大崗山水電站出線豎井穹頂開挖施工技術(shù)

雷 宏

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610081)

1 概 述

大渡河大崗山水電站位于四川省雅安市石棉縣挖角鄉(xiāng)境內(nèi)的大渡河中游干流上，總裝機容量為260萬kW。引水發(fā)電建筑物由電站進水口、4條壓力管道、地下廠房、主變室、尾水調(diào)壓室、尾水隧洞、尾閘室及尾水出口等組成。

兩條出線豎井平行布置在主變室下游側(cè)，開直徑為9.7 m，豎井下部通過出線平洞C與主變室相連；上部通過出線平洞A、B與開關(guān)站連接，通過廠壩聯(lián)系洞與3#隧洞相通。出線豎井上部布置在出線平洞A段兩端，出線豎井頂部結(jié)構(gòu)形式為圓弧球型穹頂，穹頂頂部開挖高程為1 180.73 m，距離出線平洞頂拱14.98 m。出線豎井高程1 154.11 m以上立面布置情況見圖1。

圖1 出線豎井高程1 154.11 m以上立面布置示意圖(單位m)

出線豎井上部圍巖主要為灰白色、微紅色中粒黑云二長花崗巖(γ24-1)，局部穿插輝綠巖脈。全強風化花崗巖及斷層破碎帶為Ⅴ類巖體，圍巖不穩(wěn)定；弱風化上段花崗巖為Ⅳ類圍巖體，圍巖不穩(wěn)定；弱風化下段花崗巖為Ⅲ類巖體，圍巖局部穩(wěn)定性差；微新風化花崗巖呈次塊狀-鑲嵌結(jié)構(gòu)，以Ⅳ、Ⅴ類圍巖為主，圍巖穩(wěn)定性差。

2 施工特點

根據(jù)國內(nèi)其他水電站地下洞室穹頂開挖施工經(jīng)驗，對于穹頂斷面較大時采用增設(shè)一條施工支洞開挖至穹頂頂部、再用大型設(shè)備從穹頂頂部往下分層開挖支護的施工方法。根據(jù)大崗山出線豎井穹頂設(shè)計及實際地質(zhì)情況，所采用的施工方法具有以下特點：

(1)施工高度高。根據(jù)相鄰洞室的空間布置情況，難以增設(shè)一條施工支洞進入穹頂頂部，從而增加了穹頂?shù)拈_挖難度。

(2)開挖斷面較小。由于穹頂為球體，斷面越小下鉆越困難且控制鉆孔深度難度大，開挖時易造成較大的超挖。

(3)地質(zhì)條件較差。以Ⅳ、Ⅴ類圍巖為主，開挖易造成塌方，安全隱患大。

3 施工方案

3.1 施工開挖程序

出線豎井穹頂總體施工程序為：①出線平洞A延長段開挖→②φ4 m反導井開挖支護→③穹頂開挖支護→④穹頂以下井身擴挖支護。出線豎井高程1 154.11 m以上開挖程序見圖2、3。

(1)出線平洞A延長段開挖。將出線平洞A全斷面延伸至豎井內(nèi)、直至豎井對邊井壁，出線平洞A全斷面開挖至豎井內(nèi)，并延長至豎井對側(cè)井壁位置，出線平洞A開挖中心線長度為9.7 m。延長段開挖至對側(cè)井壁最后一茬炮時要根據(jù)測量現(xiàn)場放樣，計算出每個孔的深度保證對側(cè)井壁的開挖質(zhì)量。

圖2 出線豎井高程1 154.11 m以上開挖程序平面圖

圖3 出線豎井高程1 154.11 m以上開挖程序立面圖

(2)φ4 m導井開挖。采用自下而上的反導井施工程序。導井布置在豎井中心部位，導井開挖分為6層，采用逐層開挖支護、逐層搭設(shè)施工腳手架施工平臺施工的方式。

(3)穹頂開挖程序分為4個大區(qū)進行開挖，大區(qū)開挖按順時針方向(Ⅰ區(qū)→Ⅱ區(qū)→Ⅲ區(qū)→Ⅳ區(qū))開挖，若現(xiàn)場圍巖情況發(fā)生變化，如巖石較破碎則調(diào)整為跳槽對稱開挖，以確保穹頂?shù)姆€(wěn)定。每個大區(qū)又細分為3個小區(qū)，小區(qū)開挖按照由里至外(Ⅰ1→Ⅰ2→Ⅰ3)的程序施工。出線豎井穹頂開挖分區(qū)情況見圖4、5。

(4)穹頂以下井身擴挖在穹頂開挖支護完成后采用自上而下的方式分層開挖，層高3 m。井身擴挖為保證施工人員自上而下進入工作面的安全，將擴挖又分為上、下半幅開挖，按照先上半幅、后下半幅的順序開挖。

圖4 出線豎井穹頂開挖分區(qū)平面示意圖

圖5 出線豎井穹頂開挖分區(qū)立面示意圖

3.2 開挖采用的施工方法

出線豎井穹頂開挖的重點、難點是反導井和穹頂?shù)拈_挖。在開挖施工過程中，遵循“新奧法”即“預支護、短進尺、弱爆破、及時支護、早封閉、勤量測”的原則進行施工。

