功果桥水电站主厂房开挖施工

【摘要】功果桥电站主厂房布置区域岩体以变质砂岩、变质石英砂岩为主，间夹砂质板岩，岩体节理裂隙发育，局部岩体较为破碎，顶拱近厂房纵轴线方向还发育有Ⅳ类围岩条带，对厂房顶拱稳定极为不利。总体来说功果桥地下厂房布置区域地质条件复杂，需要采取合理的开挖支护程序及科学的技术手段方能确保厂房开挖安全、快速及高质量完成。本文对功果桥电站主厂房开挖做了全面回顾，以期为类似工程之借鉴。

【关键词】功果桥电站；主厂房；开挖；施工；

1 工程概述

1.1概述

功果桥主厂房及安装间呈“一”字形布置，总长175m，其中安装间长50m，主厂房长125m，最大开挖尺寸为175m（长）×27.4m（宽）×74.45m（高）。厂房内安装4台额定容量225MW的立轴混流式水轮发电机组，采用一机一缝的布置方式，1#边机组段长度为35m，2#～4#机组段长度均为30m。主厂房开挖跨度在岩壁吊车梁以下为25.2m，以上为27.4m。厂房底部尾水管底板高程1210.60m，水轮机安装高程为1235.00m，水轮机层高程1241.50m，母线层高程为1246.70m，发电机层高程1253.20m，桥机轨顶高程1267.20m，厂房拱顶高程1283.05m。

1.2地形与地质条件

地下厂房系统布置在右岸，右岸山体雄厚，山顶高程大于2000m。地下厂房水平埋深146m，上部微新岩体厚度为80～275m。各建筑物轴线方向NE50°，与岩层走向呈大角度相交（夹角为55°～65°）。该区域地层岩性以变质砂岩、变质石英砂岩为主，局部段夹有宽约6～12m的砂质板岩条带，岩层产状NW345°～355°SW∠65°～73°，陡倾上游偏岸内。岩体中断层主要以顺层结构为主，规模较大的为F2断层，该断层发育于变质砂岩与砂质板岩接触带，贯穿右岸地下厂房系统各建筑物围岩，破碎带宽度一般为1～2m，带内充填灰白色断层泥、糜棱岩、角砾等，两侧影响带宽度0.6～4m，影响带内岩体一般呈锈黄色，较破碎。

2 主厂房开挖分层

功果桥功电站主厂房开挖总体分9层，编号为Ⅰ～Ⅸ，最大层高10.9m，最小层高5.25m。

3 主厂房开挖施工程序

功果桥电站主厂房各层开挖支护程序如图3所示。其中Ⅰ层开挖程序为中顶导洞超前50m，上下游侧错距30m扩挖跟进；其余各层开挖均采用中部梯段爆破拉槽超前50m，上下游侧保护层扩挖错距30m跟进，支护紧跟保护层开挖程序施工。从厂房边墙进入厂房的小洞，如进厂交通洞、母线洞、引水下平洞和自尾水管开的基坑开挖底导洞等均在其出露于厂房前一层即率先开挖进入厂房2m，并做好小洞环向锁口支护后再自厂房爆通小洞作为小洞所在层厂房开挖施工通道。

4 功果桥电站主厂房开挖支护主要施工方法

4.1开挖支护主要施工方法

根据厂房开挖分层、围岩地质条件、施工通道条件、施工工期、施工质量要求以及开挖技术要点，厂房各层开挖支护方法见表1。

表1 主厂房开挖方法一览表

部位 高程/层高（m） 施工通道 开挖支护方法说明

第Ⅰ层 EL1283.05～EL1273.05

/10.00m 尾调交通洞及1#施工支洞 厂房Ⅰ层开挖采用“品字形”开挖方式，即8×10.0m城门洞型中顶导洞超前50m，上下游侧各预留9.7m错距30m扩挖跟进。导洞采用三臂凿岩台车钻孔，中间掏槽，全断面开挖，排炮进尺2.5～3m，导洞开挖主爆孔间排距1×0.9m，周边孔间距0.5m，炸药单耗1.2kg/m3。上下游侧扩挖采用钻架台车配手风钻造孔，排炮进尺3.5m， 扩挖主爆孔间排距1×1m，周边孔间距0.5m，炸药单耗1kg/m3。3.4m3装载机配20t自卸汽车出渣，支护及时跟进开挖。

第Ⅱ层 EL1273.05～EL1267.80

/5.25m 1#支洞进入，自厂房左端墙以12%降坡至Ⅱ层底板。 采用中部拉槽超前50m，上下游预留3.5m保护层错距30m扩挖跟进方式施工。中间拉槽采用潜孔钻垂直钻孔，梯段爆破，循环进尺6m，主爆孔间排距2×1.8m，炸药单耗0.6kg/m3。边墙保护层扩挖采用钻架台车配手风钻水平造孔，排炮进尺3.5m，炮孔间排距1×1m，周边孔间距0.5m，炸药单耗1kg/m3。2.45m3反铲配20t自卸汽车出渣，支护及时跟进。

