□陈华剑（江西赣禹工程建设有限公司）

大跨度地下洞室开挖施工

□陈华剑（江西赣禹工程建设有限公司）

大跨度地下洞室开挖一直以来都是地下工程施工的重点和难点，其松弛塌落范围比单拱洞室要大得多，作用在支护衬砌结构上的荷载也要比单拱洞室大得多，如何保持围岩的稳定性成了急需解决的技术难题。文章通过结合某水电站地下洞室开挖工程实例，该工程难点在于地下洞室大跨度、高边墙的开挖稳定问题，为确保开挖施工安全，针对各个洞室采取严格的开挖施工技术措施，为同类工程提供参考实例。

稳定性；地下洞室；洞室开挖

1 引言

某水电站工程属大（1）型一等工程，永久性主要水工建筑物为一级建筑物。工程以发电为主兼有防洪、灌溉、拦沙及航运等综合利用效益。该工程由混凝土双曲拱坝（坝高292 m）、坝后水垫塘及二道坝、左岸泄洪洞及右岸地下引水发电系统组成。引水发电系统由三大洞室和六条引水压力管道、六条母线洞、两条尾水洞以及交通洞、运输洞、出线洞和通风洞组成一个庞大的地下洞室群。其主副厂房高82 m、宽30.60 m、长298.10 m；主变室高22 m、宽19 m、长230.60 m；双圆筒阻抗式调压室高90 m、直径32 m，最大开挖直径38 m，两调压井轴线间距99.50 m；两条尾水隧洞长度分别为945.40 m和717.40 m，洞径均为18 m。

2 工程难点分析及其处理方案

地下洞室规模大，开挖施工强度高。主厂房跨度30.60 m，高度81 m，长度298 m；尾水调压井最大开挖直径φ38 m，高度90 m；尾水隧洞开挖直径φ21.60 m，衬砌直径φ18 m；电梯井深度252 m，直径φ11.60 m；主排风洞斜井倾角70°，深度235 m，开挖直径φ10 m；引水洞竖井开挖直径为φ10.60 m，深155.00 m；出线洞斜井倾角32°，深度442 m，总开挖量达221万m3，洞室混凝土70万m3，钢筋量9万t，喷混凝土5.40万m3，锚杆11万根。

工程地下洞室具有大跨度、高边墙的情况，存在开挖稳定性问题、以及地下洞室群有交叉、交错处也会有开挖稳定性的问题、最主要还有相邻洞室之间的岩层、岩柱的存在比较突出的稳定性问题。该工程的地质情况相对复杂，Ⅲ级、Ⅳ级结构比较发育，岩层内应力较高，对周边围岩的稳定也会影响，因此，如何控制地下洞室的围岩稳定性应该是该工程的洞室开挖的重点及难点。针对各洞室的体型特点、地质条件、相互位置，采取综合措施，确保地下洞室围岩的稳定。

配置先进高效和配套的施工设备，钻、挖、装、喷锚等主要设备采用一半以上的新购进口设备，配置电脑导向多臂钻、液压锚杆台车、湿喷混凝土作业车、液压平台车、液压正铲等先进设备，其它设备数量充足，性能优良，满足高峰施工强度要求并有一定的备用量，以保证地下洞室的快速开挖，快速支护。

地下洞室开挖采用光面爆破、预裂爆破技术，减少爆破振动对围岩的影响，确保开挖轮廓准确，减小围岩应力集中。特别是三大洞室大跨度顶拱和高边墙的光面爆破及预裂爆破。交叉洞室交叉洞口两倍洞径洞段范围采用浅孔短进尺的开挖方式，在开挖后及时施作强支护或视情况进行混凝土衬砌锁口。

3 洞室开挖实施

3.1 开挖程序安排原则

对于大断面的洞室而言，如：主副厂房、机组尾水检修闸门室、主变室、尾水调压室、尾水洞和尾水支洞，根据具体洞室有关稳定性的要求、施工质量控制、施工的进度要求以及施工采用的机械、设备的性能等进行分部、分片、分层开挖，在每一层开挖的过程中，及时按施工详图和监理的指令进行有效的支护。如等厂房III层开挖完成后，应先进行IV层边墙的预裂工作，然后进行厂房吊顶梁和岩壁吊车梁锚杆及混凝土施工。

