向家坝电站地下厂房洞室开挖施工技术

1、2010年第11期东北水利水电向家坝电站地下厂房洞室开挖施工技术孙开畅1，姜德全2，孙志禹3摘要向家坝水电站右岸地下厂房规模大，洞室密集，开挖工程量巨大。针对其开挖施工方案，着重分析了其难点和重点以及特殊情况，提出了相应的处理对策。关键词地下厂房；开挖；施工技术；向家坝水电站中图分类号TV52文献标识码A文章编号10020624（2010）11001502（1. 三峡大学水利与环境学院，湖北宜昌443002；2. 中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都610072；3. 中国长江三峡集团公司，湖北宜昌443002）1工程概况及施工特性1.1概况向家坝水电站是金沙江下游河段中规划的最末一个

2、梯级电站，其坝址位于川滇两省交界的金沙江下游河段上，左岸为四川省宜宾县，右岸为云南省水富县。电站地下厂房洞室群的开挖施工直接关系到地下厂房的运行安全、工期和工程投资。地下厂房系统洞室开挖以主厂房、主变洞两大洞室为主体，包括母线洞、电缆竖井、主厂房顶部通风洞、主变交通洞、第四层帷幕灌浆廊道、排水廊道等洞室在内的大规模洞室群开挖1。1.2主要开挖工程量地下厂房系统洞室群各个部位的主要开挖工程量见表1。2开挖施工中的重点难点及相应对策地下厂房开挖跨度大，顶拱存在缓倾角层面，顶拱开挖安全是重点，同时也是一个难点。在开挖过程中拟采取下列措施：顶层开挖相继贯通中部下导洞及中导洞并完成系统支护及初喷，然后采

3、取前后跟进方式进行两侧扩挖施工，根据中导洞揭露的地质情况，及时进行必要的超前支护或临时支护；厂房顶拱对穿锚索孔施工在顶拱开挖前完成，系统喷锚支护紧跟开挖工作面，穿锚、张拉等锚索施工适当滞后开挖面一段距离及时跟进，防止顶拱产生大的变形；在不良地质洞段，采取“分区开挖、短进尺、弱爆破、及时支护”的方案，必要时采取超前支护；严格控制单响药量，控制质点震动速度在规定范围内；顶拱层拱脚以上系统支护（含锚索）完成后，才能开始厂房第层开挖。岩锚梁是地下厂房开挖的关键部位之一，因此确保岩锚梁岩台开挖质量，正确处理软弱夹层带，对确保岩锚梁安全是非常重要的。在岩锚梁开挖施工过程中拟采取下列措施：岩锚梁层开挖在上下

4、游边墙预留45m 厚保护层，中间拉槽开挖前先沿保护层边线进行第一道预裂；保护层开挖分两区进行，保护层开挖前沿岩锚梁以下边墙进行第二道预裂，然后采用气腿钻钻爆开挖岩锚梁下拐点以外保护层；最后开挖岩锚梁保护层剩余三角体部分，采用气腿钻自下而上沿岩锚梁斜墙面造斜孔，手风钻沿岩锚梁上拐点直墙面钻垂直孔，双面光面爆破；岩锚梁保护层剩余三工程部位石方洞挖/m3二次扩挖/m3塌方石渣处理/m3合计/m3主厂房及安装间59026840001000595268主厂房通风洞2380020020024200母线洞及联系洞10012354尾闸安装间1484314843电缆竖井3790020010038200防渗排水廊

5、道2420340020024803电梯及排烟竖井75501501507850合计84351866502050852218表1地下厂房系统洞室群主要项目开挖工程量表工程施工·15·东北水利水电2010年第11期（下转第32页）角体部分开挖前通过生产性爆破试验，优化爆破参数和网络设计，尽可能减少爆破松动圈；对于有软弱夹层穿过岩锚梁部位的开挖，严格按照设计图纸进行加固处理，必要时，视地质情况，利用置换回填、预先固结灌浆的方法加固岩锚梁基座，提高软弱夹层的抗变形能力。地下厂房开挖跨度达33.4m 、高度达88.2m ，是国内目前在建的最大跨度和最大高度的地下厂房，确保厂房高边墙稳定

