大型地下洞室群开挖爆破施工

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1、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398．9m，宽30．7m，高77．3m，石方开挖量636379m3；主变室长408．8m，宽19．8m，高34．05m，石方开挖量181555m3；尾水调压

2、井(含井间连接洞)长345．32m，宽25．15m，高81．21m，石方开挖量503097m3。主厂房与主变室相距41．75m，有12条母线洞、连接洞、通风洞相连；主变室与调压井相距26．60m，有9条连接洞相连；包括引水洞、尾水洞、通风洞、排风竖井、排水洞、施工支洞等，在不到0．5km2。的范围内，共有113条洞室纵横相贯，形成一个庞大而复杂的洞室群。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

3、、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27．5km，形成一个上下重叠、纵横交错的地下洞室群，且各洞室形状及大小各异。(2)交叉洞室多，与主副厂房交叉的洞室共有46个(上游

4、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77．3m，而主厂房与主变室距离为41．75m，这块岩体又被较大断面的母线平洞及竖井所削弱，尾水支洞间距12～18m，最薄处相当于洞径的0．8倍。主变室与调压井相距26．6m。(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

5、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8．9m，开挖断面258．3m2，分两部分进行，第一步开挖两侧边顶部位，侧导洞开挖断面为2m×64．4m，两侧超前开挖平行交错施工，掌子面相距30m以上，确保施工和工程安全，采用三臂液压台车钻孔，孔径50mm，孔深4．Om，大空孔直孔掏槽，开挖轮廓面光面爆破；第二步中间岩石柱开挖，开挖断面129．5m2，开始采用全断面开挖，由于断面较

6、大，跨度有14．7m，顶拱矢高较小约1．5m，加上围岩为缓倾角层状岩体，两侧开挖结束后围岩应力进行了重新分布，光面爆破产生的开挖轮廓面成型差，后来采取以下方法：(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2．5m以内；(3)调整光面爆破参数，孔间距控制在50cm以内，K值取0．75，线装药密度100～120g／m；(4)在：Ⅲ2、Ⅳ类围岩地段增加了导向孔，孔距25cm，间孔装药；(5)支护及时跟进，Ⅱ、Ⅲ类围岩支护滞后15m，Ⅳ类围岩喷锚支护跟进掌子面。采取以上方法后，厂房顶拱开挖成型良好。3.2Ⅱ～Ⅳ层开挖厂

7、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4m和8m，8m保护层又作为上层支护施工通道，较薄一侧的保护层先挖除，支护结束后再进行较厚一侧保护层开挖支护，防止两侧同时卸荷引起高边墙的大位移，确保高边墙的稳定，在厂房下卧过程中充分运用“新奥法”原理，并真正做到“平面多工序，立体多层次”，实现地下厂房快速施工。Ⅸ层坑挖，先从尾水扩散段开挖进人厂房Ⅶ～Ⅸ层形成中导洞，然后在Ⅶ层打导井与之贯通，逐步扩井，采用手风钻钻孔爆破开挖，从尾水

8、扩散段出渣、垫坡进行Ⅶ～Ⅸ层台阶爆破开