抽水蓄能电站地下厂房高边墙开挖与支护施工方案（纯方案9页）

1、抽水蓄能电站地下厂房高边墙开挖与支护施工1.1建筑物的工程特性本工程地下厂房包括主副厂房和安装间，主厂房位于洞室中部，左右两侧分 别为安装间及副厂房。主厂房开挖尺寸为：102.2X22.0X52.4m （长X宽X高）； 副厂房开挖尺寸为：15X22.0X43. 9m （长X宽X高）；安装间开挖尺寸为：38.1 X 22. 0X25. 2m （长义宽义高）。1. 2水文地质条件厂房围岩为茅山组中段灰紫青灰色中厚层岩屑砂岩夹泥质粉砂岩，泥质粉 砂岩含量为1223%,钻孔揭露，顶拱以上（高程7537m）分布约10层的软 弱夹层，单层厚度一般在0.20.9m ,厂房部位（高程37-15m）共分布约7

2、10层的软弱夹层。岩体大多呈微风化，受F220断层影响，南端墙及顶拱岩体呈弱风化。厂房部位断裂构造发育，规模较大的断层有F204、F220等，其中，F204断 层分布于厂房北端，产状为N6075 W, SWN4555：宽度515m,距厂房 北端墙最小距离约4.78.7m； F220断层分布于厂房南端，产状为N7055 W, SWN4558 ,宽度1.75m,距厂房南端墙最小距离约19.3m；断层带内均发育 破碎岩、糜棱岩、断层泥及碎块岩等，两断层水平距离为210250m。除此，尚 发育一些小断层（f88、f89、f86、f87等）。厂房南端墙及其顶拱围岩以W类为主，局部为V类，北端墙及其顶拱围

3、岩为 III类，边墙围岩那么以III类为主。二、地下厂房高边墙开挖施工的原那么1、根据围岩稳定、交通运输及支护方式等条件合理选择开挖程序、开挖方法、钻爆 参数，围岩稳定是选择施工方法的前题；2、采取控制爆破技术，减少对岩墙的扰动，开挖后及时进行喷锚支护，使围岩与支 护形成平衡状态，以控制围岩变形，防止围岩松驰范围的延伸开展，保证岩墙的稳定。 3、地下厂房由洞室群组成，施工中必须考虑与厂房交叉口的洞室状况，保持交叉口 处岩体的稳定，在厂房交叉口处施工时，要先对交叉口进行加固，再开挖交叉洞室的 下部或其延伸段落。4、与厂房平行布置的主变室、尾闸室等地下建筑物，当洞室间距离较小时，应考虑 相邻洞开挖

4、对厂房边墙稳定的影响，应先加固岩墙再下挖。5、当岩墙内存在软弱结构面及不良地质段时，在围岩应力的作用下，易产生沿软弱 结构面滑动及塌方事故，因此需采取预应力锚索、锚杆、混凝土置换等加固措施，以 保证围岩的稳定。6、地下厂房开挖工程量大，技术复杂，是控制总工期的关键，在保证施工平安与围 岩稳定的前提下，尽可能利用各种通道，开辟较多工作面施工，以加快施工进度。7、自上而下分层施工，顶拱开挖支护结束后开挖中下部，中下部开挖采用中厚层梯 段微差爆破，按照新奥法施工，及时完成锚索、锚杆、喷混凝土、排水孔等多项施工 工作，缩短围岩暴露时间。8、加强围岩观测，利用观测数据指导施工，从而到达既保持围岩稳定，又

5、节约支护 造价的效果。三、地下厂房高边墙开挖施工的控制要点根据江苏宜兴抽水蓄能的“确保达标投产、争创精品工程”的要求，重 要分部工程优良率为100%,为到达这一要求，需对地下厂房高边墙开挖进行质量控 制；同时地下厂房高边墙开挖也是C2标2005年样板工程之一，对施工质量和施工 管理水平要求非常严格，再者由于厂房地质条件差，需对开挖进行严格的控制，方能 保证施工平安及质量。地下厂房高边墙开挖施工控制的关键是开挖程序与开挖方法的选择；支护方式与 支护时机的选择；爆破参数的选择；交叉口段的施工；软弱结构面或不良地质段的处 理。选择开挖程序与方法时应减少对围岩的破坏；支护方法与支护时机与围岩自稳定 时

