周宁水电站地下厂房开挖施工监理.pdf

收稿日期2 0 0 6 - 1 1 - 1 0 作者简介 张勇1 9 8 2 , 男, 湖南益阳人, 助理工程师, 主要从 事水电工程建设监理工作; 濮奇浩1 9 6 6 , 女, 湖南长沙人, 工程 师, 从事水电工程建设监理工作. 1 工程概况 周宁水电站是穆阳溪梯级开发的第二级电站,主要由 7 2 . 4m高碾压混凝土重力坝、1 2 . 3 4k m长有压引水隧洞、4 5 3 m高引水竖井及调压井和地下厂房洞室群等组成,总装机容 量2 1 2 5 M W。地下厂房开挖尺寸为6 6 . 8 2m 1 7 . 9m 4 2 . 7m 长宽高 , 分6层开挖。岩壁吊车梁位于第Ⅱ层, 长 5 3 . 6 m, 设计吊车荷载20 0 0k N。与厂房相连的有排风出线洞、 进 厂交通洞、 排水廊道、 引水洞、 母线洞、 尾水洞等, 共有9个交 叉口。 厂房埋深为2 5 0 3 0 0m, 主要围岩体为燕山晚期侵入的 钾长 晶洞 花岗岩, 为Ⅰ、Ⅱ类围岩。 弱风化岩石饱和极限抗 压强度为8 0 ～ 1 4 0M P a,微风化～新鲜岩石为1 0 0 ～ 1 7 0M P a。 地下厂房处于地下水位以下, 岩体属微-极微透水。 厂房岩体 整体性较好, 无大的断层和破碎带通过, 对厂房开挖成形及 稳定可能产生最不利影响的高倾角节理相互交叉出现在厂 房上游边墙0 2 5 0 3 5及下游0 1 3 0 1 5和0 3 0 0 3 2。 2 厂房施工特点及施工分层 2 . 1厂房施工特点 地下厂房布置在山体中, 埋深较大, 覆盖层较厚。在施工过 程中, 施工通道及通风、 排水、 照明等须系统考虑。根据周宁水 电站地下厂房洞室群的布置及厂房的结构形式,将厂房分为6 层进行开挖。在安全排风洞洞口及交通运输洞洞口各装1台轴 流风机对厂房各层供风。在进厂交通洞末端设计结构线以外开 挖一个岩洞, 布置1台施工用变压器和1个中转集水箱作为厂 房洞室群的照明和排水控制站, 通过各接口接至工作面。 2 . 2具体分层情况 1Ⅰ层为厂房顶拱层, 高程范围为2 1 7 . 0 0 ～ 2 0 9 . 0 0m, 文章编号0 5 5 9 - 9 3 4 22 0 0 61 2 - 0 0 7 6 - 0 3 周宁水电站地下厂房开挖施工监理 张 勇, 濮奇浩 中国水利水电建设工程咨询中南公司, 湖南 长沙4 1 0 0 1 4 关键词 地下厂房; 开挖; 爆破; 周宁水电站 摘要 周宁水电站地下厂房埋深2 5 0 ～ 3 0 0m, 开挖尺寸为6 6 . 8 2m 1 7 . 9m 4 2 . 2m , 分 6层开挖, 厂房开挖采用控 制爆破, 根据各层围岩的具体情况, 分别确定了爆破参数及施工方法; 由于岩壁吊车梁在厂房下部开挖期间进行施 工, 因此施工中对其采取了保护措施。 S u p e r v i s o r yWo r kf o r E x c a v a t i o nC o n s t r u c t i o no f U n d e r g r o u n dP o w e r H o u s e o f Z h o u n i n gH y d r o p o w e r S t a t i o n Z h a n g Y o n g , P uQ i h a o M i d - S o u t hE n g i n e e r i n g C o n s u l t i n g C o m p a y , C H E C C . , C h a n g s h aH u n a n4 1 0 0 1 4 K e yWo r d s u n d e r g r o u n dp o w e r h o u s e ; e x c a v a t i o n ;b l a s t i n g ; Z h o u n i n g H y d r o p o w