大型调压室螺旋形立体开挖支护施工新技术
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[摘 要]锦屏一级水电站尾水调压室为圆筒阻抗式调压室，最大直径41m，高80.5m，处于高地应力、低抗压强度地区，开挖支护工程量大，工期非常紧张，支护及时性要求高，为达到这一要求，采用了分部、分层、分区开挖方法，环形螺旋形开挖支护方法，立体交a叉施工方法，有效在解决了场地小、工序多，工序间搭接要求高等众多问题，是一种全新的施工创新技术，这种施工技术解决了高地应力区快速施工的若干施工问题，供工程技术人员参考。
中图分类号：P618.13 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0070-01
1 工程概况
1.1 工程概述
锦屏一级水电站尾水调压室采用“三机一室一洞”布置型式，共布置两个尾调室。两调压室中心间距95.10m。1#调压室上、下室开挖直径分别为41.0m、38.0m，高80.5m，调压室顶部高程为EL1689m；2#调压室上、下室开挖直径分别为37.0m、35.0m，高79.5m，调压室顶部高程为EL1688m。
主要支护参数：Φ32，L=9m锚杆和Φ32，L=6m普通砂浆锚杆，间排距1.0m×1.0m，交错布置。断层和煌斑岩脉部位采用Φ32，L=12m锚杆和Φ32，L=9m普通砂浆锚杆，间排距1.0m×1.0m，交错布置。系统布置锚索，锚索间排距为4.0m×4.5m，锚索锚固力为1000KN、1750KN、2000KN，端头锚索长度为20～56m，对穿锚索长度为58～75m。挂钢筋网φ8@20cm，喷C25混凝土，厚15cm。环形钢筋混凝土连续梁把与锚索形成锚拉结构，每层锚索间水平环向布置。
1.2 工程地质条件
1#尾水调压室顶部围岩主要由第3层大理岩组成，顶部为f14断层及煌斑岩脉，主要发育第①、②组裂隙，零星发育第④组裂隙。洞室顶拱f14断层及其影响带岩体破碎，风化强烈，影响带内裂面强烈锈染，围岩不稳定。
中下部围岩由第2层大理岩夹绿片岩组成，岩体多呈薄～中厚层状结构，围岩类别以Ⅲ2为主。煌斑岩脉从顶拱及边墙通过，岩脉产状 N40～70°E，SE∠55～70°，厚1.5～3m，呈次块～镶嵌结构，围岩类别为Ⅳ类。
2 施工方法
2.1 上部双环螺旋开挖支护施工
1）第一层施工
① 导洞开挖支护
首先用施工支洞向尾调方向沿伸开挖，宽度不断加到8～10m，便于多臂台车进行施工与回车，高度以尾调永久开挖面打开，导洞底板同样抬高，完成导洞开挖与支护。
② 第一环开挖支护
导洞支护完成后，导洞底板降为平底，并改造支洞施工平台车，临时加高到与开挖面高度相当后，延环向开挖第一环，分单元开挖，开挖后及时完成浅层一次支护，对于应力调整强裂时完成二次浅层锚杆支护后再进行下一单元施工。
③ 第二环开挖支护
第一环完成后，进行浅层二次未完成部分的施工，并根据第二环的高度与台车支护高度要求，进行第二次降底板，降完成后，进行第二环的环向单元开挖，同样开挖后及时完成浅表层一次支护。
④ 深层支护与表层二次支护
第一层开挖与浅层支护完成后，开始设置脚手架进行锚索施工与挂网施工，完成后排架拆除进行复喷支护。
⑤ 施工工艺
锚喷施工工艺为常规的机械化支护施工工艺，采用喷车湿喷工艺。
开挖工艺采用手风钻加平台车，水平孔爆破施工工艺。
2）第二层施工
第二层施工以尾调交通洞作为切入口，先开挖中部导槽，再沿环向先开挖处围，保护层厚度不小于3m，事先从一层进行预裂爆破，当施工出现永久开挖面后及时进行浅表层一次支护，全面二开挖完成后再同时采区进行浅层二次支护和深层锚索支护。