6、间有关，自稳定时间较长，支护可在开挖后进行，采取一循环一锚喷，自稳时间较 短，出渣后及时进行支护，自稳时间很短时，爆破后先喷射碎，出渣后再按设计要求 完成支护；爆破参数的选择应确保已挖洞段围岩的稳定和支护设施的平安；交叉口处 施工时，要采取措施保持交叉口段围岩的稳定，要先对交叉口进行加固，再开挖交叉 洞室的下部或其延伸段落；处理软弱结构面或不良地质段时，需采取混凝土置换、预 应力锚索、锚杆等加固措施，以保证围岩的稳定。四、主要施工方法4.1、开挖分层主副厂房及安装间的开挖根据施工通道、地质条件及开挖施工机械设备的性 能进行分层。主厂房由上至下共分VII层，I层开挖高度为9.90m (V37.0

7、0-V 27.10)、n层的开挖高度为8. 35m (V27. 1075)、IH层开挖高度为6. 75m (V18.75-V12.00). IV层开挖高度为 6. 7m (VIZ. 00 V5. 30)、V 层开挖高 度为 7. 3m ( V5. 30 V-2. 00) VI层的开挖高度为 6.5m (-2. 00歹-8. 5)、 VII层的开挖高度为6. 90m (-8.5T5. 40)；副厂房分IV层施工，安装间分III 层施工，其分层高度与主厂房基本相同。开挖分层具体见下列图：厂房横断面开挖分层示意图4. 2、施工通道厂房顶拱及第二层开挖由厂顶施工支洞进入，厂房第三、四层由进厂交通洞 进

8、入，厂房第五层施工由3#施工支洞进入，厂房第六、七层由尾水支管进入。 4.3、开挖方法的选择从高程271米到尾水管底板高程-15.4米，厂房高边墙分为六层开挖，每一层开 挖中，采用垂直预裂爆破和光面爆破相结合的方法,钻孔设备选用液压钻机和手风钻, 实践证明，采用预爆破和光面爆破对厂房上下游开挖边线的控制使开挖质量明显提 高，各类围岩半孔率及平整度均达规范要求。厂房第二、三、四层开挖均分两局部完成，即中间局部开挖和上下游边墙保护层 开挖，上下游边墙保护层和中间段周边全部采用光面爆破和预裂爆破，以减小对边墙 的扰动，上下游边墙保护层开挖滞后于中间段20M,以利组织平行作业。施工顺序 为：钻周边预裂

9、孔一预裂爆破一钻中间爆破孔一梯段爆破一出渣一上下游保护层钻爆 一出渣一初喷砂一钻锚杆孔一安装锚杆一系统喷碎。厂房第五层开挖时，厂房边墙已高达21.8m,为减少爆破开挖厂房边墙的挤压破 坏，适时改变了开挖方法，有力地保证了高边墙的稳定。厂房第五、六、七层开挖分 上、下游两局部施工，先进行上游侧开挖支护，开挖一块支护一块，上游侧支护结束 后，再进行下游侧开挖支护，同样开挖一段支护一段。施工顺序为：钻上游侧周边预 裂孔一预裂爆破一钻中间爆破孔一梯段爆破一出渣一上游保护层钻爆一初喷碎一出 渣一钻锚杆孔一安装锚杆一系统喷碎一钻下游侧周边预裂孔一预裂爆破一钻中间爆 破孔一梯段爆破f出渣f下游保护层钻爆一初

10、喷碎f出渣f钻锚杆孔f安装锚杆一 系统喷碎。为了保证高边墙开挖的施工平安，根据宜兴工程的地质条件，采取如下针对性措 施，有力地保证厂房高边墙施工的平安及质量。开挖过程中加强了围岩观测，及时根 据观测数据调整施工方法，如停止开挖，全力进行支护施工，待围岩稳定后再进行下 一步开挖；改变施工方法，由中部拉槽先行，保护层滞后的开挖方法改为分上、下游 两局部施工，先进行上游侧开挖支护，开挖一块支护一块，上游侧支护结束后，再进 行下游侧开挖支护；施工中做好现场组织，保证充足的人员及设备投入厂房支护施工, 同时做好多臂钻、喷射手及注浆机的维护保养，保持设备完好率，开挖一段后及时支 护一段，不允许出现围岩暴露