(1)φ4 m反導井開挖采用人工搭設(shè)腳手架、頂部鋪設(shè)馬道板形成簡易的施工平臺，YT28手風鉆造孔，中空直眼菱形掏槽的爆破方法。導井開挖層高2.5 m，進尺2.4 m，分為6層；導井開挖最后一茬炮中部孔適當超深30 cm，基本形成掌子面近似圓弧，剩余厚度保證在50 cm左右，以利于導井上部穹頂?shù)拈_挖。導井開挖爆破后必須選擇有經(jīng)驗的排險人員對導井內(nèi)松動的巖石進行處理，處理完成后方能進行下一個循環(huán)的施工，對導井內(nèi)巖石較破碎的部位及時進行隨機噴混凝土和隨機錨桿施工，以保證施工人員的安全。

(2)出線豎井上部穹頂開挖根據(jù)穹頂球形體同心圓同高程的原理，采用“球面控制網(wǎng)作圖法”繪制開挖布孔圖，分區(qū)、弱爆破及多循環(huán)施工控制球面的成型。穹頂開挖高度為2.53 m，開挖半徑為5.913 m，開挖分為導井上部穹頂中部開挖和導井外側(cè)穹頂開挖。

①導井上部穹頂中部開挖。在導井開挖還剩余50 cm時開始進行穹頂中部開挖，采用穹頂圓心中心向心布孔的方式，共布置5排孔，一次性爆破成型，穹頂中部開挖完成后，及時系統(tǒng)支護施工，以保證穹頂?shù)姆€(wěn)定。

②導井外側(cè)穹頂開挖。開挖均為向心扇形方向布孔，盡可能按照球面切線方向布置炮孔，按照炮孔深度不大于1.2 m、間距不大于60 cm的原則布孔。對于頂部光爆孔，為方便其開鉆而考慮技術(shù)性超挖20 cm。為方便后續(xù)井身的開挖下鉆，穹頂開挖至起拱線下1.5 m。穹頂擴挖均采用人工搭設(shè)腳手架上至工作面，排險及清渣人員必須從未開挖側(cè)上去且必須選擇有經(jīng)驗的排險人員，以保證其施工時的安全。出線豎井穹頂開挖布孔情況見圖6、7。

圖6 出線豎井穹頂開挖布孔平面布置圖

3.3 針對特殊部位采用的施工方法

出線豎井穹頂圍巖以Ⅳ、Ⅴ類為主，圍巖穩(wěn)定性差，易發(fā)生掉塊和塌方。除采用常規(guī)的施工方法外，還采取了超前錨桿和超前小導管等超前支護措施。

(1)超前錨桿。

穹頂部位開挖遭遇斷層及巖脈時很容易造成塌方，而且施工人員又無法躲避，安全風險非常大。針對穹頂部位及斷層優(yōu)先采用超前錨桿進行支護；當中部穹頂開挖剩余50 cm厚度時預先對穹頂部位進行超前錨桿施工，以保證穹頂頂部的穩(wěn)定，此部位錨桿直接向心造孔。兩側(cè)穹頂超前錨桿沿開挖輪廓線以10°～15°外插角向開挖面前方安裝錨桿，形成對前方圍巖的預錨固，在提前形成的圍巖錨固圈的保護下進行開挖、出渣等作業(yè)。超前錨桿長度根據(jù)導井開挖尺寸選用φ25、L=4.5 m(中部穹頂部位，錨桿造孔深度為5 m)和φ25、L=3 m(兩側(cè)穹頂部位，錨桿在穹頂開挖線以外提前施工)。

圖7 出線豎井穹頂開挖布孔立面布置圖

(2)超前小導管。

針對穹頂頂部開挖揭露巖石破碎、裂隙發(fā)育而選用超前小導管預注漿施工。選用φ42有縫鋼管，管長3.5 m。在管段中間部分(頭部0.2 m，尾部1.5 m范圍除外)，梅花形鉆φ8的出漿孔，孔距0.2 m；用麥斯特錨桿注漿機壓注水泥漿。

4 結(jié) 語

大崗山水電站出線豎井穹頂施工的關(guān)鍵在于反導井和穹頂?shù)拈_挖。反導井開挖必須選擇有經(jīng)驗的施工人員對井內(nèi)危石及松動巖塊進行處理，并及時進行隨機支護施工，以確保施工安全。穹頂開挖首先應做好穹頂頂部的超前支護施工，在確保穹頂穩(wěn)定的條件下再采用“球面控制網(wǎng)作圖法” 繪制布孔圖，分區(qū)、弱爆破及多循環(huán)施工控制球面的成型。目前，該出線豎井穹頂開挖支護嚴格遵循“新奧法”順利完成，開挖過程中未出現(xiàn)塌方等安全事故，超挖均控制在規(guī)范規(guī)定的范圍內(nèi)，取得了較好的效果。

作者簡介:

雷 宏(1979-)，男，湖南衡陽人，工程師，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作.