6、是又一个重点2。主要对策如下：采取以支护为中心，以尽量减少对地下厂房围岩扰动为原则进行施工。厂房-层主要采取中间拉槽，两侧预留保护层扩挖跟进的方式开挖，同时严格控制单响药量，以防止爆破对边墙造成震动破坏；开挖与支护施工采取“平面多工序”、“立体多层次”原则作业，喷锚支护紧跟保护层开挖工作面，锚索施工最多滞后开挖半层。加强开挖过程中的变形观测，在边墙位移突变或持续增大时，则停止开挖，加强支护。保护层开挖与支护作业协调进行，在支护作业滞后时，保护层开挖适时停止3。电缆竖井开挖高差大，穿过含煤岩层，保证煤层采空区的井壁稳定、并确保开挖安全是难点。针对电缆竖井开挖安全问题，拟采取以下措施：电缆竖井溜碴

7、导井采用反井钻机进行施工，大井扩挖35m 高后及时进行锁口，然后再继续进行扩挖，同时井口预留35m 宽的井台，设置围栏和排水沟，防止井台上杂物坠入井内。设置专门的提升设备，作为人员上、下和材料运输交通工具，提升设备设置导向装置和断绳保险装置，并控制升降速度。上下联系采用电话、信号灯、对讲机等多种通讯手段结合使用，互为备用。提升设备设置防止过卷、过电流和失电压等保险装置及可靠的制动系统，使用过程中加强维护检查工作。溜碴导井开挖后，采取分两次跟进方式扩挖，首先自上而下将导井扩挖至准4.0m 。二次扩挖施工时，上层未支护不得进行下一层的开挖；对于存在煤层采空区的井壁洞段，在进行扩挖、支护、回填砼塞后

8、，再进行下一层的开挖。施工作业时，作业人员佩戴安全绳，安全绳挂在井壁锚杆上，防止发生人员坠落事故。母线洞开挖既要确保厂房岩壁安全及岩锚梁安全要求，又要尽量减少占压厂房开挖直线工期，开挖时机合理安排是本工程的重点。母线洞开挖征循“先洞后墙”的原则，利用进厂交通洞由主变洞将母线洞提前开挖贯入主厂房高边墙4。地下厂房位于坝轴线上游库内，且其中下部处于地下水位以下，主厂房中下部开挖施工前提前形成一道阻水帷幕，同时加强渗水区域和集中渗流通道的“堵、导”，确保地下厂房干地施工安全。母线洞、尾水管扩散段、尾水支洞与母线洞之间的洞壁较薄，采取间隔开挖、加强支护的措施，确保岩壁稳定，并充分协调好各部位施工程序5

9、。加强围岩安全监测，建立安全预报制度。开挖过程中根据开挖部位和地质条件，及时设置安全监测点和围岩收敛监测断面，对围岩进行安全监测，以便调整开挖钻爆程序和钻爆参数，减轻开挖爆破对围岩稳定的影响。配备先进、配套、适用的洞室开挖和支护施工机械设备，保证开挖支护及时、有效，并配备具有丰富地下工程施工经验的地质工程师，负责分析、处理施工中出现的地质问题。3施工方案布置3.1施工程序根据向家坝右岸地下厂房系统洞室群布置特点及施工质量、进度和围岩安全稳定等要求，地下厂房系统洞室开挖支护围绕主厂房关键线路展开，统筹安排主变洞、母线洞、电缆竖井等相关洞室的施工，尽量做到均衡生产。采用分层平行流水作业，做到“平面

10、多工序”，又在整个立面上进行多工种立体平行交叉施工，形成“立体多层次”，以实现地下洞室群的快速施工。3.2分层分区开挖地下厂房分为10层开挖，各层又分区进行开挖支护。主厂房第层分两区4个工作面（1区导洞、2区中导洞扩挖及3区两侧扩挖）进行施工；主厂房第-层分3个工作面进行施工；主厂房，层开挖使用4条尾水管作为出渣通道，分两个工作面进行导井及扩挖施工。4开挖过程中的特殊情况处理4.1塌方处理对一般性塌方，在塌顶暂时稳定之后，立即加固塌体四周围岩，及时支护结构物，托住顶部，防止塌穴继续扩大；对于较大塌方，还应妥善处理地表陷坑；有地下水活动的塌方，应先治水，再治塌方；认真制订塌方处理中的安全措施，认