e r S t a t i o n A b s t r a c t T h e e m b e d d e dd e p t ho f t h e u n d e r g r o u n dp o w e r h o u s e o f t h e Z h o u n i n g H y d r o p o w e r S t a t i o ni s 2 5 0 ～ 3 0 0m,a n d t h e e x c a v a t i o nd i m e n s i o ni s 6 6 . 8 2m 1 7 . 9m 4 2 . 2m . T h e u n d e r g r o u n dp o w e r h o u s e i s e x c a v a t e di ns i x f l o o r s . T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e b l a s t i n g p a r a m e t e r s a n dc o n s t r u c t i o nm e t h o dw h i c ha r e d e t e r m i n e dr e s p e c t i v e l y i na c c o r d a n c e w i t ht h e a c - t u a l c o n d i t i o n s o f t h e v a r i o u s l a y e r s o f s u r r o u n d i n g r o c k s .A s t h e c o n s t r u c t i o no f t h e r o c kb o l t e db e a mi s c a r r i e do u t d u r - i n g t h e e x c a v a t i o no f t h e l o w e r p a r t o f t h e p o w e r h o u s e , t h e r e f o r e t h i s p a p e r a l s o i n t r o d u c e s t h e p r o t e c t i o nm e a s u r e s f o r t h e r o c kb o l t e db e a m . F i n a l l y t h i s p a p e r s u m m a r i e s t h e i s s u e s n e e d i n g a t t e n t i o nd u r i n g t h e e x c a v a t i o n. 中图分类号T V 7 3 1 . 6;T V 5 4 22 5 7 文献标识码B 第 3 2 卷第 1 2 期 2 0 0 6 年 1 2 月 水 力 发 电 Wa t e r P o w e r V o l . 3 2 . N o . 1 2 福建周宁水电站建设 7 6 Wa t e r P o w e r V o l . 3 2 . N o . 1 2 层高8m。原计划从安全排风出线洞末端打下导洞2 . 5m 3 m 进入厂房, 再周边光面爆破跟进。但由于安全排风出线洞 离洞口5 0m区段埋深浅、 覆盖层薄且多为坡积物, 地质条件 较差,在开挖过程中要进行超前支护和开挖后的临时支护, 洞挖进度较慢, 整体上会影响厂房的施工进度。经过参建各 方协商决定, 从主变运输洞经主变洞开挖一条至安全排风出 线洞末端的临时施工通道作为厂房Ⅰ层开挖出渣和通风照 明用通道,同时由里向外增加安全排风出线洞开挖工作面, 其使命完成后, 再砌砖墙进行封堵。 2Ⅱ层为岩壁吊车梁层, 考虑岩壁吊车梁的结构及其锚 杆施工, 层高定为7 m, 高程范围2 0 9 . 0 0 ～ 2 0 2 . 0 0 m。