索普拉多拉水电站地下厂房快速开挖关键技术研究

2021-08-20杨紫慧宋海亮

四川水利 2021年3期

杨紫慧，宋海亮

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概况

厄瓜多尔保特-索普拉多拉水电站项目地下厂房为圆拱直墙型，顶拱为三心圆拱。厂房全长87m，最大跨度22m，总高度56.4m。在开工时间整体滞后的条件下，在交叉作业面多，工期紧张，工程质量要求高的背景下，如何快速高效地完成厂房开挖支护，保证三台机组的正常发电时间，以及如何保证厂房区域施工中的通风问题和安全监测是本项目研究的重点和难点[1-5]。

2 主要研究内容及需要解决的技术难题

(1)索普拉多拉水电站项目地下厂房快速开挖的主要研究内容：

①地下厂房开挖及支护施工方案；

②厂房开挖爆破设计；

③厂房分层开挖布置；

④厂房通风系统方案；

⑤厂房开挖期安全监测。

(2)技术攻关主要解决如下几个问题：

①研究多工作面交叉作业时各工作面的协调施工；

②研究厂房区域各施工部位通风问题；

③研究厂房分层方式及各层施工通道的利用；

④研究厂房各层施工顺序及施工时间；

⑤研究厂房区域其他部位施工顺序对主厂房开挖进度的影响；

⑥研究多点位移计安装埋设方法。

3 实施进展

3.1 主要方法

3.1.1 地下厂房分层施工

图1 地下厂房开挖分层示意

将地下厂房分为八层开挖，具体分层如表1所示。

表1 地下厂房开挖分层

3.1.2 厂房安全监测

安全监测主要是通过埋设多点位移计来进行控制。地下厂房共埋设18个多点位移计，其中，顶拱埋设4个(孔深18m)；长度方向每侧对应埋设3排，一排2个(孔深18m)；跨度方向每侧对应埋设1个(孔深12m)。通过收集观测数据来判断厂房岩石位移变化情况。

(1)首先按图纸或监理的指示放出仪器位置，避开附近锚杆等设施，采用岩芯钻进行造孔。

(2)岩石表面采用φ130mm钻头，进行50cm长度钻孔，形成长(20cm)×宽(20cm)×深(50cm)的坑槽；接着φ110mm钻头，进行100cm长度钻孔，其余1100cm或1700cm采用φ90mm钻头进行钻孔，形成岩石表面长(20cm)×宽(20cm)×深(50cm)的坑槽。连接长100cm，φ110mm的洞，再连接长1100cm或1700cm，φ90mm的洞。

(3)按照图纸设计要求或监理的指示，我们组装位移计并固定测头的位置，固定位移计的灌浆管和排气管，将位移计整体推入孔内到达设计的位置。

(4)在位移计测头部位采用土工布和水泥卷进行封孔，引出位移计的灌浆管和排气管。

(5)采用与锚杆灌浆一样的水泥浆进行灌浆，到孔内充满水泥浆，待水泥浆凝固后进行位移计的数据收集和整理资料。

把每次测量的读数连接成线，得到时间与位移的变化曲线。由各深度观测点位移的整体变化趋势可以看出，开挖爆破阶段受开挖荷载、爆破震动影响各深度测点都出现位移徒增，尤其是在8月4日厂房第Ⅲ层(高程935.46m)下挖开工后位移发展迅速，变形将在开挖支护工作完成后逐渐收敛。从变形量的角度分析，位移量随深度增加而增加，变形主要发生在距表面5m以内的监测部位，5m点和8m点基本保持同步变形趋势，2m点的变形总体比较平缓而且变形总量较小。

图2 地下厂房多点位移计数据分析

3.2 施工措施

3.2.1 地下厂房分层施工

(1)厂房第Ⅰ层开挖(959.00m～949.00m)

厂房第Ⅰ层采用“中导洞(9.2m×9.0m)超前、两侧扩挖跟进”的方法开挖。首先从7#廊道进入厂房，沿洞轴线单向掘进，进行中导洞开挖支护施工。待4#廊道贯通后，两端相向掘进，形成两个工作面进行开挖。由4#廊道进入厂房后，形成坡度约12.9%的斜坡道路，作为主要施工通道。

中导洞采用人工气腿钻在自制台车上造孔，顶拱周边光面爆破，中导洞每循环进尺3.0m～3.5m；两侧扩挖滞后中导洞开挖20m～30m进行，采用人工气腿钻在自制台车上造孔，顶拱及侧墙周边光面爆破，扩挖每循环进尺3.5m～4.0m。

(2)厂房第Ⅱ层开挖(949.00m～941.80m)

厂房第Ⅱ层由4#廊道进入，采用“中间抽槽、两侧扩挖”的方法开挖。中间抽槽宽度约15.0m，采用液压钻造孔，深孔梯段爆破；为确保洞室周边围岩不受破坏，抽槽轮廓线进行预裂爆破，保护层厚度3.5m。保护层采用气腿钻造孔，人工装药，周边光面爆破。

(3)厂房第Ⅲ层开挖(941.80m～935.46m)

厂房第Ⅲ层由进厂交通洞进入，除937.10m平台保护层采用气腿钻水平光爆外，其余开挖方法同第Ⅱ层。

(4)厂房第Ⅳ层开挖(935.46m～928.15m)

厂房第Ⅲ层开挖结束后，即进行第Ⅳ层抽槽爆破，待排架柱安装及吊车梁混凝土浇筑后，再进行出渣。吊车梁混凝土浇筑完成21d后，再进行两侧扩挖施工。具体开挖方法同第Ⅱ层。

(5)厂房第Ⅴ层开挖(928.15m～920.84m)

厂房第Ⅴ层由扩挖后的引水隧洞下平段岔管进入，同样采用“中间抽槽、两侧扩挖”的方法进行开挖，最后进行926.15m及926.00m平台保护层开挖，开挖方法同第Ⅲ层。

(6)厂房第Ⅵ层开挖(920.84m～912.65m)

厂房第Ⅵ层由扩挖后的引水隧洞下平段岔管和机组排水洞进入，同样采用“中间抽槽、两侧扩挖”的方法进行开挖，最后进行919.00m平台保护层开挖，开挖方法同第Ⅲ层。

(7)厂房第Ⅶ、Ⅷ层开挖(912.65m～906.65m、906.65m～902.60m)

厂房第Ⅶ、Ⅷ层集水井由机组排水洞进入，进行开挖。采用“中间抽槽、预留边墙保护层”的开挖方法，保护层厚度1.45m。

第Ⅶ、Ⅷ层集水井开挖完成后，采用轻质材料(泡沫或木板等)将集水井填充，避免因上层开挖渣料堆积其内造成二次出渣。

3.2.2 厂房通风系统

根据本项目厂房区域的总体设计，厂房各廊道以及厂房和主变室开挖期间，仅有进厂交通洞作为唯一的施工通道和通风排烟通道。考虑到进厂交通洞长达1903m，通风距离较远，且末端有多条施工廊道，因此，厂房区域各工作面开挖期间主要利用下坡开挖的优势，采用洞口平台轴流风机压入式通风为主。同时根据需要增加吸出式射流风机(或轴流风机)以增强排风效果。

根据厂房各部位独头掘进距离、开挖断面尺寸和采用无轨运输等条件计算通风量。拟选取其中最长的隧洞组合进行单独计算(L=进厂交通洞1732m+1#廊道41.49m+2#廊道362.45m-风管距掌子面距离30m=2105.94m)，然后进行统一考虑。