中部环形螺旋形开挖支护施工方法优化

4.1　上部双环螺旋开挖支护施工

尾水调压室交通洞底板距穹顶高程约21m，布置两条施工支洞至尾水调压室1678m高程，分别作为两个尾水调压室穹顶施工支洞，把尾水调压室分为第一、第二层施工。

（1）第一层施工。

1）导洞开挖支护。首先用施工支洞向尾水调压室方向延伸开挖，宽度不断加到8～10m，便于多臂台车进行施工与回车，高度以尾水调压室永久开挖面打开为标准，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，沿环向开挖第一环，分单元开挖，开挖后及时完成浅层一次支护，对于应力调整强烈时完成二次浅层锚杆支护后再进行下一单元施工。第一环开挖时，与第二环交接部位易出现掉块现象，临边过高，必要时采用树脂锚杆和喷混凝土进行临时支护处理，以保证施工安全。

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，完成后进行第二环的环向单元开挖，开挖后同样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的水平孔爆破施工工艺。

第一层施工示意见图3。

（2）第二层施工。第二层施工以尾水调压室交通洞作为切入口，先开挖中部导槽，再沿环向先开挖外围，外围保护层厚度不小于3 m。外围事先从第一层进行预裂爆破，当外围施工出现永久开挖面后及时进行浅表层一次支护，全面二次开挖完成后再同时进行浅层二次支护和深层锚索支护。

图3　第一层施工示意图

4.2　中部环形螺旋形开挖支护施工

中部施工主要指从尾水调压室交通洞以下到高程1632m贯通前部分的施工。此段采用环形螺旋形坡道开挖，进入现场的主要设备有一台反向挖掘机（作为清渣与辅助性起重设备使用）、浅层支护设备、深层支护设备，这些设备都随开挖留在井中，开挖结束时从下部通道撤退。

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，形成安全的立体施工系统。

分层施工各道支护工序严格按照最佳支护时间组合来完成。

（1）开挖溜渣井。溜渣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井中，并从下部出渣，采用两环环向水平孔施工的施工方法，以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%以上的石渣进入溜渣井中下到底部，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。为了便于支护以及便于设备在井内自由运动到各个位置，内、外环都采用螺旋形开挖方法。

螺旋形是开挖层的本层前缘和本层尾部形成4～5m的台阶，这个台阶就是一个开挖层厚，展开图就是一个坡道，坡度为4%～5%，上部断面大为小值，下部断面小为大值。

在这个展开的坡道中，可以看为一个小洞室，先后把开挖、出渣、下层预裂、锚杆造孔、锚杆注装、挂网、喷混凝土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8 m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，只是控制爆破装药量和爆破时的防护工作量较大一些。设备从尾水调压室交通洞进入后，随开挖下降，最后从下部贯通口撤出就可不用设备起吊系统。

环形螺旋形施工程序示意见图4。

图4　中部环形螺旋形施工程序示意图

4.3　下部从小到大分层区贯通施工

下部施工是高程1632m以下贯通前部分的施工，施工分为三层半。

（1）前期导洞开挖支护施工。前期导洞是作为尾水连接洞的施工通道，在尾水调压室分为三岔，分别进入各个连接洞；采用中导洞的形式进入，在尾水洞边、三个连接洞相接的尾水调压室内需要加强支护，以保护各个岔洞扩大到永久结构时，可能会产生区域应力集中，发生不良反应，引起安全事故，其他洞段采用锚喷支护，以锚杆不进入到尾水调压室的永久结构断面内为原则，锚杆深度不小于4m；开挖采用先中间后左边，最后右边的分序开挖方式，开挖后及时完成支护。

（2）贯通施工的前提条件。贯通施工是应力集中释放的区域，在之前的二滩水电站厂房下部贯通施工中，由于一次贯通应力释放过于集中，对厂房下部边墙造成了位移，对锚索造成了很大损伤。因此在这一层施工中，一要控制贯通前这一层的层厚，二要分区分段贯通，三要处理好分区贯通与后续施工间的关系。

主要贯通施工的前提条件如下：

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。(www.xing528.com)

2）三个尾水连接洞的洞口支护完成，锁口混凝土浇筑完成，并达到28 d龄期，主要依靠混凝土与支护体复合支护，承载贯通应力，防止对挖空率高的连接洞洞口造成破坏。

3）贯通室以上一层的浅层支护与表层支护完成。

4）对尾水连接洞侧的混凝土进行防护，防止损伤混凝土与止水。

5）下部原有空腔的体积与贯通爆破量相一致，贯通后填满空腔，起到一定的保护作用。

6）贯通前所有安全监测设施安全运行，并有贯通前数据。

7）上部平台的加固措施到位，防止贯通引发的次生影响。

（3）贯通层开挖支护施工。贯通施工程序如下：

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）。

4）各个支撑岩柱从下游向上游依次开挖（Ⅵ、Ⅶ、Ⅸ）。

5）依次从下游向上游完成浅层一次支护与浅层二次支护。

贯通施工前，事先在调压室边线造孔并进行预裂爆破以减少对边墙的振动影响。

（4）贯通后下部开挖支护施工。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；采用垂直预裂爆破后，采取水平向手风钻分区爆破的施工方法进行施工。下部贯通开挖支护程序与方法示意见图5。

图5　下部贯通开挖支护程序与方法示意图

4.4　栈桥施工平台与交通系统

（1）栈桥结构。在井壁是形成悬臂式的栈桥，桥面宽度2m，主体结构为三角支架，焊接在锚杆上，形成桥面板与栏杆。此环向平台设置依据锚索的层高布置，布置在锚索中心下方1.5m处。分层栈桥间采用楼梯连接，人员可以从井口下到每一层。

（2）栈桥上的工作内容。锚索施工、监测施工与监测检查、环形锚梁混凝土施工、岩体加强灌浆，后期加强支护、人员与设备通道。

（3）材料供应与设备转运。钢筋、木材、模板采用顶部设置的电动葫芦吊车，通过3#、4#施工支洞进入井内各层，再用人工或手推车在同层运输。混凝土、喷锚料及砂石料采用在4#支洞、尾水调压室交通洞口设置溜管系统运输到各层与井底，材料运输到井口后通过溜管溜到指定层，手推车拉料到指定位置使用。设备采用上下层栈桥，临时加固后，采用小型起吊机具上下转运。锚索采用分层编索、分层下索的方式进行。

4.5　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。根据开挖爆破时的爆破设计、各个部位的岩层产状和岩石条件以及爆破形成的渣料粒径情况，动态调整各部位的爆破布孔参数和装药量。

4.6　上下同步作业安全控制措施

（1）采用密孔距、少药量、松动爆破控制措施，主要的孔排距比正常的小，主要代表性孔排距为@1.0m×1.2m。

（2）采取分层布设安全网、加绿网的防护体系，分层高度为4.5m。

（3）对爆破区进行防护网覆盖、压重的方式进行处理，对支护施工区进行防护，对上部及同层采用竹条板进行全井外侧防护。

4.7　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。