2.2 中部的环形螺旋开挖支护施工
开挖分层向下，浅层支护分层同步完成；锚索、锚梁、加强支护、动态施工内容、灌浆内容、安全监测等工作在滞后于开挖面的分层栈桥平台上分层有序开展，形成了安全的立体施工系统。
1）开挖溜渣井
溜渣井分为中导井，采用反井钻机开挖导井，再采用反井吊篮法射线形造孔扩大到4～6m。
2）环形分环开挖
为了便于开挖后的石渣进入溜渣导井中，从下部出渣，采用两环环向水平孔施工的施工方法，采用简易小平台作为施工平台，开挖平台高度4～5m。两环同时同步施工，内环超前一层，外环滞后内环一层，形成台阶形漏斗，在爆破时65%以上的石渣进入溜井中下到底部。35%的石渣采用挖掘机清理后进入井中。
3）同层环形螺旋形开挖支护
螺旋形是一个开挖层的本层前缘本层尾部，形成4～5m的台阶，这个台阶展开图就是一个坡道，在这个展开的坡道中，先后把开挖、出渣、下层预裂、锚杆造孔，锚杆注装、挂网、喷砼在这个坡道上依次排队，形成一个流水作业。由于出渣方向在井中心，坡道宽度为8m左右，所以交通、排架、设备转运在这个空间里完全可以自由运行。
2.3 下部从小到大分层区贯通施工
1）导洞开挖支护施工
采用中导洞的形式进入，在尾水洞边、三个连接洞相接的尾调内需要加强支护，以保护各个岔洞扩大到永久结构时，区域应力集中产生不良反应引起安全事故，其它洞段采用锚喷支护，锚杆不进入到尾调的永久结构断面内为原则，锚杆深度不少于4m。
2）贯通施工的前提条件
这一层施工中，一方面控制贯通前这一层的层厚，另一方面是贯通要分区分段贯通，第三方面是分区贯通与后续施工间的关系要处理好。
主要贯通施工的前提条件有：
① 尾水洞侧的系统支护完成，加强支护锁口完成，形成一个约束拱。
② 三个尾水连接洞的洞口支护完成，锁口砼浇筑完成，并达到28天龄期，主要依靠砼与支护体复合支护，承载贯通应力，防止对挖空率高的连接洞洞口破坏。
③ 贯通室以上一层的浅层支护与表层支护完成。
④ 对尾水连接洞侧的砼进行防护，防止损伤砼与止水。
3）贯通层开挖支护施工
① 采用下游中部导井扩大贯通（Ⅰ）。
② 尾水洞方向导洞上方贯通，与中部形成通道后，设备撤出，对尾水洞洞脸进行锁口处理（Ⅱ）。
③ 上游三个岔口导洞上方依次贯通、支护完成（Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）。
贯通后调压室只有几个岩柱，为了提供较大的场地作为支护设备运行空间，先开挖下部两侧岩柱，再开挖上游两个岩柱。
2.4 石料粒径的控制措施
开挖时增加爆破孔数量，减小爆破孔排距，进行石渣块度控制，原则上控制块径不大于1.5m。
2.5 f14、f18断层及煌斑岩脉段开挖支护措施
在开挖过程中，若出现断层或煌斑岩脉段时，开挖应遵循“分层分部、短进尺、多循环、弱爆破、强支护、勤观测”的原则进行施工，局部可采用光面爆破。尽量减少对围岩的扰动，开挖后应立即进行喷混凝土封闭。
3 结束语
锦屏一级水电站尾水调压室的施工中，总结了锦屏一级地下厂房开挖支护的经验与施工技术，结合尾水调压室的结构与地质特点，创新使用了螺旋形立体开挖支护施工新技术，有效地解决了施工工期不足、开挖支护量大、施工干扰突出的难点，实现了高地应力条件下分层分区小规模开挖应力控制性释放的意图，解决了开挖、一次支护、二次支护、深层支护间的最佳支护时间难题，形成了立体施工的格局，同层施工实现了流水作业，为快速安全高质量完成尾调室提供了条件。