大型地下洞室群开挖爆破施工
完成时间:2001年12月~2004年6月
工程地点:广西壮族自治区天峨县
完成单位:水电1478联营体、长江科学院
项目主持人及参加人员:高必华、和孙文、黄刚、杨天吉、谢勇兵、契光恒、李春、王杰、刘华
撰稿人:高必华、杨天吉、蒋键
1 概述
位于广西壮族自治区天峨县境内的龙滩水电站地下厂房是世界上规模最大的地下厂房,洞室尺寸庞大,与之相贯的洞室较多,厂房与主变室、尾水调压室平行布置,主厂房长398.
2 工程地质条件及工程特点
龙滩水电站地下厂房系统所处位置的岩石类别主要为中厚层砂岩、粉砂岩和薄层泥板岩,洞室开挖揭示呈交替出露,软硬不均。地下洞室群相互纵横交错,立体交叉口多,由于洞室与洞室之间的岩柱较薄,主厂房、主变室、调压井室开挖断面大、边墙高,工程地质条件就更显复杂。多种不同条件有限元分析和地质力学模型试验表明:主厂房洞室开挖后,围岩主应力一般小于10~15MPa.,拱座和洞室壁转折处,局部应力集中系数达2.0~2.5,其最大应力已接近泥板岩的单轴饱和抗压强度。龙滩地下厂房系统是由一组纵横交错的地下洞室群组成,其工程特点为:
(1)厂区分主副厂房,主变开关室及尾水闸门三排布置,工程集中,运输洞、母线洞、引水洞、尾水洞等共113个,总长27.
(2)交叉洞室多,与主副厂房交叉的洞室共有46个(上游面24个,下游面20个,端墙2个);与主变室交叉的洞室共有19个;与尾水闸门室交叉的洞室共有24个。
(3)洞室尺寸大,边墙高,洞室之间距离近。主厂房本身就是一座大跨度、高边墙、多洞室的地下结构。主厂房集体井部位边墙高达77.
(4)三大洞室的顶拱、边墙均采用锚喷支护,三个大洞室的吊车梁均采用岩壁式。
3 施工方法
地下厂房洞室群施工的第一步是合理设置交通道。根据围岩的稳定条件,施工交通道的位置和施工机械性能等因素,自上而下分层施工。第一层为顶部,层高一般8~9m,顶拱要求成型好,采用光面爆破,支护工作量大,而且需要布置监测仪器,根据反馈信息,完善顶拱部位支护。
3.1 顶拱(Ⅰ层)开挖
龙滩地下厂房分9层开挖(见图1),顶拱开挖层高8.
(1)将中间岩柱又分为左右半幅进行开挖,相互滞后2~3排炮;
(2)减少循环进尺,爆破进尺控制在2.
(3)调整光面爆破参数,孔间距控制在
(4)在:Ⅲ2、Ⅳ类围岩地段增加了导向孔,孔距
(5)支护及时跟进,Ⅱ、Ⅲ类围岩支护滞后
采取以上方法后,厂房顶拱开挖成型良好。
3.2 Ⅱ~Ⅳ层开挖
厂房Ⅱ~Ⅵ层为大体积槽挖,Ⅶ~Ⅸ层为机坑槽挖,属高边墙大体积槽挖。Ⅱ~Ⅵ层开挖采用中间拉槽两侧保护层跟进的开挖方法,保护层与中间拉槽部分采用预裂爆破隔断。上下游保护层预留层厚度分别为
主要施工方法包括:
(1)采用2道预裂缝(双保险)确保中间拉槽台阶爆破对顶拱和高边墙的爆破影响。在中间拉槽前先对边墙轮廓线进行小孔径浅孔预裂,深度为4~4.
(2)拉槽台阶爆破严格控制单响药量,为满足设计高边墙质点振动速度vs≤
(3)预留保护层开挖采用手风钻开挖,开挖高度
(4)洞与大洞室贯穿时,尽可能先开挖较小断面的洞,并超前大洞l~
(5)针对龙滩地下厂房比较长的特点,在分层施工中采用层间搭接施工,搭接时间一般为1~1.5个月,把一个厂房当作2个厂房进行开挖,当保护层较薄一侧剥离并支护好
(6)根据量测反馈信息适时进行支护,Ⅱ类围岩支护滞后30—
(7)岩锚梁基础采用预留保护层手风钻开挖,用垂直孔+斜孔双向同时光爆的方法进行开挖,采用该方法,在层状岩体中取得了良好的开挖效果,岩锚梁基础成型较好。
(8)采用先进的施工设备,加快施工进度,针对龙滩地下厂房开挖强度高(最高达6.
3.3 厂房边墙与相邻洞室群交叉段施工
龙滩地下厂房开挖系高边墙施工,在高边墙不同高程与其他洞室相贯通,与之相贯通的有主厂房进风洞、进厂交通洞、母线排风兼施工支洞、厂房排烟廊道、引水隧洞、母线洞、尾水扩散段,且边墙较高,高边墙稳定问题尤为突出。为保证工程安全和施工安全,附属洞室与大洞室相通时,先洞后墙,洞口锁口和系统支护后才能开挖高边墙,在洞与洞、洞与井等交叉部位要提前做好超前支护和加强支护,如增加钢格栅,在交叉口二倍洞径的洞段范围内采用浅孔多循环短进尺的开挖方法;合理应用控制爆破,灵活采用光面和预裂技术,确保开挖轮廓面成型好,减少爆破振动对围岩及相邻建筑物的影响,有利于后续工作(如喷锚支护)的进行。
4 爆破振动控制
爆破振动控制是厂房开挖的重点之一,爆破振动直接影响高边墙的稳定和岩壁吊车梁结构的安全。按本工程开挖技术的要求,厂房爆破质点速度控制标准:高边墙vs≤
5 结束语
龙滩水电站地下厂房系统开挖历时31个月,总石方开挖280万m3,最高月强度15.7万m3/月,2002~2003年为开挖高峰期,平均116万m3/年。由于合理安排施工程序,采用台车钻孔和手风钻钻孔相结合进行洞挖,大洞室槽挖采用中孔径(≤
摘自《中国典型365体育与技术》