浅谈阳江抽水蓄能电站输水发电系统大跨度厂房洞室开挖支护施工技术研究与实践

浅谈阳江抽水蓄能电站输水发电系统大跨度厂房洞室开挖支护施工技术研究与实践摘要：阳江抽水蓄能电站地下厂房存在跨度大、相邻洞室多、岩体挖空率高及高边墙变形问题等特点。介绍了大跨度厂房洞室开挖施工的程序、方法及施工要点。阐述了施工中遇到的重大技术问题及应采取对策措施。工程实践表明，合理的施工通道和开挖分层布置，实施“立体多层次，平面多多工序”的施工方法，严格遵循“弱爆破、快速封闭、及时锚固”的作业程序，采用“深层预裂、浅层开挖”的施工工艺，强化围岩安全监测的反馈分析，及时采取加强支护措施，确保大跨度洞室在开挖工程中处于受控状态，消除安全风险。

关键词：厂房顶拱；厂房高边墙；开挖技术；阳蓄水电站

1.工程概况

阳江抽水蓄能电站位于广东省阳春市与电白县交界处的八甲山区。电站规划装机容量2400MW，分两期建设，近期装机容量1200MW（3台机组）。地下厂房由主机间、安装间和副厂房三部分组成，开挖尺寸长156.5m、宽26.0m（岩壁梁以上开挖宽度为27.5m）、最大开挖高度为61.3m。

2.工程地质

该工程程区域出露地层岩性燕山三期（γ52（3））灰白色中粗粒黑云母花岗岩为主，局部有灰白色细粒黑云母花岗岩，南侧为加里东期混合岩，地质构造、环境地质、水文地质较复杂。

3.主要施工方案

3.1施工通道及分层

阳蓄水电站厂房在顶部、中部和底部均布置有永久隧道或施工支洞，作为各层施工通道。施工通道为3#施工支洞、交通洞、6#施工支洞、引水支管及尾水支管，其中3#施工支洞作为上部的开挖支护通道，交通洞及6#施工支洞作为中部的开挖支护通道，引水支管及尾水支管作为下部的开挖支护通道。

根据厂房跨度和高度等结构特性、施工通道的布置情况及开挖支护设备的特性，对洞室开挖开挖进行了分层分块，主厂房开挖高度61.3m，共分7层进行施工，层厚为8～10m，开挖分层见图1

3.2施工程序

阳蓄水电站地下厂房按照“立体多层次，平面多工序”的思路，统筹考虑和规划厂房各层开挖的施工程序技术施工布置。

（1）“立体多层次”的总体开挖程序

1）母线洞提前进入厂房的施工程序

主变洞顶拱紧跟主厂房Ⅰ层顶拱开挖，主变洞第Ⅰ层开挖支护完成后，尽快完成Ⅱ层开挖支护后，在主变洞第Ⅲ层下游以开槽的式形成通道，尽早进行母线洞开挖，按间隔、跳洞开挖的顺序依次完成母线洞开挖及厂房侧的锁口支护，实现“先洞后高边墙”的开挖目标，利于厂房下一部的快速施工，又有利于厂房高边墙的安全稳定及岩锚梁施工。

2）引水支管提前进入厂房的施工程序

厂房岩锚梁混凝土浇筑施工期间，主变洞等邻近洞室开挖暂停施工，在厂房开挖第Ⅱ层期间，从1#～3#引水支管进入厂房第Ⅴ、Ⅵ层2m，并完成锁口支护。

3）尾水管提前进入厂房的施工程序

在厂房第Ⅳ层开挖与支护期间，1#～3#尾水支管开挖与支护基本完成后，从5#施工支洞经1#～3#尾水支管提前进入厂房底部，提前进行厂房第Ⅶ层开挖及支护。

图1

地下厂房开挖分层分块图

（2）合理施工布局，实现“平面多工序”

尽量在厂房各层设置双通道、循环通道，利用厂房的长度和宽度，在厂房各层设置双面或多面作业的施工布局，实现厂房各层、层间施工作业的搭接与穿插，实现多工序的平行作业、穿插作业及流水作业。

3.3施工方法

（1）厂房第一层开挖支护

开挖从3#施工支洞以12%的降坡进入厂房第一层，中导洞超前开挖，上下游扩挖错距跟进，错距不小于30m。中导洞开挖断面为10.0m×10.0m，两侧扩挖宽度为8.75m。开挖施工采用三臂凿岩台车钻孔，设计轮廓线光面爆破；排炮循环进尺Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类围岩不大于3.5m，Ⅳ类围岩1.0m～1.5m。Ⅳ类围岩根据现场的实际情况采用“分部开挖、分部支护”的原则进行开挖，支护及时跟进，对于局部不利结构面组合、断层及其影响带，必要时进行加强支护。端墙预留2m保护层，采用手风钻造孔，双向光面爆破。

