地下厂房与岩壁吊车梁的开挖施工方案优化

3.3.3.1 地下厂房开挖分层

（1）施工程序：

1）开挖分层。呼蓄电站厂房开挖分Ⅶ层，根据工程特点和同类工程施工经验，结合厂房结构及施工通道布置，由上至下分别为：Ⅰ层开挖高度为10.0m，高程1319.00～1309.00m；Ⅱ层开挖高度为8.0m，高程1309.00～1301.00m；Ⅲ层开挖高度为6.0m，高程1301.00～1295.00m；Ⅳ层开挖高度为6.6m，高程1295.00～1288.40m；Ⅴ层开挖高度为6.9m，高程1288.40～1281.50m；Ⅵ层开挖高度为6.5m，高程1281.50～1275.00m；Ⅶ层开挖高度为6.0m，高程1275.00～1268.00m。开挖分层如图3.3.2所示。

2）开挖程序。Ⅰ层开挖采用中导洞先开挖支护完成再进行两侧扩挖，中导洞开挖尺寸为13.5m×10.0m（宽×高），中导洞顶拱开挖至设计边线，Ⅰ层出渣采用通风洞和1号通风支洞出渣。Ⅰ层开挖和交通洞余段同步实施，为Ⅱ层中部梯段爆破和出渣布置临空面和通道准备。

Ⅱ层为岩壁吊车梁布置层，为了岩壁吊车梁岩台开挖质量受控。Ⅱ层开挖采用中部梯段爆破，上下游两侧预留4.25m保护层实施光面爆破。梯段爆破时，首先将Ⅱ层与交通洞厂房内延伸段开挖贯通，并利用爆破洞渣形成交通洞至Ⅱ层底高程的斜坡道进行Ⅱ层开挖施工。Ⅱ层爆破石渣从交通洞运出。

在岩壁吊车梁混凝土浇筑前，完成Ⅲ层中部梯段爆破，但不出渣，在岩壁吊车梁混凝土浇筑完成待强期间进行出渣；石渣从交通洞运出。

图3.3.3　主副厂房、安装场、通风机室开挖支护施工流程

1）Ⅰ层开挖（高程1319.00～1309.00m）：

a.开挖方法。Ⅰ层开挖由厂左向厂右方向开挖，将已贯通导洞顶拱扩挖至设计边线，采用手风钻水平钻孔，设计开挖边线光面爆破。中部开挖完成后进行Ⅰb1区的开挖施工，Ⅰb1区的开挖侧边墙及顶拱预留距设计边线2.5m的保护层，该区开挖1～2循环后进行Ⅰb2区（即Ⅰb1区保护层）开挖施工；Ⅰc1区施工滞后Ⅰb2区10m以上进行，Ⅰc2区滞后Ⅰc1区1～2循环进行施工，开挖施工均采用手风钻光面爆破，单工作面正常循环进尺3.5m，每次爆破后采用1.0m3液压反铲进行安全处理，开挖石渣用装载机配合20t自卸汽车出渣。详见图3.3.4。

图3.3.2　地下厂房开挖分层（高程单位：m；尺寸单位：cm）

Ⅳ层、Ⅴ层开挖采用中部梯段爆破，两侧预留保护层的开挖方法，洞渣从交通洞运出。在Ⅴ层开挖前，需将厂房下层施工支洞按7.5m×6.0m断面开挖进入10m左右，Ⅴ层开挖时首先将Ⅴ层与厂房下层施工支洞厂房内延伸段挖通，并利用爆破洞渣形成厂房下层施工支洞至Ⅴ层底高程斜坡道进行出渣。

Ⅵ层开挖采用中部梯段爆破，两侧预留保护层的开挖方法，洞渣从厂房下部施工支洞出渣。

Ⅶ层从尾水施工支洞通过尾水隧洞进入施工，采用手风钻进行光面爆破开挖。副厂房和安装场底板采用预留保护层，采用手风钻水平光面爆破开挖。厂房集水井通过尾水施工支洞和尾水隧洞进入提前开挖，以减少集水井开挖占用厂房施工直线工期。

