三峡大跨度地下厂房开挖施工技术1 工程概况三峡地下厂房布置在长江右岸，共设六台机组，总装机容量为4200MW 。
主厂房系统由主厂房、安装场、母线洞、母线竖井连接交通洞及开关站等组成。
主厂房洞室断面为直墙顶拱型，尺寸为311.3m ×32.6m ×87.2m （长×宽×高）。
主厂房顶拱层开挖于2005年3月2日正式开始，按总进度计划于2007年9月30日完成全部开挖与支护工作，目前已开挖至第Ⅲ层。
主厂房开挖具有以下特点：1. 厂房跨度大、边墙高，洞室较长；2. 开挖及混凝土外观质量要求高；3. 支护工程量大、类型多，工艺复杂、施工技术要求高；4. 交叉洞室多，与引水、尾水系统及三峡三期之间的界面关系复杂，施工干扰大。
2 厂房顶拱层施工2.1 施工强度厂房顶拱层开挖工程量为11.64万3m ，喷混凝土量为27183m ，锚杆6876根，锚索135束（地质缺陷及临时支护工程量未记）。
顶拱层开挖与2005年3月2日开始施工，10月27日结束；系统锚杆5月7日开始施工，11月25日结束。
2.2 施工程序与方法利用1#施工支洞作为厂房顶拱层开挖的主要施工通道，由于工期压力大，实际施工过程中，在进场交通洞内增加了一条通至厂房顶拱层右端墙88.3m 高程的施工支洞，和1#施工支洞形成了双通道作业，施工按照如下原则组织实施：1.先进行上部中导洞开挖（断面8m ×6.5m ），中导洞从1#施工支洞延长段开始，按10％的坡度升至95.80m 高程后，沿水平方向朝厂房右端墙开挖；2.两侧扩挖在中部扩挖完成100m 后跟进，上下游同时施工，扩挖按“先中间后两边”的原则进行；3.两侧扩挖时，设计轮廓面预留1.5m 保护层，滞后一排炮开挖，中部下层开挖滞后两侧适时跟进。
详见图1和图2。
3 高边墙开挖施工3.1 开挖分层原则1.根据厂房各部位的结构特点，结合岩锚梁和边墙各层锚索布置高程，以便于施工设备的作业；2.合理利用与厂房立体交叉相贯隧洞的不同高程布置条件，以利于施工通道及施工场地的形成；3.按照厂房爆破振动速度控制要求，通过合理的施工方法和爆破参数选择来确定开挖层高。
3.2 施工程序与方法主厂房自上而下分十一层开挖，各层又分区、分块进行开挖支护，厂房开挖分层见图3。
厂房顶拱层以下均为大体积深槽开挖，每层开挖采取中部梯段槽挖超前，后进行两侧墙保护层开挖,边墙开挖揭露后支护跟进的方法施工。
厂房Ⅱ层施工程序见图4、图5。
1.施工通道Ⅱ～Ⅲ层开挖以进场交通洞、厂右施工支洞、1＃施工支洞作为施工通道，Ⅳ～Ⅴ层以母线洞作为施工通道，Ⅴ～Ⅷ层开挖以2＃施工支洞作为施工通道，最后，从尾水隧洞进入主厂房进行Ⅸ～Ⅺ层开挖。
2.厂房Ⅱ层分上下两层开挖，上部K 0+00～K0+70按全断面开挖，K 0+70以后按上下游交替开挖施图1顶拱层开挖分区图图2顶拱层开挖双通道施工程序平面图图3厂房分层开挖图图4Ⅱ层开挖分区图图5厂房Ⅱ层施工程序方法示意图工的原则进行；两侧开挖前先对厂房上、下游边墙采用手风钻进行预裂爆破，边墙预裂超前开挖20～30m；Ⅱ层下部采用潜孔钻中部梯段拉槽，边墙岩台预留4.8m保护层开挖。
3.岩锚梁部位保护层分四次开挖，即图4中的⑤、⑥、⑦、⑧区。
⑤区光爆孔一律按50cm孔距布孔，⑥、⑦、⑧区垂直光爆孔按35cm孔距布孔，⑤、⑥、⑦区垂直光爆孔线装药密度按q=135～138g/m 控制，⑧区垂直光爆孔线装药密度按q=135g/m控制，斜面光爆孔线装药密度按q=120g/m控制，均采用不耦合装药。
4.中槽开挖时，先超前采用手风钻造孔，对边墙进行预裂，中槽采用预留保护层潜孔钻造孔，梯段预裂开挖；中槽开挖后，根据上层喷锚支护完成情况并结合下一层的施工顺序，对边墙进行分块开挖。
5.分层施工中，采取交错搭接施工。
上层边墙大于100m范围支护完成后，下一层中槽逐步跟进开挖。
厂房Ⅰ、Ⅱ层施工搭接见图6。
