抽水蓄能電站地下廠房高邊墻開挖與支護施工方案（純方案9頁）

1、抽水蓄能電站地下廠房高邊墻開挖與支護施工1.1建筑物的工程特性本工程地下廠房包括主副廠房和安裝間，主廠房位于洞室中部，左右兩側分 別為安裝間及副廠房。主廠房開挖尺寸為：102.2X22.0X52.4m （長X寬X高）； 副廠房開挖尺寸為：15X22.0X43. 9m （長X寬X高）；安裝間開挖尺寸為：38.1 X 22. 0X25. 2m （長義寬義高）。1. 2水文地質條件廠房圍巖為茅山組中段灰紫青灰色中厚層巖屑砂巖夾泥質粉砂巖，泥質粉 砂巖含量為1223%,鉆孔揭露，頂拱以上（高程7537m）分布約10層的軟 弱夾層，單層厚度一般在0.20.9m ,廠房部位（高程37-15m）共分布約7

2、10層的軟弱夾層。巖體大多呈微風化，受F220斷層影響，南端墻及頂拱巖體呈弱風化。廠房部位斷裂構造發(fā)育，規(guī)模較大的斷層有F204、F220等，其中，F(xiàn)204斷 層分布于廠房北端，產(chǎn)狀為N6075 W, SWN4555：寬度515m,距廠房 北端墻最小距離約4.78.7m； F220斷層分布于廠房南端，產(chǎn)狀為N7055 W, SWN4558 ,寬度1.75m,距廠房南端墻最小距離約19.3m；斷層帶內均發(fā)育 破碎巖、糜棱巖、斷層泥及碎塊巖等，兩斷層水平距離為210250m。除此，尚 發(fā)育一些小斷層（f88、f89、f86、f87等）。廠房南端墻及其頂拱圍巖以W類為主，局部為V類，北端墻及其頂拱圍

3、巖為 III類，邊墻圍巖那么以III類為主。二、地下廠房高邊墻開挖施工的原那么1、根據(jù)圍巖穩(wěn)定、交通運輸及支護方式等條件合理選擇開挖程序、開挖方法、鉆爆 參數(shù)，圍巖穩(wěn)定是選擇施工方法的前題；2、采取控制爆破技術，減少對巖墻的擾動，開挖后及時進行噴錨支護，使圍巖與支 護形成平衡狀態(tài)，以控制圍巖變形，防止圍巖松馳范圍的延伸開展，保證巖墻的穩(wěn)定。 3、地下廠房由洞室群組成，施工中必須考慮與廠房交叉口的洞室狀況，保持交叉口 處巖體的穩(wěn)定，在廠房交叉口處施工時，要先對交叉口進行加固，再開挖交叉洞室的 下部或其延伸段落。4、與廠房平行布置的主變室、尾閘室等地下建筑物，當洞室間距離較小時，應考慮 相鄰洞開挖

4、對廠房邊墻穩(wěn)定的影響，應先加固巖墻再下挖。5、當巖墻內存在軟弱結構面及不良地質段時，在圍巖應力的作用下，易產(chǎn)生沿軟弱 結構面滑動及塌方事故，因此需采取預應力錨索、錨桿、混凝土置換等加固措施，以 保證圍巖的穩(wěn)定。6、地下廠房開挖工程量大，技術復雜，是控制總工期的關鍵，在保證施工平安與圍 巖穩(wěn)定的前提下，盡可能利用各種通道，開辟較多工作面施工，以加快施工進度。7、自上而下分層施工，頂拱開挖支護結束后開挖中下部，中下部開挖采用中厚層梯 段微差爆破，按照新奧法施工，及時完成錨索、錨桿、噴混凝土、排水孔等多項施工 工作，縮短圍巖暴露時間。8、加強圍巖觀測，利用觀測數(shù)據(jù)指導施工，從而到達既保持圍巖穩(wěn)定，又