11、时间过长的现象。实践证明，宜兴工程地下厂房高边墙的开挖方法满足了高边墙稳定的要求，从而 有力地保证了厂房的施工平安及总进度要求。4.4、支护方式、支护时机及支护方法的选择根据新奥法理论，岩体作为一种连续介质，具有弹性、塑性的物理性质，利用洞 室开挖后由于围岩应力重分布产生的变形到松动破坏具有一个时间效应的动态特征， 适时的采用柔性喷锚支护结构，与围岩密结合起来共同工作，从而充分调动并利用天 然围岩的自身承载能力，以到达围岩稳定的目的。鉴于喷混凝土和锚杆支护能及时加 固围岩，能有效地控制随时间增大的围岩松驰范围的特点，结合宜兴工程地质条件差 的特点，宜兴工程地下厂房高边墙的支护采用了柔性锚喷支护

12、与预应力锚杆、预应力 锚索相结合的支护方式，锚杆采用中32义，=1.5mX3m, L=10.1m锚杆和32 X =1.5mX3m, L=6.1m锚杆，两种锚杆间隔布置；喷混凝土采用喷钢纤维混凝土 CF3O,厚 15 cm；预应力锚杆为323m , L=12m, T=3OOKN,布置在 EL26.95 m、 EL23.95m、EL20.1m高程上；预应力锚索锁定荷载85OKN,分为无粘结和有粘 结两种形式，长度L=40.6m,设置在厂房与主变室间岩墙高程25.653m、EL20.653m 高程上。特殊地段如F15断层出露地段，采取加强支护措施，沿断层增打锁边锚杆，并增 设预应力锚杆，同时对断层进

13、行混凝土置换处理，以保证围岩的稳定。对于需要支护的岩体，支护时间要及时，特别是HIV围岩，如果能及时 加固围岩，那么可防止围岩的变形和松驰范围的开展。以往工程实例证明，在基 本稳定和稳定性较差的围岩洞室施工中，往往由于忽视了及时支护，结果导致 不应发生的塌方事故。针对宜兴工程地下厂房高边墙围岩主要以稳定性较差的HI 类围岩为主的特点，开挖后及时进行锚喷支护，采取一循环一锚喷，稳步前进的方法, 对于F15断层出露部位及厂房第五、六、七层开挖，采取爆破后先喷射混凝土封闭岩 面，出渣后再按设计要求完成支护的方法。由于围岩本身是一种很难用定量方法准确 描述的物质，因此开挖过程中对围岩实行系统的监测，并

14、对监测结果进行分析计算， 正确估计围岩特性及其随时间的变化，并确定是否需要采取补强支护等措施。支护采取机械化施工方法，以保证支护的及时性，尽量减少围岩暴露时间， 系统锚杆采用H353E液压三臂钻机钻孔，MZ-1注浆机注浆，液压平台车做为工 作平台，人工安装锚杆；喷碎采用“ALIVA”联合喷射机和机械手喷射，为保证 喷碎质量，喷嘴距岩石面1.0m左右，并尽量与岩面保持垂直，在岩石上均匀往复 喷射；锚索施工采用QZJ-100B型潜孔钻钻孔、人工编索、10T倒链配合人工送索、 泥浆泵注浆，千斤顶张拉的方法施工；预应力锚杆采取H353E液压三臂钻机钻孔, 液压平台车做为工作平台，人工安装锚杆，千斤顶张

15、拉，泥浆泵注浆的方法施工。 4.5爆破参数的选择爆破参数的选择根据以下原那么进行：(1)确保已挖洞段围岩的稳定和支护设施的平安，对于围岩的稳定和支护设施 的平安其质点振动速度控制在10 cm/s以内。(2)应保证相邻部位混凝土不受混凝土爆破振动的破坏，相邻部位混凝土浇筑 3天内质点高峰振速不大于1 cm/s, 37天不大于2 cm/s, 728天不大于5 cm/s, 28 天龄期后不大于7 cm/s,Q(3)其最大单响药量按公式V=K (Q1/3/R)计算，再经爆破振动测试结果加以 调整。、爆破振动效应试验在厂房第一层开挖结束后委托华东甚勘测设计院工程检测研究中心进行了爆破 振动效应试验，根据

16、线性埋设的多个测点的质点振动速度，推算出岩体的K和a值, 确定适用于施工场地地形地质、岩体特性和爆破条件的爆振动参数传播规律的经验公 式，用来进行爆破振动速度估算和爆破控制。根据实测数据分析计算，建议K选用 49.91, a 选用 1.698。4. 5. 2爆破振动测试爆破振动测试的目的是通过对爆破敏感构件或重要保护部位的质点振动速度的 监测，评价爆破对重要构物的影响程度，根据有关规范、规程判断它们的平安性，为 调整爆破参数和控制爆破规模提供依据,并指导后续的爆破施工。453、开挖爆破参数的选择爆破参数的选择时先根据质点振动速度公式V=K (Q7R) 计算出允许最大单 响药量，并根据最大单响药

