杨海林

(中国水利水电第一工程局有限公司,云南大理 671000)

大华桥水电站引水发电系统主厂房Ⅰ层开挖施工技术

杨海林

(中国水利水电第一工程局有限公司,云南大理 671000)

地下厂房系统布置在引水发电系统中部,包括地下洞室群和地面开关站等工程。地下厂房由主厂房和副厂房组成,主厂房包括主机间和安装间。主机间、安装间、副厂房呈“一”字形布置。主厂房内安装4台额定容量230MW的立轴混流式水轮发电机组,采用一机一缝的布置方式。主厂房开挖跨度:岩壁吊车梁以下为26.80m,岩锚梁以上为28.30m。2#～4#机组段长度均为29m,1#边机组段长度为35m。

引水发电系统 主厂房Ⅰ层 开挖施工工艺 周边光爆孔

1 引言

主厂房布置于河床左岸,主机房、副厂房、安装间呈“一”字形布置。厂房总长度为196．1m,其中安装间长56．7m,主厂房长122．4m。副厂房长17．0m,厂房顶拱开挖高程1439．15m,厂房最低开挖高程1362．8m。主厂房Ⅰ层开挖底高程为1429．65m,最大开挖高度9．55米。

地下厂房Ⅰ层开挖由通风兼安全洞从副厂房侧进入单向开挖。开挖时采用Ⅰ-1区中导洞摸顶先行,中导洞断面为11m×9．5m(宽×高),两侧边拱扩挖Ⅰ-2区及Ⅰ-3区跟进,各区之间采用错距开挖,错距大于30m,两侧边拱扩挖错距10米施工。系统支护：Φ28锚杆为6．0/9．0m长短结合锚杆,间排距3．0×1．5m,间隔布置,喷C30钢纤维混凝土,厚度20cm。(见图1)

2 厂房系统地质状况

地下厂房系统山顶高程大于1800m,地下厂房系统外边墙距边坡水平距离为180～200m,顶部最大埋深380m,上部微新岩体厚度为200～300m。主要建筑物轴线与岩层走向交角为68°左右,呈大角度相交。厂房区岩性主要为白垩系下统景星组下段的灰白色、灰绿石英砂岩与紫红色、灰绿色绢云母板岩不等厚互层,岩层产状NE3°NW∠75°～85°,陡倾下游偏岸外,以微风化～新鲜岩体为主,较完整。主洞内整体上以板岩为主,约占60%,砂岩占40%。综合分析,地下厂房洞室成洞条件总体较好,洞室围岩整体稳定,局部位置受裂隙组合切割可能形成不稳定块体。

图1 主厂房一层开挖分区断面图

表1 主厂房Ⅰ层开挖方法一览表

3 开挖施工工艺

3.1 开挖程序

根据厂房布置施工通道特点,利用通风兼安全洞进行厂房一层开挖施工。

先利用中导洞扩挖摸顶施工,顶拱及边墙均扩挖至主机间轮廓线,扩大后断面为28．3×9．5/宽×高。以扩大后断面为起点向厂房左侧掘进。进行中导洞开挖超前、扩挖跟进方式。中导洞为城门洞型,开挖断面11×9．5m(宽×高),中导洞及扩挖开挖循环进尺均为3．0m(手风钻)。厂房I层跨度28．3m,分上游、下游2部分进行扩挖,中导洞超前进行,顶拱及周边扩挖,跟随中导洞进行,Ⅱ、Ⅲ类围岩时可错位30～50m,Ⅳ类围岩和岩石破碎区时紧跟中导洞进行施工;上下游侧扩挖滞后顶拱及周边扩挖30m,其中下游侧滞后上游侧扩挖30～50m。

3.2 第Ⅰ层开挖施工方法

导洞及扩挖均采用手风钻钻孔,周边光面爆破,利用钻架平台人工装药, 炸药选用乳化炸药,非电毫秒微差延时网络,磁电雷管起爆,放炮后及时采用反铲配合人工进行清面及局部安全处理。(见表1)

3.3 爆破设计

中导洞采用钻爆平台作为操作平台(手风钻钻孔)水平开挖,手风钻钻孔直径定为50mm,循环进尺根据不同围岩类别为：Ⅱ～Ⅲ类围岩洞段中导洞3．0m,导洞开挖爆破效率按95%考虑。

(1)地下厂房Ⅰ层中导洞钻爆参数如下：

空孔孔径：50mm,孔深：3．2m,孔数：2个;