5、節(jié)約支護 造價的效果。三、地下廠房高邊墻開挖施工的控制要點根據(jù)江蘇宜興抽水蓄能的“確保達標投產(chǎn)、爭創(chuàng)精品工程”的要求，重 要分部工程優(yōu)良率為100%,為到達這一要求，需對地下廠房高邊墻開挖進行質量控 制；同時地下廠房高邊墻開挖也是C2標2005年樣板工程之一，對施工質量和施工 管理水平要求非常嚴格，再者由于廠房地質條件差，需對開挖進行嚴格的控制，方能 保證施工平安及質量。地下廠房高邊墻開挖施工控制的關鍵是開挖程序與開挖方法的選擇；支護方式與 支護時機的選擇；爆破參數(shù)的選擇；交叉口段的施工；軟弱結構面或不良地質段的處 理。選擇開挖程序與方法時應減少對圍巖的破壞；支護方法與支護時機與圍巖自穩(wěn)定 時

6、間有關，自穩(wěn)定時間較長，支護可在開挖后進行，采取一循環(huán)一錨噴，自穩(wěn)時間較 短，出渣后及時進行支護，自穩(wěn)時間很短時，爆破后先噴射碎，出渣后再按設計要求 完成支護；爆破參數(shù)的選擇應確保已挖洞段圍巖的穩(wěn)定和支護設施的平安；交叉口處 施工時，要采取措施保持交叉口段圍巖的穩(wěn)定，要先對交叉口進行加固，再開挖交叉 洞室的下部或其延伸段落；處理軟弱結構面或不良地質段時，需采取混凝土置換、預 應力錨索、錨桿等加固措施，以保證圍巖的穩(wěn)定。四、主要施工方法4.1、開挖分層主副廠房及安裝間的開挖根據(jù)施工通道、地質條件及開挖施工機械設備的性 能進行分層。主廠房由上至下共分VII層，I層開挖高度為9.90m (V37.0

7、0-V 27.10)、n層的開挖高度為8. 35m (V27. 1075)、IH層開挖高度為6. 75m (V18.75-V12.00). IV層開挖高度為 6. 7m (VIZ. 00 V5. 30)、V 層開挖高 度為 7. 3m ( V5. 30 V-2. 00) VI層的開挖高度為 6.5m (-2. 00歹-8. 5)、 VII層的開挖高度為6. 90m (-8.5T5. 40)；副廠房分IV層施工，安裝間分III 層施工，其分層高度與主廠房基本相同。開挖分層具體見下列圖：廠房橫斷面開挖分層示意圖4. 2、施工通道廠房頂拱及第二層開挖由廠頂施工支洞進入，廠房第三、四層由進廠交通洞 進

8、入，廠房第五層施工由3#施工支洞進入，廠房第六、七層由尾水支管進入。 4.3、開挖方法的選擇從高程271米到尾水管底板高程-15.4米，廠房高邊墻分為六層開挖，每一層開 挖中，采用垂直預裂爆破和光面爆破相結合的方法,鉆孔設備選用液壓鉆機和手風鉆, 實踐證明，采用預爆破和光面爆破對廠房上下游開挖邊線的控制使開挖質量明顯提 高，各類圍巖半孔率及平整度均達規(guī)范要求。廠房第二、三、四層開挖均分兩局部完成，即中間局部開挖和上下游邊墻保護層 開挖，上下游邊墻保護層和中間段周邊全部采用光面爆破和預裂爆破，以減小對邊墻 的擾動，上下游邊墻保護層開挖滯后于中間段20M,以利組織平行作業(yè)。施工順序 為：鉆周邊預裂

9、孔一預裂爆破一鉆中間爆破孔一梯段爆破一出渣一上下游保護層鉆爆 一出渣一初噴砂一鉆錨桿孔一安裝錨桿一系統(tǒng)噴碎。廠房第五層開挖時，廠房邊墻已高達21.8m,為減少爆破開挖廠房邊墻的擠壓破 壞，適時改變了開挖方法，有力地保證了高邊墻的穩(wěn)定。廠房第五、六、七層開挖分 上、下游兩局部施工，先進行上游側開挖支護，開挖一塊支護一塊，上游側支護結束 后，再進行下游側開挖支護，同樣開挖一段支護一段。施工順序為：鉆上游側周邊預 裂孔一預裂爆破一鉆中間爆破孔一梯段爆破一出渣一上游保護層鉆爆一初噴碎一出 渣一鉆錨桿孔一安裝錨桿一系統(tǒng)噴碎一鉆下游側周邊預裂孔一預裂爆破一鉆中間爆 破孔一梯段爆破f出渣f下游保護層鉆爆一初