主副厂房、安装场、通风机室开挖支护施工流程如图3.3.3所示。

（2）主要施工方法。厂房开挖采用先挖顶拱并完成顶拱喷锚支护，然后逐层下挖，逐层喷锚支护的施工方法。

Ⅰ层（高程1319.00～1309.00m）先挖中导洞，然后两侧扩挖。开挖采用水平光爆施工。Ⅱ层（高程1309.00～1301.00m岩壁吊车梁层）采用两侧留保护层光爆，保护层厚度4.25m，中部梯段爆破方法施工。Ⅲ层（高程1301.00～1295.00m）两侧预留保护层，中部梯段爆破开挖方式，中部梯段爆破在岩壁吊车梁混凝土浇筑前完成。Ⅳ层、Ⅴ层、Ⅵ层（高程1295.00～1281.50m）均采用中部梯段爆破，两侧预留保护层的开挖方式；Ⅶ层（高程1275.00～1268.00m）从尾水施工支洞经尾水隧洞进入厂房，采用水平光爆开挖方式。通风机室开挖采用多臂钻进行全断面开挖。

图3.3.3　主副厂房、安装场、通风机室开挖支护施工流程

1）Ⅰ层开挖（高程1319.00～1309.00m）：

a.开挖方法。Ⅰ层开挖由厂左向厂右方向开挖，将已贯通导洞顶拱扩挖至设计边线，采用手风钻水平钻孔，设计开挖边线光面爆破。中部开挖完成后进行Ⅰb1区的开挖施工，Ⅰb1区的开挖侧边墙及顶拱预留距设计边线2.5m的保护层，该区开挖1～2循环后进行Ⅰb2区（即Ⅰb1区保护层）开挖施工；Ⅰc1区施工滞后Ⅰb2区10m以上进行，Ⅰc2区滞后Ⅰc1区1～2循环进行施工，开挖施工均采用手风钻光面爆破，单工作面正常循环进尺3.5m，每次爆破后采用1.0m3液压反铲进行安全处理，开挖石渣用装载机配合20t自卸汽车出渣。详见图3.3.4。

图3.3.4　厂房Ⅰ层Ⅰb1区及Ⅰc1区扩挖爆破炮孔布置（单位：m）

b.钻爆设计。Ⅰ层开挖施工钻爆参数根据本工程的地质条件和工程特点，结合以往类似工程的施工经验进行选定。采用手风钻钻孔，孔径42mm，选用2号抗水岩石乳化炸药、非电毫秒雷管起爆、微差爆破。每循环进尺为3.5m，并视围岩情况进行调整。

2）Ⅱ层及岩壁吊车梁开挖（高程1309.00～1301.00m）：

a.Ⅱ层施工程序。Ⅱ层高程1309.00～1301.00m首先进行中部拉槽开挖，两侧预留保护层，拉槽采用分两层开挖的方式，上层高度3.6m，下层高度4.4m。上层拉槽由厂房左端向右方向开挖113m，在开挖时为保证出渣运输，以10%的坡比向厂右方向降坡，形成出渣斜坡道以利于出渣，此时出渣采用1号通风支洞作为通道。下层拉槽时，将厂左113m部位与交通洞延长段贯通，同时将洞渣倒运至厂右39m部位向厂左方向铺垫10%的斜坡道，厂房Ⅱ层出渣具备双向施工通道，即交通洞和通风洞出渣通道均可投入使用。

b.开挖方法。Ⅱ层安排了岩壁吊车梁施工。开挖采用液压钻机施工，将Ⅱ层与交通洞在厂房内延伸洞挖贯通，并利用爆破洞渣形成至Ⅱ层底高层的斜坡道。Ⅱ层开挖洞渣从交通洞运出，斜坡段两侧保护层预留区域，在Ⅱ层及其他部位梯段爆破开挖出渣完成，且在厂房右端利用石渣形成至通风洞的斜坡道后再进行开挖。两侧边墙预留4.25m厚的保护层，中间梯段爆破区边线采用施工预裂爆破，梯段爆破跟进开挖，梯段爆破分段长度10m。厂房Ⅱ层开挖施工示意图如图3.3.5所示。