从交通洞 末端空调机室爬坡进入厂房, 至此, 厂房通风系统全部贯通。 3Ⅲ层为安装场层, 层高6 . 8 0m, 高程范围2 0 2 . 0 0 ～ 1 9 5 . 2 0m, 从交通洞末端水平进入, 安装场段进行爆破控制 开挖, 形成厂房安装场段临时排水系统, 至此, 厂房对外交通 主干道正式形成。 4Ⅳ层为出线层, 层高5 . 1 5m, 高程范围1 9 5 . 2 0 ～ 1 9 0 . 0 5 m, 考虑2条母线洞的开挖, 从厂房安装场降坡进入。 5Ⅴ层层高8 . 5 5m, 高程范围1 9 0 . 0 5 ～ 1 8 1 . 5 0m, 从已开 挖好的2号高压引水支管进入厂房, 对副厂房基础进行开挖。 6Ⅵ层在1 8 1 . 5 0m高程以下, 厂房底板基坑开挖, 包 括集水井、 尾水肘管坑及副厂房电梯基坑等, 从2条尾水支 管降坡进入厂房底部, 在开挖厂房Ⅳ层的同时, 兼顾Ⅵ层的 开挖, 在实际施工过程中, 通过错开爆破时间以及爆破区域 来进行。至此, 厂房基础开挖全部结束。 3 厂房开挖施工 3 . 1厂房Ⅰ层开挖 Ⅰ层为厂房顶拱层, 在厂房开挖前, 先选取地质条件类似 的高压管道下平洞施工支洞进行开挖爆破试验,根据经验公 式结合现场实际地质情况, 确定合理的钻孔布置、 装药结构及 起爆方式等参数。在厂房Ⅰ层中导洞开挖后, 在扩挖区出现了 沿厂房顶拱环向的破碎裂隙, 扩挖至设计结构线后基本消失, 且无不良地质变化。扩挖至拱脚部位时, 应通过控制最大一段 单响装药量和拉大分段起爆间隔时间来进行控制爆破,以保 护拱脚的开挖稳定性。在开挖后, 应及时采取锁脚锚杆加挂网 锚喷支护维持岩体的稳定, 控制地应力释放速度。在顶拱布置 锚杆应力计和多点位移计,通过观测及时了解在开挖过程中 岩体受力变化情况和顶拱变形情况, 并据此进行控制爆破。 根据厂房Ⅰ层开挖中所出现的情况, 结合厂房的分层规 划和布置, 确定具体开挖施工方案为①开挖时要对围岩应 力实施控制性释放, 其方法为分层施工, 中导槽超前, 岩台保 护层侧向分层施工, 逐步释放地应力。②合理控制施工进度, 防止侧面面积释放速度过快或发生岩爆。③岩台开挖须控制 点、 线、 面的装药集中度, 保证爆破过程中不发生由于局部装 药集中与应力共同作用诱发的不良反应。 3 . 2厂房Ⅱ层开挖 3 . 2 . 1 Ⅱ层开挖的难点和重点 Ⅱ层开挖的难点和重点为 1 地下洞岩中开挖断面以圆形或圆弧形成型最好, 要 在中等地应力条件下形成岩台、 槽挖、 坑挖难度很大。 在同一 地质条件下, 周边孔线装药密度大小对圆弧形断面影响不明 显, 但对岩台、 槽挖、 坑挖的成型影响很大, 必须选取合理的 造孔方法和线装药密度。 2 完整花岗岩岩体中爆破裂隙的延伸长度长, 应控制 好爆破裂隙在主应力方向延伸, 确保岩台的完整性。在开挖 过程中厂房围岩的应力场会因开挖区域的变化而发生变化, 如何有效地了解、 掌握和控制应力变化和释放规律, 是至关 重要的。 3 根据地质资料反映及Ⅰ层开挖中的地质情况,Ⅱ层 开挖中节理交错出现地段会对岩台的控制开挖造成困难, 要 确保该地段不发生破坏有很大的难度。 3 . 2 . 2 Ⅱ层开挖施工方法 Ⅱ层开挖施工时, 结合现场实际施工情况, 分二层四区 开挖。 岩壁吊车梁及以上岩体为Ⅱ1层, 其余划归为Ⅱ2层; 沿 厂房跨度方向分区, 中部先锋槽为A区, 两侧扩挖为B区, 岩台开挖范围为C区,Ⅱ2层整层不分区。 在每层开挖前沿厂 房结构线进行预裂爆破, 以保证岩体开挖质量。 Ⅱ层主要开挖方法及爆破参数为 1 周边预裂孔施工。采用垂直爆破孔, 分段非电毫秒雷 管起爆, 同段间用导爆索相连接, 孔距0 . 5m, 孔深3 . 0m。以 控制孔底同一高程为原则, 线装药密度2 5 0 ～ 2 8 0g / m, 不耦合 系数为1 . 7 2。 2Ⅱ1层A区开挖及Ⅱ2层开挖。 采用水平爆破孔, 自上 而下分层非电毫秒雷管起爆, 孔距1 . 