10、噴碎f出渣f鉆錨桿孔f安裝錨桿一 系統(tǒng)噴碎。為了保證高邊墻開挖的施工平安，根據(jù)宜興工程的地質條件，采取如下針對性措 施，有力地保證廠房高邊墻施工的平安及質量。開挖過程中加強了圍巖觀測，及時根 據(jù)觀測數(shù)據(jù)調整施工方法，如停止開挖，全力進行支護施工，待圍巖穩(wěn)定后再進行下 一步開挖；改變施工方法，由中部拉槽先行，保護層滯后的開挖方法改為分上、下游 兩局部施工，先進行上游側開挖支護，開挖一塊支護一塊，上游側支護結束后，再進 行下游側開挖支護；施工中做好現(xiàn)場組織，保證充足的人員及設備投入廠房支護施工, 同時做好多臂鉆、噴射手及注漿機的維護保養(yǎng)，保持設備完好率，開挖一段后及時支 護一段，不允許出現(xiàn)圍巖暴露

11、時間過長的現(xiàn)象。實踐證明，宜興工程地下廠房高邊墻的開挖方法滿足了高邊墻穩(wěn)定的要求，從而 有力地保證了廠房的施工平安及總進度要求。4.4、支護方式、支護時機及支護方法的選擇根據(jù)新奧法理論，巖體作為一種連續(xù)介質，具有彈性、塑性的物理性質，利用洞 室開挖后由于圍巖應力重分布產(chǎn)生的變形到松動破壞具有一個時間效應的動態(tài)特征， 適時的采用柔性噴錨支護結構，與圍巖密結合起來共同工作，從而充分調動并利用天 然圍巖的自身承載能力，以到達圍巖穩(wěn)定的目的。鑒于噴混凝土和錨桿支護能及時加 固圍巖，能有效地控制隨時間增大的圍巖松馳范圍的特點，結合宜興工程地質條件差 的特點，宜興工程地下廠房高邊墻的支護采用了柔性錨噴支護

12、與預應力錨桿、預應力 錨索相結合的支護方式，錨桿采用中32義，=1.5mX3m, L=10.1m錨桿和32 X =1.5mX3m, L=6.1m錨桿，兩種錨桿間隔布置；噴混凝土采用噴鋼纖維混凝土 CF3O,厚 15 cm；預應力錨桿為323m , L=12m, T=3OOKN,布置在 EL26.95 m、 EL23.95m、EL20.1m高程上；預應力錨索鎖定荷載85OKN,分為無粘結和有粘 結兩種形式，長度L=40.6m,設置在廠房與主變室間巖墻高程25.653m、EL20.653m 高程上。特殊地段如F15斷層出露地段，采取加強支護措施，沿斷層增打鎖邊錨桿，并增 設預應力錨桿，同時對斷層進

13、行混凝土置換處理，以保證圍巖的穩(wěn)定。對于需要支護的巖體，支護時間要及時，特別是HIV圍巖，如果能及時 加固圍巖，那么可防止圍巖的變形和松馳范圍的開展。以往工程實例證明，在基 本穩(wěn)定和穩(wěn)定性較差的圍巖洞室施工中，往往由于忽視了及時支護，結果導致 不應發(fā)生的塌方事故。針對宜興工程地下廠房高邊墻圍巖主要以穩(wěn)定性較差的HI 類圍巖為主的特點，開挖后及時進行錨噴支護，采取一循環(huán)一錨噴，穩(wěn)步前進的方法, 對于F15斷層出露部位及廠房第五、六、七層開挖，采取爆破后先噴射混凝土封閉巖 面，出渣后再按設計要求完成支護的方法。由于圍巖本身是一種很難用定量方法準確 描述的物質，因此開挖過程中對圍巖實行系統(tǒng)的監(jiān)測，并