3.2 顶拱开挖支护施工要点

厂房开挖、支护重点：一是厂房开挖跨度大，要保证开挖后围岩稳定；二是周边成型好，光爆残痕率高，岩面平整；三是厂房开挖高度达86.43 m，高差大，交叉洞室多，显而易见存在高边墙的稳定性问题。针对上面所述的特点，为了有效保证洞室开挖施工质量，该工程开挖施工全过程必须按图纸及相关规范施工。每一层施工后根据地质实际情况做支护，甚至要进行超前支护，比如：断层、或者层间错动，以及蚀变带岩层等不利条件，有时候对原勘探的地质图纸进行复核，特别是在极端不利的地质条件下，更应该适当超前勘探以确保施工安全。

3.3 母线洞开挖与支护

母线洞开挖、支护重点：一是开挖跨度大，要保证开挖后围岩稳定；二是开挖应确保厂房岩锚梁的安全；三是开挖高差大，上游边墙为6个母线洞扩大段，显而易见也存在高边墙的稳定性问题。针对上面所述的特点，为了有效保证洞室开挖施工质量，严格按规范要求开挖、支护，各层开挖后必须根据地质条件适时支护，局部存在破碎带的地质在开挖前采取超前预支护，开挖后应及时支护。在主变室开挖交叉洞室的洞口时，应采取控制爆破，并根据设计要求完成交叉洞室锁口锚杆支护。对较大规模断层、软弱夹层开挖时采用工字钢拱架或格栅钢拱架支撑，以保证洞室的稳定。

3.4 球形顶拱开挖支护

尾水调压室顶拱为球形，轮廓开挖质量要求高，施工难度大；顶拱跨度大，开挖强度高。为确保球形顶拱开挖质量，加快施工进度，保证工程稳定和施工安全，针对该项目特点，结合本集团公司的施工经验，其施工原则为：先周边环形导洞开挖，再中间岩柱开挖，导洞及岩柱采用大型机械施工保进度、抢方量，保护层和轮廓面人工精雕细刻保质量、争效益，跟进支护保安全。开挖支护程序：球形顶分三区七序开挖，Ⅰ区为周边环形导洞，分导洞开挖和保护层开挖；Ⅱ、Ⅲ区为中间岩柱，先进行顶拱环向开挖，形成顶拱开挖作业平台，隔墩开挖1循环，便于清碴和及时提供支护面；Ⅲ区分顶拱和隔墩开挖，先开挖顶拱，之后开挖隔墩。

3.5 上、下平洞开挖支护

上、下平洞均为城门洞型断面，断面尺寸为5.80 m×6.95 m（宽×高），其中1#出线洞上平段长66.61 m，下平段长9.01 m，2#出线洞上平段长36.22 m，下平段长16.40 m。因两条出线洞的上下平段相距较近，拟采用一套设备进行施工。上、下平洞段采取全断面开挖，周边光面爆破。钻孔采用三臂凿岩台车，出渣采用3 m3装载机自运至洞口装车，20 t自卸汽车运输；锚杆采用YT28气腿钻造孔，MZ-1注浆机注浆，可移动平台车配合人工安装；喷混凝土采用TK-961混凝土喷湿喷机，人工手持喷头施喷。

3.6 斜井开挖支护

两条出线洞斜井段为城门洞型断面（5.80 m×6.95 m），斜长均为442.52 m，倾角均为32°。两条出线洞侧壁净距为8～53 m，为保证施工安全，两条出线洞拟错开40～50 m进行施工。拟在洞口平台设一卷扬机牵引轨道式工作平台车自上而下全断面开挖，钻孔采用设于工作平台车上的气腿风钻，人工装药，非电毫秒雷管分段，非电起爆，光面爆破成洞。出渣采用人工装渣，卷扬机牵引1 m3矿车至上平段，人力推出洞口卸渣，3 m3装载机配合20 t自卸汽车转运至存（弃）渣场。

4 结语

针对地下洞室大跨度情况，其易坍塌直接关系到洞室开挖时的稳定性问题。文章通过结合某水电站洞室开挖工程实例，针对大跨度洞室开挖情况，为有效确保开挖施工安全性，通过配置先进高效和配套的施工设备，保证地下洞室的快速开挖，快速支护。从本工程实施效果表明，本工程的洞室开挖技术是可行安全的，可为同类工程提供参考实例。

［1］李院忠；王少川；孙莉萍；齐俊修.水平薄层岩体中大跨度地下洞室工程地质研究［J］.岩土力学，2014（8）：80-82.

［2］王晓伟.龙滩水电站地下厂房大跨度高边墙开挖施工技术［J］.广东科技，2009（9）：115-118.

［3］罗济章；钟永贵；胡振瀛.闹市区浅埋大跨度岩石地下洞室的开挖、支护及预测［J］.地下空间，2013（8）：115-118.

编辑：刘长垠 韦诗佳

TU457

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1673-8853（2017）06-0058-02

2017-03-09