向家坝水电站地下厂房挖掘预裂爆破和锚索施工技术优化

1. 概 述

文献[42]指出：向家坝水电站是金沙江梯级开发中的最后一个梯级，位于四川省与云南省交界处的金沙江下游河段，工程开发以发电为主，同时改善航运条件，兼顾防洪、灌溉并具有拦沙和对溪洛渡水电站进行反调节等综合作用。

工程枢纽建筑物主要由混凝土重力挡水坝、左岸坝后厂房、右岸地下引水发电系统及左岸河中垂直升船机等组成。大坝挡水建筑物从左至右由左岸非溢流坝段、冲沙孔坝段、升船机坝段、坝后厂房坝段、泄水坝段及右岸非溢流坝段组成，坝顶高程为384.00 m，最大坝高162 m，坝顶长度为909.26 m，发电厂房分设于右岸地下和左岸坝后，各装机4 台，单机容量均为750 MW，总装机容量6 000 MW，左岸坝后厨房安装间与通航建筑物呈立体交叉布置。

厂房工程由主厂房、主变室、母线及电缆竖井等组成，主厂房总长245 m（含安装间长度80 m），开挖宽度为31.4 m（岩锚梁以上宽度为33.4 m），最大开挖高度为85.5 m。

2. 地下厂房地质条件

地下厂房围岩地质条件复杂，厂房置于软硬相间的、15°～20°缓倾角、水平层状， T33厚至巨厚层砂岩和泥岩中，地质构造发育，岩性变化巨大，洞周出露的2 级软弱夹层有JC2-2、JC2-3 和JC2-4，在安装间顶拱附近还有JC2-1。厂区为中低应力区，最大主应力值8.2～12.2 MPa，厂区岩体透水性总体为微透水至中等透化，但厂房中下部（高程280～220 m）为主要渗流带，施工期设计渗水排水达372 m3/h。该岩组中有7 个煤层，下部5 层煤均有开采史，尤以底部3 层开采较为严重，浅部多被开采。厂区岩层中含有瓦斯和H2S 气体[55]。

3. 向家坝水电站的特点

特定的地质条件给主厂房开挖带来的风险是：施工期厂房顶拱的稳定及长期稳定问题；施工期厂房高边墙的稳定问题；贯通性较好的地下水可能带来高难度的水下施工和水压力侵害高边墙稳定问题；岩壁梁的岩台成型质量问题；瓦斯安全问题[55]。

4. 向家坝水电站地下厂房施工方案

向家坝水电站地下厂房施工方案见图12-40、图12-41。

图12-40　高家坝水电站地下厂房施工方案

图12-41　向家坝水电站地下主厂房开挖施工技术框架图[55,56]

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图12-42　主厂房第Ⅰ层开挖分区图[42]

图12-43　主厂房第Ⅲ层开挖分区图[55]

图12-44　岩锚梁开挖分区图[55]

5. 边墙结构预裂与全断面爆破设计

（1）边墙结构预裂爆破。

文献[55]指出：边墙结构预裂爆破施工避开了支护作业面，超前全断面开挖掌子面50 m距离，采用KZS-100 型潜孔钻机（专门钻高边墙深孔预孔的钻机）造预裂孔，448 钢管样架导向。预裂孔间距70 cm 第Ⅴ-Ⅶ层梯段爆破参数见表12-29。预裂爆破效果见效果图例。

表12-29　Ⅴ～Ⅶ层结构预裂爆破参数表[56]

（2）全断面梯段爆破[56]。

根据[56]的调整优先方案采用全新断面开挖的施工方法以加快进度提高效率。全断面梯段爆破采用ROCD7 钻机造孔，布孔参数为孔间距为2.0 m，孔排距为2.0 m，靠近边墙的0.7 m为缓冲孔，考虑单循环进尺10.2 m，每次作业时，只起爆5 排炮孔。孔网参数结合厂房Ⅳ爆破设计进行调整。第Ⅴ-Ⅶ层梯段爆破参数见表12-30[43]。

表12-30　Ⅴ～Ⅶ层梯段爆破参数表[43]

施工中，依据相应的安全振动控制指标确定允许的最大单段药量，及时调整钻爆参数，将开挖爆破对保护对象的振动影响控制在安全范围之内。