14、對監(jiān)測結果進行分析計算， 正確估計圍巖特性及其隨時間的變化，并確定是否需要采取補強支護等措施。支護采取機械化施工方法，以保證支護的及時性，盡量減少圍巖暴露時間， 系統(tǒng)錨桿采用H353E液壓三臂鉆機鉆孔，MZ-1注漿機注漿，液壓平臺車做為工 作平臺，人工安裝錨桿；噴碎采用“ALIVA”聯(lián)合噴射機和機械手噴射，為保證 噴碎質量，噴嘴距巖石面1.0m左右，并盡量與巖面保持垂直，在巖石上均勻往復 噴射；錨索施工采用QZJ-100B型潛孔鉆鉆孔、人工編索、10T倒鏈配合人工送索、 泥漿泵注漿，千斤頂張拉的方法施工；預應力錨桿采取H353E液壓三臂鉆機鉆孔, 液壓平臺車做為工作平臺，人工安裝錨桿，千斤頂張

15、拉，泥漿泵注漿的方法施工。 4.5爆破參數(shù)的選擇爆破參數(shù)的選擇根據(jù)以下原那么進行：(1)確保已挖洞段圍巖的穩(wěn)定和支護設施的平安，對于圍巖的穩(wěn)定和支護設施 的平安其質點振動速度控制在10 cm/s以內。(2)應保證相鄰部位混凝土不受混凝土爆破振動的破壞，相鄰部位混凝土澆筑 3天內質點高峰振速不大于1 cm/s, 37天不大于2 cm/s, 728天不大于5 cm/s, 28 天齡期后不大于7 cm/s,Q(3)其最大單響藥量按公式V=K (Q1/3/R)計算，再經(jīng)爆破振動測試結果加以 調整。、爆破振動效應試驗在廠房第一層開挖結束后委托華東甚勘測設計院工程檢測研究中心進行了爆破 振動效應試驗，根據(jù)

16、線性埋設的多個測點的質點振動速度，推算出巖體的K和a值, 確定適用于施工場地地形地質、巖體特性和爆破條件的爆振動參數(shù)傳播規(guī)律的經(jīng)驗公 式，用來進行爆破振動速度估算和爆破控制。根據(jù)實測數(shù)據(jù)分析計算，建議K選用 49.91, a 選用 1.698。4. 5. 2爆破振動測試爆破振動測試的目的是通過對爆破敏感構件或重要保護部位的質點振動速度的 監(jiān)測，評價爆破對重要構物的影響程度，根據(jù)有關規(guī)范、規(guī)程判斷它們的平安性，為 調整爆破參數(shù)和控制爆破規(guī)模提供依據(jù),并指導后續(xù)的爆破施工。453、開挖爆破參數(shù)的選擇爆破參數(shù)的選擇時先根據(jù)質點振動速度公式V=K (Q7R) 計算出允許最大單 響藥量，并根據(jù)最大單響藥

17、量來確定爆破規(guī)模，即鉆孔深度、單孔藥量、鉆孔數(shù)量、 同時起爆炮孔數(shù)等參數(shù)，同時對重要部位進行爆破振動測試，并根據(jù)爆破振動測試結 果及時調整爆破數(shù)及施工方法。下面以廠房第四層開挖為例說明爆破參數(shù)的選擇過 程。廠房四層開挖長度117.2m (包括副廠房)，寬度22.0m,開挖工程量約為14697m3。其中間部位原方案采用液壓鉆鉆孔，梯段開挖，周邊光面爆破的方法。廠房第四層梯段爆破原設計參數(shù)表孔深孔徑孔距排距底部裝藥柱狀裝藥總裝藥量堵塞長度單響藥量高度裝藥量高度裝藥量LdabhpQphbQbQLoQ(m)(mm)(m)(m)(m)(Kg)(m)(Kg)Kg)(m)(Kg)6.7642.5226351