17、量来确定爆破规模，即钻孔深度、单孔药量、钻孔数量、 同时起爆炮孔数等参数，同时对重要部位进行爆破振动测试，并根据爆破振动测试结 果及时调整爆破数及施工方法。下面以厂房第四层开挖为例说明爆破参数的选择过 程。厂房四层开挖长度117.2m (包括副厂房)，宽度22.0m,开挖工程量约为14697m3。其中间部位原方案采用液压钻钻孔，梯段开挖，周边光面爆破的方法。厂房第四层梯段爆破原设计参数表孔深孔径孔距排距底部装药柱状装药总装药量堵塞长度单响药量高度装药量高度装药量LdabhpQphbQbQLoQ(m)(mm)(m)(m)(m)(Kg)(m)(Kg)Kg)(m)(Kg)6.7642.5226351

18、12.222由于第四层开挖时岩锚梁混凝土浇筑完毕不久，为保护已浇筑的岩锚梁混凝 土不受爆破振动的破坏，正式开挖前在副厂房进行了爆破振动测试，根据爆破振 动测试结果并进行了反算，我们将K值调整为100, a调整为1.8。并根据调整后K、a值调整了施工方法及爆破参数，原方案采用液压钻钻孔，中 部进行梯段爆破，为保护岩锚梁混凝土，改用手风钻钻水平孔进行爆破的方法，以控 制爆破规模和单响药量，最大单响药量按7天后岩锚梁外表质点振动速度不大于5 cm/S和已开挖部位围岩外表质点振动速度不大于10 cm/S控制。调整后的爆破参数见下表：厂房第四层调整后爆破参数表孔 号钻孔 名称钻孔参数装药参数孔径 (mm

19、)孔深(cm)孔距(cm)线装药密 度(g/m)单孔药量 (Kg)单响药 量(Kg)1崩落4220010050016采用最大单响药量Q=6Kg,根据公式V=K (QL3/R)。计算得岩锚梁外表质点速度 V=3.6cm/S,已开挖部位围岩外表质点振动速度V=3. 9 cm/S满足要求，同时对调整后 的爆破参数再次进行了爆破振动测试，测试结果说明爆破参数满足要求，可用于厂房 第四层的正式开挖。交叉口段施工地下厂房由洞室群组成，厂房下部有引水高压管道及尾水支管穿插，中部有 母线廊道穿插，交叉口处围岩应力复杂，交叉口应力影响区域内在爆破振动的影响 下有可能会出现岩石掉落、塌方等情况，进而影响厂房高边墙

20、的稳定，因此采取措施 保证交叉口处的围岩稳定是厂房高边墙施工的关键之一。交叉口段施工按短进尺、多循环、弱爆破的原那么进行，采用控制爆破技术和分 部开挖的施工方法，控制最大单响药量，减少爆破振动对围岩的破坏，其支护紧跟开 挖作业面。岔口起始段的掘进，采取锁口锚杆加强支护和光面爆破控制爆破技 术，采用导洞先行，扩挖跟进的施工方法，并按照短进尺、多循环、弱爆破、强 支护的原那么进行开挖，以减少最大单响药量，减小爆破振动对围岩的破坏，以免岩 体失稳、震裂、松动和塌方。根据交岔部位的地质情况及施工方法，对岩石较差的洞段（母线洞与厂房 交叉口段）采取锚喷支护和钢格栅支撑的柔性、刚性支护相结合的方式，并在

21、其开挖支护结束后及时进行二次混凝土衬砌，确保了交岔部位洞室的稳定。 4.7、不良地质段的处理根据厂房开挖揭示的地质情况，F15断层在厂房下游厂右0+720+080段 出露，属WV类，碎裂松散结构，围岩自稳能力差，易发生塌方事故，为 保证边墙的稳定，需对该段进行加固置换处理。首先在断层F15开挖范围周边进行622 100 cm, L=250 cm锚杆锁口，接 着开挖清理断层范围内碎裂、松散结构物，自上而下开挖，开挖范围为厂右 0+74.20+82,高度范围内为高程16.524m,要求北端超出断层1m,南端超 出断层2m,置换混凝土底部厚度不小于50 cm,置换混凝土中部厚度不小于150 cm ,断层部位可适当向内挖深100 cm ,开挖采取放小炮松动爆破，周边预裂爆 破的方法，断层部位采用人工挖除的方法。开挖后喷CF2510 cm厚钢纤维