第Ⅲ

层（岩锚梁层） EL1267.80～EL1260.60

/7.20m

前期顺延Ⅱ层的施工通道进行Ⅲ层的施工；

后期从安装间以12%坡比升坡至Ⅲ层底板 厂房Ⅲ层布置有岩壁吊车梁，开挖按中部拉槽上下游预留3.5m保护层开挖岩锚梁三角体岩台开挖的程序施工。

开挖渣料采用2.45m3反铲配20t自卸汽车出渣。

第Ⅳ

层 EL1260.60～1253.40

/7.20m 进厂交通洞安装间工作面 施工分为中部拉槽和保护层开挖两部分三个区。在岩壁吊车梁混凝土施工前，边墙采用改进型宣化钻一次预裂至EL1253.40m，边墙预裂孔间距0.7cm，线装药密度0.58kg/m；Ⅳ层开挖前完成中槽的预裂，采用潜孔钻预裂至该层底部，中槽预裂孔间距1m，线装药密度0.6kg/m。中槽开挖采用潜孔钻垂直钻孔、梯段爆破，炸药单耗0.62kg/m3，循环进尺6.0～8.0m。

第Ⅴ

层 EL1253.40～EL1245.40

/8.0m 进厂交通洞安装间工作面、3#母线洞开挖剩余工作面 V层施工前先对边墙采用改进型宣化钻钻孔预裂至本层底板高程EL1245.40m。中槽分两半幅开挖，下游侧梯段超前上游侧梯段30m左右。

第Ⅵ

层 EL1245.40～EL1237.40/8.0m 4#引水下平洞以12%升坡开挖 Ⅵ层施工前先对边墙采用改进型宣化钻钻孔预裂至本层底板高程EL1237.40m；然后从4#引水压力管道下平洞升坡开挖，引水下平洞垫渣，从引水下平洞口开始进行开挖。

第Ⅶ层 EL1237.40～EL1229.50

/7.90m 4#、3#引水下平洞水平进入施工 Ⅶ层施工前先对边墙采用改进型宣化钻钻孔预裂至本层底板高程EL1229.50m；然后从引水下平洞水平进入。中槽分两半幅开挖，下游侧梯段超前上游侧梯段30m左右。采用潜孔钻垂直钻孔、梯段爆破。

第Ⅷ层 EL1229.50～EL1219.50

/10.00m 引水下平洞；尾水管洞6#施工支洞5#施工支洞 施工前由尾水管洞进入开挖的Ⅸ层中导洞已开挖完成，下部具备出渣空间。

Ⅷ层施工先由3#引水下平洞进入厂房，向左右两侧降坡完成EL1226.50m以上开挖支护，然后采用潜孔钻造孔与底部导洞贯通形成溜渣井，手风钻梯段分块逐层开挖。

4.2开挖支护过程中的主要问题及解决措施

（1）岩石开挖级别较高

经过对功果桥电站引水发电系统岩石物理力学性能的综合测试，并现场实测了岩石可钻性等参数后，经国内权威专家评定功果桥电站岩石开挖级别高达到ⅩⅢ级。HCR1200―ED液压潜孔钻实际钻孔能力只达10m/h左右，仅为其额定钻孔能力的25%，QZJ100B钻机及YT28手风钻实际钻孔能力也只有2m/h和3.7m/h。施工中采取了增加钻机等资源投入，并选择硬度较高的合金钻头等措施来加快施工进度。

（2）厂房新增支护较多

功果桥电站主厂房经实测其开挖爆破松弛圈约为3.3m，而系统锚杆参数为Φ28/Φ32@1.5m，L=6m/9m，入岩5.85m/8.85m，梅花型交错布置。因此厂房浅层支护参数较为合理。但施工过程中在全部支护完成后厂房顶拱、拱脚部位仍出现变形掉块问题，危及下放施工安全，因此过程中出现多次局部停止开挖新增深层支护的情况，影响整个厂房开挖进度。过程中采取了增加资源投入，合理新开工作面，形成平面多工序、立体多层次的施工格局，以减少新增支护给工期带来的不利影响。

5 厂房开挖支护强度分析

功果桥主厂房开挖自2008年3月28日开始，首机开挖支护于2009年12月1日结束，总工期20个月。按各层开挖进尺汇总计算，厂房开挖支护总计1237m，则厂房开挖支护实际进度约62m/月，按总开挖方量29.3万m3计算，则月开挖方量为1.4万m3。这在功果桥地质条件复杂，岩石开挖级别高达ⅩⅢ级的情况下是难能可贵的成绩。

6 厂房边墙变形情况综述

功果桥电站主厂房边墙位移最大为厂房边墙孔深22m的4点式多点变位计，测读的累积变形值100.3mm。最大变形发生在3#机组厂右0+081.500m断面的上游边墙，1254m高程处。平面上来说位于厂房的中部，立面上来说位于厂房的中间胸腹位置。从该变为计测值来看，开挖支护期间在2009年12月首台机组基坑开挖结束时读数增长到较大的97mm，后再其余3台机组近4个月的机坑开挖过程中进一步增长到99mm，在厂房全部开挖完成后岩体进一步蠕变，至2010年9月读数达到最大值100.3mm，而后厂房边墙变形逐渐稳定且趋于收敛。通过对厂房顶拱、岩锚梁附近边墙新增锚索等加强支护措施后，厂房围岩未因较大变形出现不稳定迹象，总体来说开挖及支护施工技术合理，支护措施及时有效。

7 结语

主厂房开挖无欠挖，最大超挖109cm，平均超挖26.6cm，半孔率87%，开挖支护强度达62m/月。总体来说开挖支护方法、程序合理，施工技术措施科学有效，尤其是边墙100B潜孔钻机深孔预裂技术相较于常规的手风钻潜孔预裂技术来说，在加快各层开挖进度方面有明显优势，但同时对钻工钻孔技术的要求相对较高，但通过可靠固定钻机、合理选取钻孔角度、有选择的选用熟练钻工等手段是可以保证10m左右深孔预裂精度的，该工艺在地下厂房开挖施工中有进一步研究和推广使用的价值。