2 ～ 1 . 5 m, 排距1 . 0 ～ 1 . 2 m, 孔深3 . 5m, 单位耗药量上部为0 . 6k g / m 3, 下部为 0 . 8k g / m 3。 两边底孔与水平线交角呈4 5 时其延长线交于预裂孔底上。 3Ⅱ1层B区开挖。 超前于Ⅱ1层C区开挖, 按一般扩挖 要求进行, 侧向分层剥离, 分3层开挖。 第1、2层孔距0 . 7m, 排距0 . 8m, 底部最小抵抗线为0 . 8 ～ 1 . 0m; 最后一层排距0 . 7 m, 孔距0 . 6m, 并采用光面爆破 不连续装药 , 线装药密度 1 2 5 ～ 1 5 0g / m。三层孔深均小于2 . 5m。下层通过与上层开挖 工作面错开一排炮距离而及时跟进开挖,如此循环开挖, 直 至B区开挖结束。 4Ⅱ1层C区开挖。该部分为岩台开挖, 岩台下拐点以 上按宁超不欠的原则, 超5c m进行控制, 岩台拐点下部边墙 按宁欠不超的原则, 欠5c m进行控制。 岩台开挖主要采用水 平孔,在起点段采用上倾孔。上倾孔孔深为设计深度加5 c m, 孔角为设计角度; 水平孔孔深1 . 8 ～ 1 . 3m, 具体根据造孔 控制偏角来选取。 岩台上下孔距为0 . 3 ～ 0 . 3 5m, 上下拐点0 . 7 m以外为0 . 4m,线装药密度为8 0 ～ 1 0 0g / m,最小抵抗线为 0 . 6 ～ 0 . 7m, 应注意底部最小抵抗线大小。根据试验确定不设 空引导孔, 孔全部间隔不耦合装药, 孔径4 3m m, 药径约1 8 m m, 不耦合系数为2 . 3 9, 孔口堵塞0 . 2m。 3 . 2 . 3 Ⅱ层开挖质量控制 根据以上施工原则及对重点、 难点的要求, 结合现场施 工的实际情况, 从以下几个方面进行开挖的施工质量控制。 1 控制Ⅱ1层A区开挖底部边孔的抵抗线大小, 防止因 第 3 2 卷第 1 2 期张 勇， 等 周宁水电站地下厂房开挖施工监理 福建周宁水电站建设 7 7 水 力 发 电2 0 0 6 年 1 2 月 Wa t e r P o w e r V o l . 3 2 . N o . 1 2 上接第6 9页 福建省水电设计院实施。 二、 三级配区芯样 容重和轴心抗压强度均达到设计要求, 弹模值和泊松比符合 碾压混凝土一般规律。二级配区轴心抗拉强度为1 . 0 4 ～ 1 . 8 3 M P a,平均1 . 4M P a;三级配区轴心抗拉强度为0 . 6 7 ～ 1 . 3 6 M P a,平均1 . 8 3M P a。二级配区极限拉伸值为0 . 6 3 1 0 - 4～ 0 . 9 2 1 0 - 4,平均 0 . 7 5 1 0 4;三级配区极限拉伸值 0 . 4 2 1 0 - 4～ 0 . 8 0 1 0 - 4, 平均0 . 6 6 1 0- 4。芯样劈裂抗拉强度较正常, 断面可 见混凝土胶结良好。 大部分芯样抗渗强度达到设计要求; 二、 三配区抗剪断强度均满足设计要求。 6 几点体会 1 关于变态混凝土V C C 施工, 对其加浆量以往争论 较多。实际上, 我们认为 因为加浆量的多少与R C C料的 V C值等因素密切相关,故死板地按单一加浆量控制是不 合适的, 应该动态控制。加浆方式就是人工提桶洒浆最为 合适。 2 关于V C C的防渗作用, 我们认为, 上游面V C C具有 良好的防渗作用, 其性能往往优于二级配R C C, 故无需害怕 上游面V C C混凝土的厚度过厚,相反可以充分利用上游面 V C C混凝土的防渗作用, 简化防渗结构的设计。 3 对R C C重力坝而言, 单一升层或单一薄层其自身都 是稳定的, 影响整个大坝安全的关键是层间结合质量, 它不 仅关系到防渗, 也影响到大坝的稳定。 因此, 应该将层面结合 质量作为比容重更为重要的参数来对待。 最小抵抗线控制不好而造成Ⅱ1层B区 保护层 的爆破裂隙 破坏。 