1、水利水电工程地下厂房施工技术浅析摘要：本文简要分析了水利水电的地下厂房施工中的开挖分层、施工准备以及开挖方法与支护相关技术的问题，并且对相关的施工方法与程序进行了简单的总结，锚喷支护压力变化与开挖支护变形进行实际的观测与分析，对于指导今后的施工是非常有意义的。 关键词：水利水电工程；地下厂房；施工；技术 中图分类号：TV74 文献标识码：A 引言 随着社会的进步与我国国民经济的发展，以科学发展观为指导，国土资源发展与有效利用可再生的能源战略的实施，很大地促进了我国水利水电的地下工程建设事业的迅速发展。我国的水利水电的资源分布直接影响了众多水利水电站将修建的位置。因为洪水流量比较大，河床较狭窄，
2、我们经常将引导流建筑物与水发电系统布置在地下，大都是在大约 1.0km 的范围内布置百余条的隧洞，形成平斜竖相贯，纵横交错的地下洞室群，而且跨度大都超过 30m，断面积一般超过 2000m 的洞室不断的出现(详见表 1)，地下的工程规模相对较大，建造技术比较难而且技术要求比较高，这成为了水电站建设的一个关键项目。 表 1 部分大型地下引水发电系统工程统计 随着工程理论和实践研究的不断加深，三维有限元数值仿真、工程类比以及施工量测信息的动态优化与反馈分析已经成为了地下工程支护设计的主流。岩土锚固、控制爆破、工程量测等技术的提升以及新材料、新设备与新工艺的广泛运用，不断的与设计进行互动，使大型的地
3、下建设工程逐渐精细化，洞室的施工质量从控制轮廓成型逐渐转变为对围岩塑性区范围的控制。以“锚喷支护”为核心，改善岩体的应力状态，对岩体的变形进行适时控制，确保围岩的稳定，最终使地下工程的能够实现高效建设。 一、大型地下厂房开挖与支护 我国的水利水电地下厂房的建设技术的提高，使地质环境复杂、规模庞大的地下厂房采用锚喷支护为长期支护与岩壁吊车梁技术成为了可能，这是地下厂房洞室群快速施工得以实现的一个前提。比如龙滩电站，地下厂房开挖的跨度为 30.8m，在陡倾角薄层状的岩体，中等的地应力，岩层与洞室轴线走向交角为 35 到 40 布置的条件下，顶拱 V 类围岩段，采用的是 C20 喷钢纤维混凝土与 1
4、50KN 预应力锚杆进行永久支护，并取得了成功。目前在建的向家坝地下厂房，开挖的跨度为 33.5m，顶拱泥质类的软弱岩石以及层间错动的破碎夹泥层 V，VI 类的围岩段，也采用的是预应力锚杆、预应力锚索以及喷钢纤维的混凝土进行永久支护，效果十分良好。 自从上个世纪的八十年代引进岩壁吊车梁技术到现在，此技术已经被普遍的应用于地下厂房的建设项目之中，施工技术也逐渐得到完善，如果精雕细刻，采用双向轮廓爆破技术，可以保证岩台的开挖质量；温控镜面混凝土；锚杆的精确安装以及 100%注浆密实度无损检测；控制爆破技术等各项技术与工艺的综合运用，导致精品的不断涌现。此项技术已经成功的实现了消化、引进、吸收与再创
5、新。 大型的地下厂房是地下引水发电系统施工的一个关键的项目，因为断面的尺寸比较大，交叉口比较多，洞周围岩的挖空率比较高，围岩的稳定问题就比较突出。施工大都是按照分块分层的开挖支护，自上而下，逐步成型的原则进行的。从围岩应力的状态变化角度进行考察，不同的开挖支护程序就意味着不同的应力历史或者应力路径，这样不仅影响洞室的最终成型后围岩的破损区大小、应力分布以及洞周的位移状况，而且还影响施整个工期内的围岩的破损区、应力、洞周位移，所以，优选开挖的方法以及程序，应该适时的有效的进行支护，这也是大型地下厂房施工的关键技术问题。除了地质因素之外，还需要根据进度要求、施工布置、施工成本、机械设备选型等因素进
6、行全方面的考虑，合理的优化开挖支护的施工方案。相关实践表明，在良好的施工作业环境里，按照“立体多层次，平面多工序”的原则，保证资源的投人，认真的组织开挖支护平行交叉作业，高度的重视施工期地质评价以及监测信息的反馈分析，不断进行优化施工和设计，必然可以取得良好的施工效果。 1、施工准备 主厂房在施工之前，应该根据工程的实际情况，进行详细的实际调查与分析，认真布置施工支洞，对总体的施工方案进行规划或者优化，为多工作面的平行作业创造良好的条件。按照合同技术的相关要求进行开挖和支护现场的工艺实验，找准质量的控制要点，掌握工艺的要领，最终确定工艺的流程。控制好辅助工程的进度，力争在主厂房开挖之前，完成相