图3.3.4　厂房Ⅰ层Ⅰb1区及Ⅰc1区扩挖爆破炮孔布置（单位：m）

b.钻爆设计。Ⅰ层开挖施工钻爆参数根据本工程的地质条件和工程特点，结合以往类似工程的施工经验进行选定。采用手风钻钻孔，孔径42mm，选用2号抗水岩石乳化炸药、非电毫秒雷管起爆、微差爆破。每循环进尺为3.5m，并视围岩情况进行调整。

2）Ⅱ层及岩壁吊车梁开挖（高程1309.00～1301.00m）：

a.Ⅱ层施工程序。Ⅱ层高程1309.00～1301.00m首先进行中部拉槽开挖，两侧预留保护层，拉槽采用分两层开挖的方式，上层高度3.6m，下层高度4.4m。上层拉槽由厂房左端向右方向开挖113m，在开挖时为保证出渣运输，以10%的坡比向厂右方向降坡，形成出渣斜坡道以利于出渣，此时出渣采用1号通风支洞作为通道。下层拉槽时，将厂左113m部位与交通洞延长段贯通，同时将洞渣倒运至厂右39m部位向厂左方向铺垫10%的斜坡道，厂房Ⅱ层出渣具备双向施工通道，即交通洞和通风洞出渣通道均可投入使用。

b.开挖方法。Ⅱ层安排了岩壁吊车梁施工。开挖采用液压钻机施工，将Ⅱ层与交通洞在厂房内延伸洞挖贯通，并利用爆破洞渣形成至Ⅱ层底高层的斜坡道。Ⅱ层开挖洞渣从交通洞运出，斜坡段两侧保护层预留区域，在Ⅱ层及其他部位梯段爆破开挖出渣完成，且在厂房右端利用石渣形成至通风洞的斜坡道后再进行开挖。两侧边墙预留4.25m厚的保护层，中间梯段爆破区边线采用施工预裂爆破，梯段爆破跟进开挖，梯段爆破分段长度10m。厂房Ⅱ层开挖施工示意图如图3.3.5所示。

图3.3.5　厂房Ⅱ层开挖施工示意图（高程单位：m；尺寸单位：cm）

Ⅱ层及岩壁吊车梁开挖采用多重缓冲、多重光爆（预裂）技术，先中间抽槽（即先锋槽），然后是侧向保护层的开挖，最后是岩壁吊车梁的开挖。

根据地下厂房岩石特性、分层高度及设备配置情况，确定厂房Ⅱ层中部梯段爆破总高度为8.0m，宽度16m，分两次爆破成型，爆破炮孔直径为45mm，最小抵抗线取1.5m，孔距为1m，排距为1.5m，孔底超深为0.2m，连续装药，单孔药量为1.6kg，单耗为0.46kg/m3。

中部拉槽侧向保护层边线上布孔时，采取控制性布孔及装药，上层侧向保护层边线布孔孔距0.7m，最小抵抗线为0.7m，线装药密度拟定为150～200g/m，上层钻孔深度3.8m，采取不耦合装药，光面爆破技术爆破，下层侧向保护层边线布孔孔距0.55m，钻孔深度4.6m，孔径为42mm，药卷直径为32mm，采用预裂爆破技术进行爆破，不耦合系数1.3，线装药密度为250g/m左右。装药参数根据爆破效果及岩石条件现场进行调整。

岩壁吊车梁岩台成型开挖，采用YT28型手风钻凿孔，实施双向光面爆破，上部造垂直孔光爆，垂直孔分两次光面爆破，下部造向上倾斜孔，垂直孔第二次光爆与下部斜孔同时起爆。

c.施工设备。Ⅱ层开挖施工投入的主要施工设备有液压钻机ROCD7型2台、QZJ-100B潜孔钻8台、1.6m3液压反铲2台、15t自卸汽车15台、YT28型手风钻16台。