2 控制Ⅱ1层B区开挖的纵向分段, 在保证应力释放得 到控制的同时为Ⅱ1层C区开挖提供合理的抵抗线。 3 控制Ⅱ1层C区开挖的孔位、 孔角与孔深偏差率, 合 理选定孔深, 重点从孔位和孔向方向线 尾线 等参照线入 手, 保证造孔准确, 孔与孔的起伏差小于5c m, 孔口与孔底 的起伏差小于1 0c m,绝对超挖值不大于1 5c m,不得有欠 挖。 根据现场实际施工情况, 对单卷炸药进行分解, 使炸药在 孔段中的分布尽量均匀, 避免出现爆破裂隙, 确保岩台开挖 质量。施工中存在的局部欠挖现象, 采用人工处理。 4 加强装药结构和堵塞控制, 做到炸药在岩体中均匀 合理分布, 控制每个小药卷的抵抗线合理。 5 现场成立质量控制小组, 全天候控制施工过程, 以过 程控制保证质量, 并实施 “三检” 制度, 确保控制严格, 层层 把关。 3 . 3厂房Ⅲ～ Ⅴ层开挖 Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ层开挖程序及施工工艺相同。在各层开挖前, 沿结构边线布设预裂孔, 按照厂房Ⅱ层开挖时确定的爆破参 数进行控制。预裂爆破完成后, 利用二臂台车钻孔进行先锋 槽施工, 然后两侧扩挖跟进。 在施工过程中, 注意控制最大一 段单响起爆药量, 以加强对岩壁吊车梁的保护。 3 . 4厂房Ⅵ层开挖 Ⅵ层开挖主要为厂房下部坑槽开挖,由于开挖临空面 少, 难以达到理想的开挖结构边线。 为加快施工进度, 经过充 分论证, 在开挖厂房Ⅳ层的同时, 通过错开爆破时间和爆破 区域, 经尾水支管水平进入厂房Ⅵ层的下游侧, 为厂房底层 开挖创造一个临空面, 这样有效地保证了坑槽开挖质量。坑 槽开挖仍然采用先周边预裂爆破, 再在中部掏楔形槽, 最后 进行周边扩挖的施工方法。楔形掏槽采用手风钻钻内斜孔, 为达到最大起爆效果, 将孔距布置较小些, 装药量大些, 并一 段同时起爆。 4 对岩壁吊车梁的保护 由于岩壁吊车梁在厂房下部开挖期间进行施工, 因此 混凝土施工期及施工后须进行必要的保护, 主要采取以下 措施 1 施工期的保护。在锚杆施工过程中, 厂房内不得进行 爆破作业, 以防止爆破振动对锚杆注浆体产生影响, 使浆体 开裂发生破坏, 影响锚杆的耐久性。 2 混凝土施工后的保护。混凝土施工后的保护主要体 现在以下两个方面①表面保护。 在厂房Ⅲ层开挖过程中, 为 防止爆破飞石对梁体边角产生破坏,混凝土浇筑时采用木 模, 并在混凝土浇筑后不拆模, 作为防护用。②爆破振动保 护。 为避免在Ⅲ层开挖过程中因爆破振动对吊车梁混凝土发 生结构振动破坏, 根据D L / T 5 0 9 91 9 9 9水工建筑物地下开 挖施工技术规范 要求, 质点振动速度控制在1 0c m / s以下, 控制最大一段单响药量和分段间隔时间, 避免发生振动波重 叠, 非电雷管要用5m s以上间隔使用, 并在混凝土梁施工前 先对Ⅲ层进行预裂施工。 为保证选取合理的相关参数, 在Ⅱ层施工时进行了爆破 振动试验。 5 几点体会 1 地下洞室开挖过程中需要考虑地应力释放, 以应力 变化过程为指导, 通过控制分层高度及施工进度和及时支护 来逐步释放地应力, 避免出现大范围岩爆现象, 防止产生破 坏性影响。 2 施工中要坚持 “超前预测、 超前支护、 短进尺、 弱爆 破、 少扰动、 早封闭、 强支护、 勤量测” 的原则, 及时跟进锚喷 支护工作。 厂房锚杆施工在开挖期关键部位应及时、 合理, 在 厂房等大断面、 大跨度、 应力集中区应及时支护。 3 与大洞室的交叉口要进行控制性开挖, 必要时要超 前支护, 以保证施工和建筑物的安全。 4 岩台等重要部位的开挖要精细, 严格控制, 通过试验 取得合理的施工方法和爆破参数, 岩台开挖建议采用上斜孔 钻爆, 较有利于岩台成型。 5 对岩壁吊车梁的施工期保护要引起高度重视, 要做 好保护和防范措施, 确保运行正常。 6 应埋设好观测仪器, 及时对围岩稳定情况进行跟踪。 福建周宁水电站建设 7 8