7、应的周边排水的系统施工，改善围岩的稳定条件；仔细完成监测仪器的埋设，为实现施工的全过程实时监测奠定良好的基础；完善施工通风，完成通风洞(井)，改善作业的环境，确保主体工程的连续施工。 2、开挖分层及开挖方法 地下厂房是逐层进行开挖支护，自上而下，逐步成型的，它的分层厚度大都是 8 到 l0m。确定分层应该综合考虑到设备作业空间与施工通道，钻孔的精度以及爆破振动的控制等多种因素。顶拱通常为 9m 左右，大部分是以拱脚锚杆的施工需要来进行控制的。岩壁吊车梁层适合控制在 lOm左右，它的上部界面最好按照设计梁顶高程+0.5m 来进行控制，下部界面可以按照它的下拐点高程-3.5m 来进行控制。发电机层
8、上部的界面控制最好考虑母线洞的洞脸加固需要，下部界面控制应该考虑引水隧洞的洞脸加固需要。多个地下厂房的开挖实践表明，中下部的深孔梯段开挖可以造成高边的墙围岩位移急速增加，水电十四局在近几年来探索的薄层开挖的方法，也就是将爆破孔的深度控制在 46m，对抑制高边墙位移的效果十分明显。尾水锥管以及肘管层井挖，分层厚度应该控制在 1.5-3.5m。 地下厂房的顶拱层以下的开挖，大都是采用预裂爆破以及光面爆破控制开挖轮廓，深孔梯段的微差爆破挖除中间岩体。目前主要有了两种方式。一个是根据工程的爆破实验来确定预留保护层的厚度，首先将中槽进行开挖，接着采用密孔小直径的药卷分二层挖除预留保护层，上层的轮廓采用的
9、是预裂进行控制的，下层则是用光爆成型，这种方法开挖边墙平均径向超挖可以控制在 15 到 20cm 之内，实际检测的资料表明，按照这种方式每层开挖之后边墙的位移增量，中槽开挖引起的大概占10%，保护层开挖造成的大约占 90%，所以，它的控制变形的关键是采用短台阶的开挖保护层，两侧错开距离进行施工，适时的进行支护。另一个是采用深孔预裂爆破技术进行控制开挖轮廓，一次性或者分两半进行开挖，这种方式开挖边墙的平均径向超挖可以控制在 8 到 15cm 之内，合理的控制开挖与永久支护的施工步距，控制变形的条件似优于前者，比较值得推广与应用。 图 1 龙滩电站地下厂房系统开挖分层图 图 2 小湾电站地下厂房系
10、统开挖分层图 3、支护 图 3 开挖多点位移变化曲线图 图 4 支护压力与位移的关系 理论的相关研究与实践经验表明，一般在中硬岩体中，支护压力随着岩体位移的增加而连续进行减少。出现一样位移的时候，隧洞支护后围岩所需要的支护压力应该比支护前的支护压力小，而且两者之间的差别会随着所发生的位移而增加(图 4） ，II-III 类围岩中，正确的支护施工程序应该是初喷混凝土紧跟开挖面，浅孔锚杆支护应该控制在距开挖面 3 倍洞径长度范围之内，挂钢筋网以及深孔锚杆复喷混凝土依次跟进，最后施作预应力锚索。并应且该根据施工监测的信息反馈进行详细的分析，动态优化调整开挖与支护的施工作业节拍。 地下厂房的直立边墙高
11、度大概是 50 到 80m，为了保证它的稳定性，除了可以采用砂浆锚杆，喷混凝土，预应力锚杆进行支护以外，还可以大量采用预应力锚索加固围岩，一般我们采用双层防腐无粘结预应力的锚索结构，有二点分散式对穿锚索与注浆内锚头。因为施工周期相对比较长，往往成为了控制主厂房施工进度主要的一个因素。采用钢结构预制垫座，以及高频冲击回转钻进的工艺，可以有效的缩短施工的周期，加快施工的进度，此外，还可考虑率先在邻近洞室的位置进行施工，提早完成钻孔施工，如果主厂房的开挖揭露，就直接可以穿索等后续施工。因为厂房随层支护，逐层下挖，上部已经加固围岩依然将伴随开挖出现位移的变化，这样就很容易造成锚索的锚固赋存力产生变化，
12、严重的甚至会导致应力超标，所以应该对锚索初次张拉荷载进行控制，对应力的增量进行合理预留从而保证安全性。当前，已经可以借助于 3D-FLAC 的仿真分析，对各特征点在主厂房开挖结束后的位移总量进行估算，并对锚索应力的增量进行反求，用以对各部位预应力锚索的张拉的荷载加以确定。 结束语 地下厂房施工要确保围岩的稳定性，有效的控制围岩塑性区的范围，实现优质的高效的工程目的，关键在于控制开挖，优先选择开挖程序，适时的进行支护，实时监测并对其反馈，动态优化设计与施工。 参考文献 1和执武. 分析水利水电工程施工技术J. 科技致富向导,2013,06：287+266. 2李洪涛. 大型地下厂房施工程序及开挖方法研究D.武汉大学,2004.