3.3.3.2 岩壁吊车梁岩台分层分序

地下电站岩壁吊车梁开挖是地下厂房施工中难度较大、施工质量要求较高的部位。为做好岩壁吊车梁部位开挖，进行了爆破试验，寻求最优爆破参数。

岩壁吊车梁为多边形，岩壁吊车梁岩台上拐点高程为1304.52m，下拐点高程为1303.02m，岩台横断面宽0.75m，高1.5m，斜面长度1.68m。

通过厂房下游边墙与交通洞交叉部位的试验，确定了岩壁吊车梁开挖施工程序和开挖分区参数。

（1）单段岩壁吊车梁施工程序。第Ⅱ-1层边墙欠挖处理（高程1309.00～1306.32m）→岩台Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区、Ⅴ区、Ⅵ区开挖（含垂直和斜面光爆孔造孔）→高程1303.02～1301.00m岩面地质素描及基础初验→下拐点10cm以下1m范围加固措施实施（采用锁口锚杆）→岩台Ⅵ区开挖。

（2）岩壁吊车梁开挖分区。岩壁吊车梁开挖选择Ⅱ区的底部高程为1306.32m，主要考虑到使Ⅵ区造垂直孔其孔深度控制在2.0～2.5m以内，便于手风钻造孔孔底向外偏15cm精度控制；Ⅳ区底部高程主要考虑到爆破对岩壁吊车梁下拐点影响，故爆破孔底部集中装药距离下拐点为95cm考虑；为方便岩壁吊车梁系统锚杆和受拉受压锚杆施工高度、充分利用手风钻造孔深度偏差相对较小以及考虑后续岩壁吊车梁混凝土浇筑高程控制适中，Ⅴ区底板选择高程为1301.00m。

（3）岩壁吊车梁开挖布孔。岩壁吊车梁Ⅰ区开挖：高程1309.00～1305.40m，采用@50cmφ42mm的孔进行光面爆破；Ⅱ区高程1309.00～1306.32m，采用@30cmφ42mm的孔进行光面爆破；Ⅲ区高程1305.40～1301.00m，采用@90cmφ76mm的孔进行施工预裂爆破；Ⅳ区高程1306.32～1303.97m，采用@30cmφ42mm炮孔；Ⅴ区高程1303.97～1301.00m，采用@30cmφ42mm炮孔；Ⅵ区高程1306.32～1303.02m，斜岩台布孔采用@30cm和@30cmφ42mm的孔进行双面光爆破开挖。

岩壁吊车梁开挖爆破分序图，岩壁吊车梁开挖爆破分序如图3.3.6所示。

3.3.3.3 岩壁吊车梁岩台开挖试验

（1）岩壁吊车梁开挖试验。为确保岩壁吊车梁开挖质量，开工前编制专项岩壁吊车梁开挖施工措施，按照“先试验，后生产”的原则，对岩壁吊车梁分序开挖全过程进行仿真试验。

图3.3.5　厂房Ⅱ层开挖施工示意图（高程单位：m；尺寸单位：cm）

Ⅱ层及岩壁吊车梁开挖采用多重缓冲、多重光爆（预裂）技术，先中间抽槽（即先锋槽），然后是侧向保护层的开挖，最后是岩壁吊车梁的开挖。(www.xing528.com)

根据地下厂房岩石特性、分层高度及设备配置情况，确定厂房Ⅱ层中部梯段爆破总高度为8.0m，宽度16m，分两次爆破成型，爆破炮孔直径为45mm，最小抵抗线取1.5m，孔距为1m，排距为1.5m，孔底超深为0.2m，连续装药，单孔药量为1.6kg，单耗为0.46kg/m3。

中部拉槽侧向保护层边线上布孔时，采取控制性布孔及装药，上层侧向保护层边线布孔孔距0.7m，最小抵抗线为0.7m，线装药密度拟定为150～200g/m，上层钻孔深度3.8m，采取不耦合装药，光面爆破技术爆破，下层侧向保护层边线布孔孔距0.55m，钻孔深度4.6m，孔径为42mm，药卷直径为32mm，采用预裂爆破技术进行爆破，不耦合系数1.3，线装药密度为250g/m左右。装药参数根据爆破效果及岩石条件现场进行调整。

