湖南柘溪扩机工程地下工程施工技术

张良平

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概况

柘溪水电站扩建工程的主要任务是发电，扩大装机容量2×250MW。扩建工程位于资水右岸原柘溪水电站枢纽范围内，我局项目部承担了1#、2#、3#施工交通洞，进场交通洞、闸门室交通洞和引水系统的施工任务。2#施工交通洞尺寸为7.7m×12m、引水隧洞洞径12.50m。地质情况较差，洞室穿越地层Ptbn2w2-23～Ptbn2w2-28-10，岩性为长石石英砂岩、细砂岩与带状砂质板岩及燧石状石英岩，坚硬致密，岩层产状，其走向与洞轴线夹角为30°～80°。洞线上大部分地段节理发育，主要是层面裂隙(含层间错动)与近似平行洞线的高倾角节理，以及洞顶的缓倾角节理，层间错动带上盘的羽毛状节理，发育密度大，将岩层切割成网状，影响洞室围岩的稳定。隧洞埋深30m～125m，基岩强风化带下限深度10m～28m，弱风化带下限深度25m～68m。该工程2#、3#施工交通洞工期紧，是引水洞施工进度控制的关键，同时扩机工程施工部位距离老厂较近，必须控制爆破振速在要求范围内。引水洞全断面衬砌开挖质量要求高，是对施工单位施工质量、安全及文明施工管理，以及施工技术应用的严峻考验。

2 地下工程需解决的问题

2.1 工期问题

柘溪水电站扩机工程2#施工交通洞为引水隧洞下平段施工通道，为引水洞压力钢管段开挖和钢管运输交通道，并作为地下厂房中下层开挖的施工通道。其施工进度情况关系到整个扩机工程工期能否按期实现。2#施工交通洞长度377m，洞断面尺寸7.7m×12m，城门洞型，地质情况差，洞口到0+200桩号以IV类围岩为主，且岩层走向近与洞轴线平行；3#施工洞断面尺寸7.7m×6.5m，在2#施工洞0+169桩号处开洞，洞长283m，2#洞的施工进度也直接影响3#洞的施工。因此，解决2#施工洞工期问题，是该项目施工的重中之重。

2.2 开挖质量控制问题

保证地下工程施工质量，尤其隧洞成型质量是保证安全施工的措施之一，也是控制施工成本的具体体现。对于引水洞要求全断面衬砌，充分体现质量与效益的关系，控制好隧洞施工质量也是企业实力和信誉的体现。柘溪扩机工程引水洞结构变化大，要控制好施工质量是项目施工中一个重要的课题。

2.3 控制爆破问题

对于柘溪扩机工程，需要控制爆破振速的部位有大坝、大坝灌浆帷幕、开关站、主变压器等十几个部位，本工程控制难度最大是7#引水洞爆破开挖对主变的振速控制，施工最短距离80m，控制爆破质点振速0.5cm/s。为确保主变安全，必须采取合适的爆破开挖方法。

3 问题解决办法

3.1 工期问题的解决办法

(1)制定严密的工期计划

根据2#施工洞的难度及施工重要性，结合隧洞结构及施工特点。首先研究2#洞总体施工程序及施工方法。确定采用新奥法施工、上下半洞单头掘进施工程序，上半洞开挖到3#洞开口部位，立即进行下卧为3#施工洞及时提供工作面；然后进行2#施工洞后部分上半洞施工，2#施工洞上半洞贯通后；再进行下卧全部提交引水洞和厂房交通工作面。只要2#施工洞上半洞贯通，引水洞和厂房就有办法施工，并具备提前开工条件。

编制了赶工措施及制定严密的工期计划，考虑了围岩差的情况的处理办法，也考虑围岩好时加快进度的措施，在资源配置上最大限度满足。工期上明确了节点工期，尤其保证3#交通洞开洞时间、2#洞上半洞贯通时间。

采用P3编制计划，计划细化到每一茬炮的施工工序时间上，并作为进度控制检查和考核的依据。

(2)运用软岩快速施工技术解决Ⅴ、Ⅳ类围岩段施工难题

我局在软岩施工中积累了丰富的施工经验，施工技术也相对成熟，关键在于施工技术运用的合理性。

对于软岩控制爆破，保证进尺、保证开挖质量、保证洞断面的体型尺寸是最基本的要求，采取及时喷锚支护，既可加大施工安全保证系数，又可减少因不及时支护造成塌方影响施工进度。喷锚支护的施工程序、施工方式及施工工序适时性是施工的关键。