（2）厂房第Ⅱ层开挖支护

本层总体施工程序为：首先进行中部岩体开挖，然后开挖两侧预留保护层，最后进行岩台开挖。中部岩体采用ROCD9液压钻钻孔，薄层梯段开挖；保护层采用手风钻钻孔，浅孔分层开挖，轮廓面采用光面爆破；岩台开挖采用竖孔+斜孔双向光面爆破。

（3）厂房第Ⅲ～Ⅵ层开挖支护

各层主要采用边墙深孔结构预裂+薄层梯段开挖的方法施工；边墙预裂采用φ48钢管搭设标准样架进行定位、导向，100Y潜孔钻钻孔；梯段开挖及施工预裂，采用ROCD9液压钻机竖向钻孔；建基面及两侧墙保护层开挖，采用YT28手风钻造孔，台炮平推，设计边线光面爆破。

（4）厂房第Ⅶ层开挖支护

厂房Ⅶ层为机坑开挖，通过尾水支管提前进入，进行厂房第Ⅶ层开挖，设计边线光面爆破。

4．施工中遇到的重大技术问题及应对措施

地下洞室群布置相对集中，爆破震动干扰大，厂房开挖断面大，遇到的断层多，合理安排大断面洞室、平行洞室、层叠洞室、交叉洞室的施工程序，选取合适的开挖支护方式，对保证大跨度、高边墙洞室和洞室群稳定至关重要，为确保洞室群开挖围岩稳定和施工安全，对厂房顶拱和高边墙分别采取如下应对措施

（1）厂房顶拱开挖围岩稳定

1）厂房顶拱先进行中部开挖支护超前，再滞后进行上、下游两侧顶拱部分的扩挖及支护，两侧扩挖掌子面错开30m以上跟进，以减小洞室顶拱一次性开挖跨度，控制围岩有害变形；无论中部还是两侧扩挖，每排炮开挖后及时施工随机锚杆，并喷一层混凝土，防止围岩松驰掉块，再进行系统永久支护结构施工。两侧扩挖时严格控制单响药量，爆破质点振动速度满足规范要求。

2）断层带及节理裂隙发育洞段顶拱开挖严格按“超前探测，预锚固（或预灌浆）、短进尺、弱爆破、少扰动，早封闭、强支护、勤量测”的施工原则，采取超前锚杆或注浆小导管超前支护，开挖后采用随机预应力锚杆或中空注浆锚杆，双层钢筋网片加喷聚丙烯粗纤维混凝土支护；对结构面不利组合形成的不稳定块体，采用随机长锚杆或预应力锚杆进行支护，确保成洞围岩稳定。对小角度切割厂房端墙附近出露且与端墙平行的断层，在保护层开挖前采取超前锚杆支护，开挖后及时进行喷锚支护，保证端墙稳定。

3）顶拱层开挖过程中，围岩应力和变形在不断调整和变化，应及时分析监测数据并据此进行围岩稳定分析，及时调整支护措施和支护参数。

（2）厂房高边墙开挖稳定

1）高边墙采取“先洞后墙”原则控制开挖

交通洞、母线洞、6#施工支洞、引水支管及尾水支管相继贯入厂房高直边墙时，采取先行贯入厂房2m，交叉口径向预裂；在洞口开挖前，洞口进行周边锁口锚杆支护，并加强监测及数据反馈分析，以便确定后续的开挖、支护方案。

2）采取控制爆破技术，薄层开挖、及时支护

梯段开挖采取“梯段规格线一次预裂、薄层开挖、随层支护”，减小边墙自由变形高度，缩短松弛变形时间，以有效控制高边墙有害变形，保证高边墙的稳定。对于洞室边墙上的断层带及由结构面不利组合形成潜在的不稳定块体，采取薄层开挖、随层支护尤为重要。

施工中严格控制预裂爆破、梯段爆破一次起爆药量，开挖爆破最大质点振动速度控制在规范允许范围内。每小层边墙开挖结束后，及时对不良地质带进行喷混凝土和随机锚杆支护；在立面上保证上层系统喷锚支护完成后再进行下一层的开挖作业。

5．结束语

结合阳江抽水蓄能电站地下厂房施工的实例，简要阐述了地下大跨度洞室群施工的程序、工艺、方法