的開挖施工、噴混凝土的施工及錨桿施工，基本同第II層的開挖施工。廠房第III層開挖與巖壁吊車梁的混凝土澆筑相互干擾，為了保證巖壁吊車梁混凝土的施工，首先進(jìn)行廠房中間14 m寬，按每段長度8.8 m逐段鉆孔放炮，當(dāng)放至上層留下的斜坡道石碴時(shí)，應(yīng)使用在本層預(yù)放的反鏟將石碴，倒運(yùn)到已經(jīng)放完炮的位置再進(jìn)行鉆孔爆破。當(dāng)中間部分全部爆破完后，及時(shí)調(diào)整巖壁吊車梁的模板和支撐，準(zhǔn)備進(jìn)行混凝土澆筑，在澆筑混凝土和砼養(yǎng)護(hù)待強(qiáng)時(shí)間進(jìn)行廠房中間石碴的運(yùn)輸，當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到70%后，應(yīng)拆除巖壁吊車梁下部的支撐，進(jìn)行該層的保護(hù)層開挖和噴混凝土及錨桿施工。

3.1.4 廠房第IV層及以下部分

廠房第IV層以下，每層均有錨桿及噴混凝土的永久支護(hù)。在進(jìn)行廠房第IV層開挖時(shí)與母線洞洞口開挖相互穿插進(jìn)行，應(yīng)先進(jìn)行母線洞開挖，后進(jìn)行廠房該層該段的開挖，每個(gè)母線洞至少應(yīng)開挖進(jìn)去10 m，并進(jìn)行鎖口處理，鎖口主要采用錨桿和噴混凝土支護(hù)。

3.2 主變兼尾閘室

主變兼尾閘室上游設(shè)主變壓器室，下游為尾閘室，兼作主變搬運(yùn)道，開挖尺寸為52.90 m×14.10 m×14.40 m（長×寬×高），采用噴錨支護(hù)保證施工期圍巖穩(wěn)定，后期現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌。主廠房與主變室之間設(shè)3條母線道，凈空尺寸為4.40 m×5.00 m（寬×高）。

3.2.1 開挖施工順序

首先進(jìn)行主變室I1塊開挖，由于主變室頂拱的高程，高于出線洞的頂拱的高程。在開挖時(shí)，逐漸擴(kuò)大頂拱使其平緩過度到設(shè)計(jì)斷面，再按標(biāo)準(zhǔn)斷面進(jìn)行開挖，當(dāng)開挖到端部后返回再進(jìn)行I2塊開挖，開挖方式同I1塊開挖方式。洞口頂拱欠挖處理，先進(jìn)行I1塊開挖，后進(jìn)行I2塊開挖，頂拱錨噴支護(hù)全部完成后，進(jìn)行下層開挖。

3.2.2 開挖與支護(hù)的施工技術(shù)方法

I1塊的開挖采用楔形掏槽方式進(jìn)行爆破開挖，邊頂拱采用光面爆破，以控制邊線的開挖質(zhì)量；第II層開挖采用打水平孔，邊墻進(jìn)行光面爆破一次開挖成型，開挖鉆孔深度為4.5 m；底板集油池開挖采用手風(fēng)鉆鉆孔進(jìn)行開挖。

從開挖及支護(hù)設(shè)備考慮，鉆孔采用手風(fēng)鉆進(jìn)行頂拱爆破孔鉆孔，錨桿鉆孔及第II層水平孔施工，錨桿安插采用隧洞作業(yè)臺(tái)車，人工配合進(jìn)行插桿，錨桿注漿采用MZ-1型錨桿注漿機(jī)進(jìn)行注漿，噴混凝土采用HP-1型混凝土噴射機(jī)，裝載機(jī)運(yùn)輸混凝土。出碴采用40型裝載機(jī)裝4.5 t自卸汽車出碴。

3.3 母線洞及搬運(yùn)道

母線洞與搬運(yùn)道，均采用全斷進(jìn)行開挖，邊頂拱采用光面爆破，鉆孔采用楔形掏槽，每次鉆孔深度為3.5 m，每次進(jìn)尺為3.0 m，爆破后采用1 m3液壓反鏟進(jìn)行掌子面安全處理。

手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，1 m3液壓反鏟進(jìn)行扒底，40型裝載機(jī)裝4.5 t自卸汽車，噴混凝土采用干噴機(jī)由人工和隧洞作業(yè)車配合進(jìn)行噴射，錨桿安插采用人工配合隧洞作業(yè)車進(jìn)行錨桿安裝。錨桿注漿采用MZ-1型錨桿注漿機(jī)進(jìn)行注漿。

3.4 尾水系統(tǒng)