通常采用钢拱架或钢格栅支护，在塌方段处理部位和无法进行锚杆施工部位确实起到良好的效果，但施工工序较多，安装操作不便，费工费时，对于中型断面的施工洞，施工最快也只能安装3榀，达不到快速施工的要求。根据其他工程的经验，对于V、VI类围岩采用钢拱架强支护、短进尺施工一般月进尺在40m左右，如此进展满足不了2#施工洞的进度要求。在加强地质勘查，详尽掌握地质资料的基础上，根据支护原理，经过现场观察，确定了相对简便快捷的施工方式：在“短进尺、弱爆破”基础上，采用超前锚杆连接钢筋拱网喷支护型式的加强支护方式。

对于软岩段采用药卷锚杆超前支护，超前锚杆长度一般为5m，间距1.0m～1.5m，根据具体岩层情况确定间距，向上倾角10°～15°，根据岩层情况调整倾角，保证锚杆穿过岩层，外部预留60cm～80cm与钢筋拱焊连，开挖进尺控制在1.5m以内，保证超前锚杆充分发挥作用。第一茬炮后及时素喷一层混凝土，厚度在5cm左右，保证临时的安全稳定。由于柘溪地区的软岩裂隙发育，岩层厚度在40cm以下，因此，被裂隙切割的块度较小，即使第一次喷护后马上打锚杆，仍然是不安全的，钻机钻孔的震动会破坏第一层喷护并扰动岩层造成掉块和塌方。为了进行第二层的网喷支护，采用电钻打钢钉锚，固定φ6钢筋网，钢筋网间距@10cm×10cm并按20cm间距在超前锚杆尾部焊连φ22钢筋，该道工序完成，即进行第二次的喷护，一般喷护厚度15cm～20cm。喷护完成达到70%强度，进行该部位的顶拱锚杆支护。

通过喷护形成钢筋混凝土拱，钢筋混凝土与超前锚杆联合支护，钢筋拱对超前锚杆起到支座作用，最大限度发挥超前锚杆作用；再通过钢筋网喷护和锚杆支护使软弱结构加强，使原来的软弱松动变形体转化为承载结构体，步步为营向前推进，既安全、经济，又保证进度。

采用此方法基本上保证了一天一个循环，在通过2#施工洞0+40～0+100桩号软弱地质段时，采用此方法仅用了25d。

(3)工序控制办法

为了保证工程进度切实可控，编制工序时间控制表，便于检查和发现工序中的施工问题，便于加强施工管理。主要控制工序为测量放线、钻孔、装药连线、爆破、通风散烟及支护。

(4)建立激励机制

根据工期计划实施奖惩制度，并落实到位，充分调动职工的积极性和发挥主观能动性，有力保证工期计划的顺利实施。

3.2 引水洞开挖质量控制

对于引水洞主要指上半洞开挖质量控制。上半洞开挖采用上中导洞，两边扩挖的施工方式进行。质量控制的焦点通过光面爆破控制超欠挖，工程施工中按正常控制超挖情况多于欠挖，一般以控制超挖为主。

3.2.1 充分发挥测量对钻爆的指导作用

引水洞的超欠挖控制要求非常的严格，根据合同要求超欠挖控制在5cm以内，目前国内施工技术水平很难达到，但通过严格控制可以控制在10cm以内。

施工中发现，除做好爆破控制外，钻孔的方向、倾向及钻孔深度对开挖质量起着直接影响作用，尤其周边孔的控制至关重要。施工中由于靠眼力参照造孔，周边孔控制具有很大的随意性，往往凭个人经验控制，造成施工质量起伏不定。另外测量放点施放方向点太少，其控制指导意义不大，不能真正起到指导控制钻爆的作用。因此，要充分发挥测量对钻爆的指导作用，必须建立方向控制网点。

通常测量施放中心点后视点作钻孔方向控制点，但存在控制点位太少，其他孔眼比照方向存在误差太大的缺陷。如何建立方向控制网点，一直没有一致的办法。柘溪扩机工程洞挖施工利用施工打钻平台及施工操作架作控制网点的施作点，利用操作平台建立辅助光爆孔的方向点网，一般建立5个点满足要求，其点位分布为顶拱部位一个点、顶拱两侧部位2个点、腰线部位2个点。施工时先打辅助光爆孔5个点，并插炮杆定位，周边孔眼以此参照进行造孔。采用此方法，能保证设计方向准确，控制点可以相互参照，但要保证周边光爆孔眼孔底位置精确落在轮廓线10cm范围内，仍需人的经验控制。因此，周边光爆孔造孔选用经验丰富人员进行施工，仍是控制造孔质量的关键。

采用方向控制网点法控制钻孔质量，在直段和平段充分体现了其优势。在平直段借助水平尺，造孔质量控制的更好，控制超挖在8cm以内；对于弯段和下行洞，根据不同转弯半径和坡度比较，除地质原因外，其线超挖尺寸控制在10cm左右。