岩壁吊车梁岩台成型开挖，采用YT28型手风钻凿孔，实施双向光面爆破，上部造垂直孔光爆，垂直孔分两次光面爆破，下部造向上倾斜孔，垂直孔第二次光爆与下部斜孔同时起爆。

c.施工设备。Ⅱ层开挖施工投入的主要施工设备有液压钻机ROCD7型2台、QZJ-100B潜孔钻8台、1.6m3液压反铲2台、15t自卸汽车15台、YT28型手风钻16台。

3.3.3.2 岩壁吊车梁岩台分层分序

地下电站岩壁吊车梁开挖是地下厂房施工中难度较大、施工质量要求较高的部位。为做好岩壁吊车梁部位开挖，进行了爆破试验，寻求最优爆破参数。

岩壁吊车梁为多边形，岩壁吊车梁岩台上拐点高程为1304.52m，下拐点高程为1303.02m，岩台横断面宽0.75m，高1.5m，斜面长度1.68m。

通过厂房下游边墙与交通洞交叉部位的试验，确定了岩壁吊车梁开挖施工程序和开挖分区参数。

（1）单段岩壁吊车梁施工程序。第Ⅱ-1层边墙欠挖处理（高程1309.00～1306.32m）→岩台Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区、Ⅴ区、Ⅵ区开挖（含垂直和斜面光爆孔造孔）→高程1303.02～1301.00m岩面地质素描及基础初验→下拐点10cm以下1m范围加固措施实施（采用锁口锚杆）→岩台Ⅵ区开挖。

（2）岩壁吊车梁开挖分区。岩壁吊车梁开挖选择Ⅱ区的底部高程为1306.32m，主要考虑到使Ⅵ区造垂直孔其孔深度控制在2.0～2.5m以内，便于手风钻造孔孔底向外偏15cm精度控制；Ⅳ区底部高程主要考虑到爆破对岩壁吊车梁下拐点影响，故爆破孔底部集中装药距离下拐点为95cm考虑；为方便岩壁吊车梁系统锚杆和受拉受压锚杆施工高度、充分利用手风钻造孔深度偏差相对较小以及考虑后续岩壁吊车梁混凝土浇筑高程控制适中，Ⅴ区底板选择高程为1301.00m。

（3）岩壁吊车梁开挖布孔。岩壁吊车梁Ⅰ区开挖：高程1309.00～1305.40m，采用@50cmφ42mm的孔进行光面爆破；Ⅱ区高程1309.00～1306.32m，采用@30cmφ42mm的孔进行光面爆破；Ⅲ区高程1305.40～1301.00m，采用@90cmφ76mm的孔进行施工预裂爆破；Ⅳ区高程1306.32～1303.97m，采用@30cmφ42mm炮孔；Ⅴ区高程1303.97～1301.00m，采用@30cmφ42mm炮孔；Ⅵ区高程1306.32～1303.02m，斜岩台布孔采用@30cm和@30cmφ42mm的孔进行双面光爆破开挖。

