大型地下洞室群開挖爆破施工

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1、大型地下洞室群開挖爆破施工完成時(shí)間：2001年12月～2004年6月工程地點(diǎn)：廣西壯族自治區(qū)天峨縣完成單位：水電1478聯(lián)營體、長(zhǎng)江科學(xué)院項(xiàng)目主持人及參加人員：高必華、和孫文、黃剛、楊天吉、謝勇兵、契光恒、李春、王杰、劉華撰稿人：高必華、楊天吉、蔣鍵1概述位于廣西壯族自治區(qū)天峨縣境內(nèi)的龍灘水電站地下廠房是世界上規(guī)模最大的地下廠房，洞室尺寸龐大，與之相貫的洞室較多，廠房與主變室、尾水調(diào)壓室平行布置，主廠房長(zhǎng)398．9m，寬30．7m，高77．3m，石方開挖量636379m3；主變室長(zhǎng)408．8m，寬19．8m，高34．05m，石方開挖量181555m3；尾水調(diào)壓

2、井(含井間連接洞)長(zhǎng)345．32m，寬25．15m，高81．21m，石方開挖量503097m3。主廠房與主變室相距41．75m，有12條母線洞、連接洞、通風(fēng)洞相連；主變室與調(diào)壓井相距26．60m，有9條連接洞相連；包括引水洞、尾水洞、通風(fēng)洞、排風(fēng)豎井、排水洞、施工支洞等，在不到0．5km2。的范圍內(nèi)，共有113條洞室縱橫相貫，形成一個(gè)龐大而復(fù)雜的洞室群。2工程地質(zhì)條件及工程特點(diǎn)龍灘水電站地下廠房系統(tǒng)所處位置的巖石類別主要為中厚層砂巖、粉砂巖和薄層泥板巖，洞室開挖揭示呈交替出露，軟硬不均。地下洞室群相互縱橫交錯(cuò)，立體交叉口多，由于洞室與洞室之間的巖柱較薄，主廠房

3、、主變室、調(diào)壓井室開挖斷面大、邊墻高，工程地質(zhì)條件就更顯復(fù)雜。多種不同條件有限元分析和地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)表明：主廠房洞室開挖后，圍巖主應(yīng)力一般小于10～15MPa．，拱座和洞室壁轉(zhuǎn)折處，局部應(yīng)力集中系數(shù)達(dá)2．0～2．5，其最大應(yīng)力已接近泥板巖的單軸飽和抗壓強(qiáng)度。龍灘地下廠房系統(tǒng)是由一組縱橫交錯(cuò)的地下洞室群組成，其工程特點(diǎn)為：(1)廠區(qū)分主副廠房，主變開關(guān)室及尾水閘門三排布置，工程集中，運(yùn)輸洞、母線洞、引水洞、尾水洞等共113個(gè)，總長(zhǎng)27．5km，形成一個(gè)上下重疊、縱橫交錯(cuò)的地下洞室群，且各洞室形狀及大小各異。(2)交叉洞室多，與主副廠房交叉的洞室共有46個(gè)(上游

4、面24個(gè)，下游面20個(gè)，端墻2個(gè))；與主變室交叉的洞室共有19個(gè)；與尾水閘門室交叉的洞室共有24個(gè)。(3)洞室尺寸大，邊墻高，洞室之間距離近。主廠房本身就是一座大跨度、高邊墻、多洞室的地下結(jié)構(gòu)。主廠房集體井部位邊墻高達(dá)77．3m，而主廠房與主變室距離為41．75m，這塊巖體又被較大斷面的母線平洞及豎井所削弱，尾水支洞間距12～18m，最薄處相當(dāng)于洞徑的0．8倍。主變室與調(diào)壓井相距26．6m。(4)三大洞室的頂拱、邊墻均采用錨噴支護(hù)，三個(gè)大洞室的吊車梁均采用巖壁式。3施工方法地下廠房洞室群施工的第一步是合理設(shè)置交通道。根據(jù)圍巖的穩(wěn)定條件，施工交通道的位置和施工機(jī)

5、械性能等因素，自上而下分層施工。第一層為頂部，層高一般8～9m，頂拱要求成型好，采用光面爆破，支護(hù)工作量大，而且需要布置監(jiān)測(cè)儀器，根據(jù)反饋信息，完善頂拱部位支護(hù)。3.1頂拱(Ⅰ層)開挖龍灘地下廠房分9層開挖(見圖1)，頂拱開挖層高8．9m，開挖斷面258．3m2，分兩部分進(jìn)行，第一步開挖兩側(cè)邊頂部位，側(cè)導(dǎo)洞開挖斷面為2m×64．4m，兩側(cè)超前開挖平行交錯(cuò)施工，掌子面相距30m以上，確保施工和工程安全，采用三臂液壓臺(tái)車鉆孔，孔徑50mm，孔深4．Om，大空孔直孔掏槽，開挖輪廓面光面爆破；第二步中間巖石柱開挖，開挖斷面129．5m2，開始采用全斷面開挖，由于斷面較

6、大，跨度有14．7m，頂拱矢高較小約1．5m，加上圍巖為緩傾角層狀巖體，兩側(cè)開挖結(jié)束后圍巖應(yīng)力進(jìn)行了重新分布，光面爆破產(chǎn)生的開挖輪廓面成型差，后來采取以下方法：(1)將中間巖柱又分為左右半幅進(jìn)行開挖，相互滯后2～3排炮；(2)減少循環(huán)進(jìn)尺，爆破進(jìn)尺控制在2．5m以內(nèi)；(3)調(diào)整光面爆破參數(shù)，孔間距控制在50cm以內(nèi)，K值取0．75，線裝藥密度100～120g／m；(4)在：Ⅲ2、Ⅳ類圍巖地段增加了導(dǎo)向孔，孔距25cm，間孔裝藥；(5)支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)，Ⅱ、Ⅲ類圍巖支護(hù)滯后15m，Ⅳ類圍巖噴錨支護(hù)跟進(jìn)掌子面。采取以上方法后，廠房頂拱開挖成型良好。3.2Ⅱ～Ⅳ層開挖廠

7、房Ⅱ～Ⅵ層為大體積槽挖，Ⅶ～Ⅸ層為機(jī)坑槽挖，屬高邊墻大體積槽挖。Ⅱ～Ⅵ層開挖采用中間拉槽兩側(cè)保護(hù)層跟進(jìn)的開挖方法，保護(hù)層與中間拉槽部分采用預(yù)裂爆破隔斷。上下游保護(hù)層預(yù)留層厚度分別為4m和8m，8m保護(hù)層又作為上層支護(hù)施工通道，較薄一側(cè)的保護(hù)層先挖除，支護(hù)結(jié)束后再進(jìn)行較厚一側(cè)保護(hù)層開挖支護(hù)，防止兩側(cè)同時(shí)卸荷引起高邊墻的大位移，確保高邊墻的穩(wěn)定，在廠房下臥過程中充分運(yùn)用“新奧法”原理，并真正做到“平面多工序，立體多層次”，實(shí)現(xiàn)地下廠房快速施工。Ⅸ層坑挖，先從尾水?dāng)U散段開挖進(jìn)人廠房Ⅶ～Ⅸ層形成中導(dǎo)洞，然后在Ⅶ層打?qū)Ьc之貫通，逐步擴(kuò)井，采用手風(fēng)鉆鉆孔爆破開挖，從尾水

8、擴(kuò)散段出渣、墊坡進(jìn)行Ⅶ～Ⅸ層臺(tái)階爆破開