掏槽孔孔径：50m,孔深：3．2m,孔数：7个;

周边光爆孔孔径：50mm,孔深：3．0m,孔距50cm,药卷直径为25mm,采用不耦和装药,周边光爆线装药密度：140g/m(顶拱部分),炸药单耗：1．08kg/m3(含光爆孔)。

(2)地下厂房Ⅰ层两侧边拱扩挖钻爆参数如下：

崩落孔孔径：50mm,孔深：3．0m,孔距90cm,药卷直径为32mm;

周边光爆孔孔径：50mm,孔深：3．0m,孔距50cm。药卷直径为25mm,采用不耦和装药,周边光爆线装药密度：140g/m(较顶拱稍小些),炸药单耗：1．11kg/m3。

爆破采用非电毫秒导爆管进行连接(5m或7m脚线),周边孔采用竹片分段装药,导爆索引爆,起爆采用非电毫秒梯段雷管引爆,乳化炸药爆破。

3.4 开挖施工工艺

3.4.1 技术准备

(1)掏槽方式的选择。地下厂房洞室开挖工程的大部分围岩为容重为2200kg/m3、岩石饱和抗压强度强度为60～80MPa石英砂岩,掘进循环进尺为3m,采用斜眼掏槽中的楔形掏槽方式进行大断面开挖。围绕直眼中心约25cm布置6个内斜炮孔,其内斜角度根据开挖循环进尺,控制在1～2°。

(2)测量放样。控制测量采用莱卡(Leica)全站仪作导线控制网。对于洞室边缘轮廓线放样,直线段各放样点相距0．5m,曲线段相距0．5m,各周边轮廓放样点相对于洞轴线的点位中误差允许偏差为±50mm并满足设计要求。对每个炮孔放样,根据每个炮孔的偏角和炮孔的深度,在同一掌子面上作两端点的投影点,以控制每一炮孔的钻孔方向。

3.4.2 钻孔

采用手风钻进行钻孔,由熟练的手风钻操作手进行钻孔作业。对于掌子面上的炮孔开挖,造孔的基本顺序为：钻周边孔时,先钻顶部孔,再依次往下、往两边开钻;钻中间各孔时,先上后下,先两边后中间。

造孔过程要求各钻手分区、分部位定人定位施钻,实行严格的钻手作业质量经济责任制。钻孔要求“平、直、齐”,周边孔偏差不大于5cm,爆破孔偏差不大于10cm。主厂房要求周边轮廓线光爆各孔,每孔沿厂房轴线方向为“一字线型”布置。炮孔的底孔应落在爆破图规定的端墙平面上。

3.4.3 装药、连线、起爆

周边孔按爆破设计要求用小药卷捆绑于竹片上,形成不连续装药,药卷间距一般为30～40cm,插药入孔时还应注意药卷的方向,竹片靠洞室轮廓线一侧,药卷朝向最小抵抗线。采用乳化炸药,非电雷管传爆,磁电雷管起爆。乳化炸药的药径32mm和25mm两种。掏槽孔

(孔距为25cm)、辅助孔(孔距为60～100cm)用32mm炸药、底孔(孔距为80cm)用32mm炸药;周边孔用25mm炸药切割分成3份,孔距为33-37cm。爆破顺序为掏槽眼先响,辅助眼次之,周边眼最后响,周边眼的爆破顺序为底眼,再是顶眼及邦眼等光爆眼一同起爆。

4 结语

为保证主厂房一层开挖施工施工有序推进,实现资源的有效配置,根据厂房的结构特点、通道条件、施工机械性能等需要。在厂房一层开挖过程中,为减小爆破对顶拱围岩的影响,同时保证边墙的成型质量,边墙采取周边一次光爆到位,薄层开挖,随层支护的开挖方式。

通过对主厂房一层开挖施工后,经过一段时间的开挖实践我们有以下几点体会：(1)中下导洞先行,预留保护层进行扩挖,扩挖采用光面爆破法施工,周边孔间距控制在50cm,Ф25mm药卷间隔装药,采用光面爆破,使围岩爆破影响范围减到最小程度,以提高围岩的自稳能力;(2)采用浅进尺多循环的方法,要求施钻孔深控制在3．0m以内;开挖轮廓线周边孔,平齐,线性为一字形。(3)残留炮孔痕迹应在开挖轮廓面上均匀分布;炮孔痕迹保存率,完整岩石在85%以上;相邻两荐炮之间的台阶的最大外斜值小于10cm。