尾水系統(tǒng)包括尾水管及其延長段、尾水閘門段、無壓尾水洞四部分，無壓尾水洞分為尾水支洞及尾水主洞（含匯流洞）。3條尾水支洞采用卜形分岔方式，匯入?yún)R流洞，分岔角為120°，1號(hào)尾水支洞轉(zhuǎn)折處長24.50 m。無壓尾水支洞與有壓段同寬，底板采用1∶5反坡，匯流后匯流洞寬度由3.85 m，逐漸加寬至6.00 m，納入3號(hào)無壓尾水支洞，無壓尾水主洞開挖斷面尺寸為7.20 m×10.62 m。

3.4.1 開挖施工順序

尾水系統(tǒng)由尾水施工支洞分割為兩個(gè)開挖工作面。其一，由施工支洞向下游為一個(gè)工作面。其二，由施工支洞向上游（廠房方向）為一個(gè)工作面，該工作面主要開挖尾水主洞80 m、卜形分岔洞、尾水支洞及尾水管延長段。

在開挖時(shí)尾水主洞及卜形分岔和尾水支洞分兩層開挖，第一層開挖為頂拱層開挖，高度為不小于6.0 m，余下為第二層，先開挖頂拱層，當(dāng)頂拱層開挖完后，且完成錨噴支護(hù)后，開始進(jìn)行第二層開挖及尾水管延長段的開挖。

3.4.2 開挖與支護(hù)的施工技術(shù)方法

尾水主洞開挖施工考慮分層開挖。第一層開挖采用楔形掏槽，周邊光面爆破。第二層開挖采用打水平孔，中間先行起爆破兩邊光面爆破的爆破方法進(jìn)行底層開挖。第一層和第二層的開挖設(shè)備采用手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，40型裝載機(jī)裝4.5 t自卸汽車出碴，1 m3液壓反鏟扒底及安全處理。開挖時(shí)先進(jìn)行卜形分岔段及尾水支洞開挖，根據(jù)設(shè)計(jì)斷面的情況采用分層進(jìn)行開挖，即先開挖頂拱層后開挖下層，頂拱層的開挖高度應(yīng)不小于6.0 m，此段的開挖應(yīng)隨尾水主洞進(jìn)行，當(dāng)尾水主洞上層開挖到卜形分岔段時(shí)，應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行開挖完成卜形分岔段和尾水支洞部分的上部開挖，進(jìn)行尾水支洞開挖時(shí)，先開挖1號(hào)和3號(hào)，后開挖2號(hào)。

尾水管擴(kuò)散段的開挖是在尾水管延長段開挖到該段后進(jìn)行，開挖時(shí)1號(hào)和2號(hào)的擴(kuò)散段斷面按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行全斷面開挖，3號(hào)尾水管擴(kuò)散段做為廠房下部的施工交通通道，需擴(kuò)挖方能滿足要求，即當(dāng)尾水管延長段開挖到擴(kuò)散段時(shí)，以11.429%坡度向蝶閥底部開挖高程1902.00 m，進(jìn)行開挖，當(dāng)開挖到高程102.00 m止。

尾水卜型分岔段、尾水支洞及尾水管延長段的開挖鉆孔設(shè)備，采用手風(fēng)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，40型裝載機(jī)裝4.5 t自卸汽車出碴，噴混凝土采用HP-1型噴射機(jī)進(jìn)行混凝土噴射，利用隧洞作業(yè)車進(jìn)行錨桿安裝及頂拱的混凝土噴射。

對(duì)于尾水閘門上下游的尾水管延長段和尾水主洞的出碴，分別考慮為1號(hào)和2號(hào)尾水支洞及尾水管延長段和尾水管擴(kuò)散段，采用40型裝載機(jī)端碴在尾水主洞裝碴。3號(hào)尾水支洞及尾水管延長段，也采用了40型裝載機(jī)端碴在尾水主洞裝碴，當(dāng)開挖離廠房下游邊20 m時(shí)，擴(kuò)挖一個(gè)裝碴洞，擴(kuò)挖寬度為2.0 m，高度不小于5 m，長度為16.0 m，擴(kuò)挖方量為100 m3，此裝碴洞做為尾水管延長段余下部分的開挖裝碴和擴(kuò)散段及廠房下部分石碴的裝碴洞。

4 結(jié)語

地下廠房及尾水系統(tǒng)是地下引水發(fā)電系統(tǒng)施工的關(guān)鍵項(xiàng)目，其施工特點(diǎn)具有洞室開挖率高，支護(hù)強(qiáng)度高，致使圍巖穩(wěn)定問題突出，因而，合理的開挖方法及程序，及時(shí)進(jìn)行高效支護(hù)是地下廠房施工的關(guān)鍵技術(shù)問題。因此，加強(qiáng)對(duì)地下廠房及尾水系統(tǒng)的施工技術(shù)的研究與總結(jié)，根據(jù)特定的工程要求與工程地質(zhì)條件進(jìn)行綜合考慮，做出安全可靠、經(jīng)濟(jì)的開挖與支護(hù)施工方案，對(duì)水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

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