11、真组织塌方处理专业队伍，充分保证处理塌方的必须器材设备供应。不同类型的塌方，选择不同的处理方案。某些塌方还需综合处理才能达到目的。对于一般的塌方，采用锚喷法进行处理，其处理程序如下：排除淋水，用19mm 钢管插入排水孔内3060cm ，钢管与岩面用棉纱封紧，再用11水泥砂浆（加速凝剂）堵在棉纱外面，在钢管出口套塑料管，沿洞侧悬挂，将淋水导入排水沟内；喷早强混凝土，封闭补平岩面，厚25cm ；按间距0.6m ×0.8m 梅花形埋设锚杆（22mm 螺纹钢），长3.0m ，外露0.1m ；挂网（网格20cm ×20cm ）与岩面密贴并与锚杆头焊接；喷第二次早强混凝土，厚810cm

12、 。工程施工·16·东北水利水电2010年第11期!收稿日期2010-08-09塌方段通过锚喷处理基本稳定后，再采用管棚法施工工艺通过该洞段。施工过程中严格控制进尺，采用控制爆破，以保持围岩不受过分扰动和减少因爆破造成的局部应力集中，保证岩面规整，为锚喷支护创造条件。同时利用管棚管对不良地质洞段进行固结灌浆，加固围岩和止水，使围岩达到稳定。塌方非常严重的部位，为防止四周岩体松动后产生更大规模的塌方，应在锚喷支护完成后对塌方段进行砼浇筑，然后对洞顶孔穴进行回填和灌浆处理。4.2断层、裂隙和层面发育地质洞段施工注意事项如断层带地下水是由地表水补给时，在地表设置截排系统引排。对隧

13、洞承压水，在每个掘进循环中，向掌子面掘进方向钻凿不小于2个超前钻孔，其深度在4m 以上，以探明地下水情况。随工作面的向前推进挖好排水沟，并根据岩质情况，必要时加以铺筑。洞壁或洞顶有水流出时，凿孔安置套管集中引排，使其不漫流。通过断层带的各施工工序之间的距离宜尽量缩短，并尽快进行临时支护封闭岩面，以减少岩层的暴露、松动和地压增加。对于断层、破碎带，裂隙和层面较发育段，由于施工期间早期压力大、围岩变形快，自稳时间短，初期支护的早期强度不能满足围岩自稳要求，采用超前小导管（超前中空锚杆）注浆，快速止水加固。在开挖面沿拱墙按纵向间距3.5m ，环向间距0.4m ，孔深4.0m ，外插角10°

14、钻孔。采用42mm(壁厚3.5mm 无缝钢管或25中空锚杆，注浆压力为0.51.0MPa 。注浆至开挖前的时间间隔48h ，开挖在超前支护形成的棚架结构保护下开挖。开挖进尺之后，立即采用型钢支撑，并与超前小导管（锚杆）焊接与喷锚支护联合受力方式。优化爆破设计，尽量减少爆破对围岩的震动，开挖采用导洞领先、多台阶、短进尺，弱爆破和打减震孔的开挖方式进行。4.3涌水处理措施地下厂房系统洞室下部在第二层水位以下，为减少开挖施工期间的涌水量，在防渗帷幕形成后再进行开挖。对于施工中的涌水，应事先根据设计文件对洞室可能出现涌水的地段进行详细的调查、分析，雨季渗水主要采用引、排、堵方案。施工中分别根据具体情况

15、，采用超前钻孔或辅助坑道排水、超前小导管预注浆、超前围岩预注浆堵水、井点降水及深井降水等施工措施。5结语向家坝水电站地下厂房地质条件复杂，开挖工程量浩大，本文对其施工过程中的重点和难点进行了分析，并提出和总结了相应的对策。对于开挖过程中突发情况提出了处理措施。在实际施工中取得了较好的成效，为类似工程提供了参考和借鉴。参考文献1唐崇正，聂光利. 向家坝水电站地下主厂房开挖关键施工技术J . 四川水力发电，2009，28(4：68-71.2李汉臣，唐孝林，王仁强. 向家坝电站地下厂房进水口高边坡开挖施工难点剖析J . 四川水力发电，2009，28(4：62-64.3穆创国，张安, 夏浩军. 开挖方