3.2.2 光面爆破技术的运用及施工控制实践

光面爆破施工技术目前得到广泛的运用，施工技术相对比较成熟，但真正发挥光面技术的使用价值，必须在实践中根据实际情况调整参数，满足开挖质量控制要求，同时要加强施工控制，施工造孔，装药、连线及起爆网络要满足爆破设计要求。

柘溪地下洞室爆破设计和爆破施工是非常成功的，爆破设计人员根据不同的地质情况和施工质量要求做了专门的较详细的设计，施工中根据具体情况并做相应调整。根据爆破效果观察，施工操作对爆破效果的影响不容忽视，其直接影响爆破质量。因此，在施工中通过加强过程控制管理，并从以下几点加强控制检查：

(1)造孔质量检查，重点检查周边孔孔斜度、深度、间距等参数是否满足设计要求，不合格必须重新造孔。

(2)周边孔采用竹片装药必须保证装药结构的一致性，装药结构必须满足设计要求。

(3)辅助光爆孔保证不耦合系数在1.4～2之间，对周边光爆孔的破坏小，有利保证周边孔光爆效果。在该工程统一采用φ25药卷。

(4)装药连线时，必须统一指挥，分工明确，加强检查，杜绝出现分段混乱及连线错误现象发生。

(5)对于存在洞内施工堵塞普遍不及露天施工炮孔堵塞重视的问题，必须加强教育及监督处罚力度。

(6)加强对底部孔眼造孔质量的控制，尤其是上行洞底部钻孔质量控制。

(7)为了进一步加强对爆破质量的控制，要求现场技术员必须准确填写当班爆破参数记录表，便于跟踪爆破效果和优化设计参数。

3.3 爆破振速控制的解决办法

3.3.1 振速控制参数的取得

爆破质点振速控制应用计算公式为：

v=k(Q1/3/R)a

式中：k——介质系数；

Q——次爆破控制炸药量，kg；

R——爆破中心与被保护物距离，m；

a——衰减系数；

v——质点振速，cm/s。

长沙金凤公司负责柘溪水电站爆破振动的监控，通过每次爆破的振速测定资料，并搜集相关资料进行分析计算，取得k、a值，k取139、a取1.46。

爆破中心距离主变保护距离80m，质点控制速度为0.5cm/s。

据此计算其控制最大单响药量Q为4.9kg。

3.3.2 爆破及开挖方式试验

计算爆破控制单响药量仅为计算值，在实际施工中由于受岩层变化，地下水及节理裂隙的影响，以及地形的变化影响，计算值往往有一些出入，必须进行试验验证和复核。经洞内试验复核单响药量不超过6kg仍然是安全的。

控制段岩石为Ⅱ、Ⅲ类围岩，围绕质点振速控制，进行了多种开挖方式试验，通过减少进尺，多分段，先导小导洞几种方式进行试验和确定合理爆破参数。

3.3.3 解决实施过程

由于距离爆破控制点是一个渐进的过程，在开挖施工中以质点振速为核心，在原爆破设计基础上逐渐增加孔，增加控制爆破段位，最后增加30%孔数，所用分段为16个段位，超过此界限后效果就难以控制了。此时开始减少钻孔进尺，当爆破进尺低于1.2m，对全段面爆破效果极差，最后采取先导小导洞方式进行，先爆破开80cm洞径导洞，孔深2m，然后分段爆破扩挖。

采用以上办法进行控制，由于孔数增加及分段数增加，施工控制难度相应加大，若分段起爆时序控制不好，起不到振速控制效果，振速将大大地超过预计控制值，甚至造成老厂运行安全事故，事故责任将非常重大。因此，对于爆破振速控制，在技术方案可行的基础上，施工控制的重要环节是加强现场管理。

4 结语

柘溪扩机工程主要为地下工程，根据其突出的三个问题，采取具体的措施方法进行了解决，充分体现了管理与技术优化，施工技术合理应用与工程进度、施工质量和成本控制的关系。

(1)施工技术是工程进度保证的前提条件，施工管理是施工技术实施保证的手段。对于采用超前锚杆连钢筋拱的网喷支护方案，结合短进尺、弱爆破的施工方法，在柘溪项目得以成功的运用，达到快速施工的目的。

(2)测量控制和爆破控制是光面爆破控制的两大关键点，建立光爆孔方向控制网点，加密孔网控制密度，对爆破造孔质量控制起到了加强作用，效果亦很明显，值得推广。对于光面爆破控制，主要是加强现场管理，现场管理越到位，施工质量控制效果越好。

(3)质点振速控制，关键在于现场试验，根据试验确定施工方法。在可以进行爆破施工的环境，采用缩短进尺、增加孔数、增加雷管分段数、先导洞和扩挖办法等都是可行的，并要根据具体情况选择实施。