18、12.222由于第四層開挖時巖錨梁混凝土澆筑完畢不久，為保護已澆筑的巖錨梁混凝 土不受爆破振動的破壞，正式開挖前在副廠房進行了爆破振動測試，根據(jù)爆破振 動測試結果并進行了反算，我們將K值調整為100, a調整為1.8。并根據(jù)調整后K、a值調整了施工方法及爆破參數(shù)，原方案采用液壓鉆鉆孔，中 部進行梯段爆破，為保護巖錨梁混凝土，改用手風鉆鉆水平孔進行爆破的方法，以控 制爆破規(guī)模和單響藥量，最大單響藥量按7天后巖錨梁外表質點振動速度不大于5 cm/S和已開挖部位圍巖外表質點振動速度不大于10 cm/S控制。調整后的爆破參數(shù)見下表：廠房第四層調整后爆破參數(shù)表孔 號鉆孔 名稱鉆孔參數(shù)裝藥參數(shù)孔徑 (mm

19、)孔深(cm)孔距(cm)線裝藥密 度(g/m)單孔藥量 (Kg)單響藥 量(Kg)1崩落4220010050016采用最大單響藥量Q=6Kg,根據(jù)公式V=K (QL3/R)。計算得巖錨梁外表質點速度 V=3.6cm/S,已開挖部位圍巖外表質點振動速度V=3. 9 cm/S滿足要求，同時對調整后 的爆破參數(shù)再次進行了爆破振動測試，測試結果說明爆破參數(shù)滿足要求，可用于廠房 第四層的正式開挖。交叉口段施工地下廠房由洞室群組成，廠房下部有引水高壓管道及尾水支管穿插，中部有 母線廊道穿插，交叉口處圍巖應力復雜，交叉口應力影響區(qū)域內在爆破振動的影響 下有可能會出現(xiàn)巖石掉落、塌方等情況，進而影響廠房高邊墻

20、的穩(wěn)定，因此采取措施 保證交叉口處的圍巖穩(wěn)定是廠房高邊墻施工的關鍵之一。交叉口段施工按短進尺、多循環(huán)、弱爆破的原那么進行，采用控制爆破技術和分 部開挖的施工方法，控制最大單響藥量，減少爆破振動對圍巖的破壞，其支護緊跟開 挖作業(yè)面。岔口起始段的掘進，采取鎖口錨桿加強支護和光面爆破控制爆破技 術，采用導洞先行，擴挖跟進的施工方法，并按照短進尺、多循環(huán)、弱爆破、強 支護的原那么進行開挖，以減少最大單響藥量，減小爆破振動對圍巖的破壞，以免巖 體失穩(wěn)、震裂、松動和塌方。根據(jù)交岔部位的地質情況及施工方法，對巖石較差的洞段（母線洞與廠房 交叉口段）采取錨噴支護和鋼格柵支撐的柔性、剛性支護相結合的方式，并在

21、其開挖支護結束后及時進行二次混凝土襯砌，確保了交岔部位洞室的穩(wěn)定。 4.7、不良地質段的處理根據(jù)廠房開挖揭示的地質情況，F(xiàn)15斷層在廠房下游廠右0+720+080段 出露，屬WV類，碎裂松散結構，圍巖自穩(wěn)能力差，易發(fā)生塌方事故，為 保證邊墻的穩(wěn)定，需對該段進行加固置換處理。首先在斷層F15開挖范圍周邊進行622 100 cm, L=250 cm錨桿鎖口，接 著開挖清理斷層范圍內碎裂、松散結構物，自上而下開挖，開挖范圍為廠右 0+74.20+82,高度范圍內為高程16.524m,要求北端超出斷層1m,南端超 出斷層2m,置換混凝土底部厚度不小于50 cm,置換混凝土中部厚度不小于150 cm ,斷層部位可適當向內挖深100 cm ,開挖采取放小炮松動爆破，周邊預裂爆 破的方法，斷層部位采用人工挖除的方法。開挖后噴CF2510 cm厚鋼纖維