16、案对洞群围岩稳定性的影响研究J . 西北农林科技大学学报(自然科学版 ，2004，32(11：139-142.4徐成光. 复杂条件下向家坝电站地下厂房开挖质量控制J . 四川水力发电，2009，28(4:31-33.5易志，唐春满. 向家坝工程右岸地下电站尾水管扩散段开挖方案J . 水力发电，2010，36(4:50-53.收稿日期2010-08-13衡，既要发挥重大水利工程在发电、航运、防洪、灌溉、供水等方面的巨大综合效益，使之成为促进国民经济发展的重要因素，也要积极应对由此引发的河口生态环境问题。参考文献1保护海洋环境免受陆基活动影响中国行动计划编制技术大纲R . 中国环境科学研究院，20

17、06.2陈明剑，孟伟. 中国保护海洋环境免受陆源污染工作报告R . 国家环境保护总局，2003.3王金辉，徐韧，秦玉涛，等. 长江口基础生物资源现状及年际变化趋势分析J . 中国海洋大学学报(自然科学版 ，2006，36(5：821-828.4劳丽·普汀格. 河流保护者手册-中国河流和集水区保护指南M . 国际河流网络出版,2004.52003年中国海洋环境质量公报. 重点河口生态环境状况R . 国家海洋局,2004. 6陈吉余. 长江口生态环境变化及对河口治理的意见J .水利水电技术, 2003, 34(1:19-25.7陈吉余，陈沈良. 中国河口海岸面临的挑战J . 海洋地质动态

18、，2002，18(1：1-5. （上接第16页）水生态环境·32·No.112010(TotalNo.316 Water Resources &Hydropower of Northeast·71·Reason discussion of long-term leakage for overflow section of Fengman damYU Jie-gang, SU Jia-lin, YANG Cheng-zhuAbstractThe leakage of Fengman dam has been cause the freeze-tha

19、w damage and multiple deep frost heaving damage for the dam concrete and cause the development of water-eroded grike and groove for the internal dam body. The leakage still can not be prevented by the spillway reinforcing treatment and grouting impervious for many years, the damage speed of the spil

20、lway concrete still fails to slow down. Based on the analyses, the paper points out the the inappropriate diversion and closure sealing measures during the construction of Fengman dam are the main reasons for the long-term leakage of the spillway section. Keywordsconstruction diversion; leakage; Fen

21、gman damCalculation of unbalanced tension and vertical spacing under the condition of uneven ice-covering and ice-sheddingSHI Wei, LI Yan-xia, SUN Zi-tangAbstractOwing to the tension difference produced by both sides, the suspension tower will cause the continuous tower failure under the difference

22、periods of ice-covering rate or ice-shedding for the continuous spans of strain section. Based on the qualitative graphical method, MATLAB numerical iteration method, theoretical simulation and examples, the paper analyzes the influence degree of unbalanced tension by the ice-covering position, the

23、ice-covering rate, terrain, wire attribution, and so on. The Hydro-Quebed suppressor analyzes the jump height of endanger vertical line spacing under the condition of uneven ice-shedding for the condutors with the same the distance. The line anti-ice design and deicing workers should be consider com

24、prehensively the various factors with effecting the unbalanced tension and emphasize the vertical spacing checking.Keywordsuneven ice-covering and ice-shedding; unbalanced tension; vertical spacingExcavation technology of underground powerhouse cavernsfor Xiangjiaba power stationSUN Kai-chang, JIANG

25、 De-quan, SUN Zhi-yuAbstractThe lager scale underground powerhouse and intensive caverns are located in the right bank of Xiajiaba power station and the excavation is a huge amount works. According to the excavation plan, the paper analyzes emphatically its emphasis, difficulty and special circumstances and puts fo