浅埋深溶岩发育地下厂房开挖技术浅谈

孙磊，陈光国

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概况

句容抽水蓄能电站为Ⅰ等大(1)型工程，工程主要由上水库、下水库和地下输水发电系统等建筑物组成。地下厂房采用尾部式布置，由主副厂房洞、主变室和母线洞、进厂交通洞、通风兼安全洞等洞室组成。主副厂房洞开挖尺寸为246.5m(长)×27.0m/25.5m(宽)×57.2m(高)。

厂区围岩主要为震旦系灯影组(Z2dn)厚层细晶白云岩、内碎屑白云岩和幕府山组上段(ε1m2)含磷硅质岩、含磷灰质白云岩、磷块岩。厚层细晶白云岩、内碎屑白云岩分布于整个厂房边墙和大部分厂顶，含磷硅质岩、含磷灰质白云岩、磷块岩，厚层状，局部薄层状，分布于南区厂顶，岩体呈微风化～新鲜。断层发育，规模小，以Ⅲ～Ⅳ级围岩为主，倾角陡。根据地勘资料揭露显示，震旦系(Z2dn)、幕府山(ε1m2)地层为纯碳酸盐岩-白云岩类岩组，中等岩溶发育强度，钻孔遇洞率37%～60%。震旦系(Z2dn)地层揭露溶洞(或宽缝型裂隙)11个，直径0.2m～2.0m；幕府山组(ε1m2)地层揭露溶洞(或宽缝型裂隙)4个，直径0.2m～0.9m，暴雨时有涌水，溶蚀裂隙58条，溶隙率线0.44条/m，线岩溶率4%，钻孔揭露溶蚀裂隙最低发育高程为7.4m。

厂区洞室群埋深浅，为可溶岩地层，岩溶发育强度弱～中等。存在影响厂房围岩和稳定性的不确定因素：(1)泥质白云岩分布的范围规模；(2)厂区范围规模较大的断层(如F93和F84等)；(3)闪长玢岩岩脉形状及规模，岩脉开挖时呈微风化，强度较高，开挖约2.5个月岩脉表面约50cm严重变蚀，且具膨胀性；(4)厂区溶洞及规模等影响厂房围岩和稳定性的不确定因素。

2 开挖分层

厂房洞轴线长246.5m，最大跨度27.0m，开挖高度57.2m。进入厂房洞的主通道有四条，分别为通风兼安全洞、进场交通洞、4#施工支洞以及从尾水管进入肘管的5#施工支洞。根据施工通道的设置高程、厂房的结构、施工设备的能力和支护施工综合分析，拟定厂房分七层开挖。从上到下依次为第Ⅰ层顶拱层，高程51.55m～41.55m；第Ⅱ层(含岩壁梁)高程41.55m～31.60m；第Ⅲ层高程31.60m～24.60m；第Ⅳ层高程24.60m～16.60m；第Ⅴ层高程16.60m～9.00m；第Ⅵ层高程9.00m～2.50m；第Ⅶ层高程2.50m～-6.50m。

图1 厂房开挖分层横剖面

通风兼安全洞从厂房左端墙顶层进入，担负厂房Ⅰ、Ⅱ层的施工；进场交通洞从厂房右端墙靠下游侧进入，高程为26.15m，担负Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ层的施工；4#施工支洞从厂房右端墙靠上游侧进入，高程为4.00m，担负厂房Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ层的施工；5#施工支洞经尾水洞进入厂房肘管，担负厂房Ⅶ层开挖及Ⅵ部分出渣施工。

3 第Ⅰ层开挖方法

厂房第Ⅰ层开挖采取预留中隔墙，边导洞领先的方式施工，边导洞工作面领先50m后，进行中隔墙施工。先从通风兼安全洞采用中导洞进入厂房，根据中导洞开挖揭露的围岩情况，选择在围岩较好的地段进行刻槽扩挖(根据地质勘探进入厂房约30m时为Ⅲ类围岩，实际施工时可根据围岩条件调整刻槽位置，选择围岩较好处刻槽)，形成厂房第Ⅰ层设计全断面；然后预留中隔墙，进行两侧边导洞施工，边导洞及反向扩挖呈“工”型施工作业面。为保证施工安全，上、下游边导洞工作面相差不少于30m，边导洞工作面领先中隔墙不少于50m后，进行中隔墙施工，中隔墙与边导洞同时向前掘进。边导洞及中隔墙采用全断面的开挖方式，顶拱及边墙光面爆破，为保证施工质量，所有爆破孔均采用气腿钻钻爆，按“一炮一支护”的原则，支护紧跟掌子面。

图2 第Ⅰ层开挖程序平面示意

4 第Ⅱ层及岩壁梁开挖方法

厂房第Ⅱ层开挖分三道工序，共六个步骤开挖，三道工序开挖顺序为：(1)中槽预裂；(2)中间槽挖；(3)保护层及岩台开挖。六个步骤为：①中槽边线预裂→②斜坡道降坡开挖→③中槽分层开挖→④两边保护层及岩台开挖→⑤左右端墙开挖→⑥斜坡道拆除。

由于厂房II层开挖施工工期紧，施工任务重，为避免厂房III层开挖时对岩锚梁混凝土浇筑的影响，缩短施工工期，拟先进行厂房III层(31.6m～24.6m)中部抽槽，分四个步骤：①中槽边线预裂→②4-1中间槽挖→③4-2中间槽挖(不出渣)→④回填夯实。

保护层及岩台共分5个区进行开挖，①②③④区依次开挖，⑤区最后开挖。开挖方式：采用手风钻钻孔，光面爆破进行开挖。

图3 第Ⅱ层开挖剖面

5 岩壁梁岩台开挖技术

岩壁梁岩台开挖是地下厂房施工中难度最大、质量要求最高的项目，开挖过程中应使受爆破振动影响最小且斜面符合设计要求。故在岩壁梁层内选取适当位置进行岩台模拟爆破试验，确定最佳爆破参数及施工工艺。岩台三角体采用垂直密孔双向光面爆破技术，即垂直孔与斜面孔连通并采用同段位雷管起爆。此法与水平光面爆破技术相比，可以多工序平行作业，加快施工进度且开挖质量便于控制。

除了最佳的爆破参数及爆破技术控制岩台开挖面质量外，还应在垂直与斜面光面造孔时搭设样架的方式来控制造孔精度。造孔精度控制包括孔位、孔距及孔深，孔位和孔距采用测量放样，孔深采用定位钢管控制。

6 结语

(1)地下厂房周边洞室布置密集，纵横交错，在开挖过程中应合理安排各洞室间的施工程序，以有利于围岩稳定和保证施工安全，并动态调整施工方案和开挖程序。

(2)交叉部位应采用“先洞后墙”的施工原则，提前进入厂房开挖区，贯通前对1倍洞径长度范围内隧洞进行支护，贯通后在厂房内进行锁口。

(3)厂房开挖分层应充分考虑现有通道，设备能力以及支护参数综合确定，要满足开挖和支护的作业空间，以确保充分发挥施工设备最佳效率。

(4)岩壁梁岩台开挖是地下厂房开挖施工中难度最大，质量要求最高的项目，开挖应使岩壁受爆破影响最小且斜面满足设计要求，因此必须在岩壁梁层内进行模拟爆破试验，确定最佳爆破参数。