岩壁吊车梁开挖爆破分序图，岩壁吊车梁开挖爆破分序如图3.3.6所示。

3.3.3.3 岩壁吊车梁岩台开挖试验

（1）岩壁吊车梁开挖试验。为确保岩壁吊车梁开挖质量，开工前编制专项岩壁吊车梁开挖施工措施，按照“先试验，后生产”的原则，对岩壁吊车梁分序开挖全过程进行仿真试验。

图3.3.6　岩壁吊车梁开挖爆破分序（高程单位：m；尺寸单位：cm）

2010年11月12日在安装间厂房下游边墙选择一段9m长岩壁吊车梁岩台进行开挖爆破试验，2010年11月19日完成了岩壁吊车梁爆破试验，具体试验情况如下：

1）岩壁吊车梁开挖分层分序。通过试验最终确定开挖分序和造孔要求，如图3.3.7所示。

图3.3.6　岩壁吊车梁开挖爆破分序（高程单位：m；尺寸单位：cm）

2010年11月12日在安装间厂房下游边墙选择一段9m长岩壁吊车梁岩台进行开挖爆破试验，2010年11月19日完成了岩壁吊车梁爆破试验，具体试验情况如下：

1）岩壁吊车梁开挖分层分序。通过试验最终确定开挖分序和造孔要求，如图3.3.7所示。

3.3.7 岩壁吊车梁开挖试验分序和造孔（高程单位：m；尺寸单位：cm）

2）岩壁吊车梁第Ⅳ区爆破试验参数，见表3.3.1。

表3.3.1　岩壁吊车梁第Ⅳ区爆破试验参数

3.3.7 岩壁吊车梁开挖试验分序和造孔（高程单位：m；尺寸单位：cm）

2）岩壁吊车梁第Ⅳ区爆破试验参数，见表3.3.1。

表3.3.1　岩壁吊车梁第Ⅳ区爆破试验参数

3）岩壁吊车梁开挖试验施工程序如图3.3.8所示。

3）岩壁吊车梁开挖试验施工程序如图3.3.8所示。

图3.3.8　岩壁吊车梁开挖试验施工程序

（2）试验初步成果。通过开挖爆破试验确定了岩壁吊车梁开挖施工工艺，并对爆破参数进行了验证。试验成果如下：

1）爆破参数。在实际施工过程中，对地质条件发生较大变化的部位，根据岩石揭露情况，实行爆破孔“个性化”装药。根据岩壁吊车梁试验爆破成型质量，摸索出岩壁吊车梁开挖爆破参数，详见表3.3.2。

2）采用PVC管作为固定药卷的材料，爆破效果明显优于传统竹片固定形式。

3）剖开的钢管作为造孔导向样架极大地提高了开孔位置的精准性，孔位偏差均在1cm以内。

4）采用DN100钢管和边墙插筋连接作为钻孔样架，其强度、刚度和稳定性较好，有效控制了钻孔角度。

表3.3.2　岩壁吊车梁岩台爆破参数

图3.3.8　岩壁吊车梁开挖试验施工程序

（2）试验初步成果。通过开挖爆破试验确定了岩壁吊车梁开挖施工工艺，并对爆破参数进行了验证。试验成果如下：

1）爆破参数。在实际施工过程中，对地质条件发生较大变化的部位，根据岩石揭露情况，实行爆破孔“个性化”装药。根据岩壁吊车梁试验爆破成型质量，摸索出岩壁吊车梁开挖爆破参数，详见表3.3.2。

2）采用PVC管作为固定药卷的材料，爆破效果明显优于传统竹片固定形式。

3）剖开的钢管作为造孔导向样架极大地提高了开孔位置的精准性，孔位偏差均在1cm以内。

4）采用DN100钢管和边墙插筋连接作为钻孔样架，其强度、刚度和稳定性较好，有效控制了钻孔角度。

表3.3.2　岩壁吊车梁岩台爆破参数

5）推荐⑤号、⑥号孔整体超挖5cm，同时⑤号孔向下超挖5cm，能保证岩台不产生欠挖现象；②号孔向边墙方向平移5cm，保证④号孔钻孔角度，孔深减少20cm，减少对岩台斜面影响；④号孔下钻位置推荐岩台下拐角欠挖5cm，能减少爆破对岩台下拐角的破坏。

6）采用φ25mm光爆药卷，提高装药不耦合系数，进一步提高爆破成型质量。

5）推荐⑤号、⑥号孔整体超挖5cm，同时⑤号孔向下超挖5cm，能保证岩台不产生欠挖现象；②号孔向边墙方向平移5cm，保证④号孔钻孔角度，孔深减少20cm，减少对岩台斜面影响；④号孔下钻位置推荐岩台下拐角欠挖5cm，能减少爆破对岩台下拐角的破坏。

6）采用φ25mm光爆药卷，提高装药不耦合系数，进一步提高爆破成型质量。