图6Ⅰ、Ⅱ层施工搭接示意图4重点部位和关键工序的质量控制1 顶拱层开挖顶拱层开挖是整个厂房开挖过程中较为关键的一层，该层周边轮廓线复杂，光面爆破、喷锚支护难度大，技术要求高。
该层最大开挖高度11.7m，宽32.6m。
由于厂房埋深较浅、局部围岩偏薄，厂房顶拱及边墙受F22、F84等断层带影响，为了保证大跨度顶拱施工安全，减小围岩变形，厂房顶部采用支撑法分步开挖，以小跨度掘出边拱，并进行快速支护，及早提供三向应力。
顶拱层开挖严格遵循“短进尺、少扰动、强支护、及时封闭、勤观测”的原则。
遇不良地质段和楔形块体时，采取超前锚杆或超前小导管预注浆支护，开挖循环进尺不大于2.0m，并控制最大单响药量尽量减小爆破对围岩的扰动，开挖后按设计要求及时支护。
2.左端墙特殊部位开挖主厂房左端上覆岩体薄，是厂房顶拱稳定不利的重要因素。
在开挖过程中，按“小药量、短进尺”的原则进行爆破；左端墙的三角体在形成水平光爆造孔空间后，采用水平光爆孔与垂直光爆孔错孔的双面光爆设计将三角体挖除。
3 主厂房直立边墙的开挖控制保证直立边墙的开挖质量的关键因素是周边孔钻孔质量，在施工过程中采用图7所示垂直固定装置确保钻孔精度，通过钢管约束钻杆，同时钢管内加夹片减小钻杆在钢管内的活动空间。
4.岩锚梁岩台开挖控制为了确保开挖质量，岩锚梁大规模开挖之前共进行了四次试验，试验暴露出以下几个问题：周边孔光爆孔线装药密度过大导致无残留炮孔；垂直孔孔底不在一条线上；下拐点超挖过大平均达到12cm；特殊部位无针对性爆破设计。
针对暴露出来的问题，提出了四个精细化：1）控制标准精细化开孔偏差1c m，孔斜偏差2 ；孔间距、孔深偏差3cm；2）工序操作精细化样架搭设前对放样底斜孔进行以减少开孔误差；全长导向管定位斜孔，孔口增设夹片；锁口锚杆+角钢+下拐点以下1m范围喷混凝土保护下拐点；3）控制与检查方法精细化样架搭设前后采用全站仪进行放样与校核；简化孔深控制方法，将所有钻杆截断为3.2m（理论孔底距标准横杆3.2m），以减少人为因素的干扰；对装药参数进行检查；4）数据分析精细化要求排炮结束4小时后出数据，主要分析开挖面的平整度、半孔率和超欠挖。
另外，针对不同岩性的岩石采用个性化装药，岩石较完整部位，光爆孔间距30～35c m，线装药密度，垂直孔70～90g/m，斜面孔60～80g/m；结构面及节理裂隙发育部位，光爆孔间距30c m，线装药密度，垂直孔20～34g/m，斜面孔12～24g/m。
岩锚梁开挖后的效果表明，落实“四个精细化”和“个性化装药”后，岩台开挖质量明显改善。
5 锚杆的质量控制1）系统锚杆全部放样，并加强对造孔的控制，终孔抽检比例不低于10％，监理按1％抽检；2）对上仰的不同倾角的孔，根据孔的渗水情况采用不同的砂浆稠度；3）张拉锚杆采用先注浆后插杆的工艺，同时将传统使用风枪注装锚固卷的方式改为注浆机进行散装锚固剂注浆的方式；4）6m以下的锚杆采用先注浆后插杆的施工工艺，并根据实际效果进行了必要的工艺改进，见图8；6m以上的锚杆采用先插杆后注浆的施工工艺。
图7钻杆垂直固定装置示意图图8 注浆工艺改进示意图6 锚索的质量控制以全站仪对孔位进行放样，钻孔过程中以孔的直线度控制为重点，孔内每钻进3～5m安装一个扶正器，防止钻杆在重力的作用下弯曲；对灌浆过程中出现的止浆环无法止浆、灌浆管爆管等问题及时在结构上进行改进。
5开挖过程中的爆破振动控制爆破振动控制是厂房施工过程中的重点之一，爆破振动控制是否合理直接影响到大跨度顶拱、高直立边墙及岩锚梁结构的安全。
为了了解爆破振动对非开挖岩体和需保护部位的影响和破坏情况，必须通过爆破试验及施工过程中质点振动速度监测数据对比分析，从而选择合理的施工方法及爆破参数。
5.1爆破参数及设备顶拱层开挖采用的是常规的爆破开挖方法，即中导洞超前，两侧扩挖跟进，V型掏槽，非电毫秒微差爆破、电雷管起爆。
顶拱周边采用光面爆破。
顶拱层以下各层台阶开挖边墙预留3.0m（岩锚梁以上3.8m）厚保护层，再进行保护层刷帮爆破。
采用侧卸装载机、配合自卸汽车出渣，出渣完毕后利用反铲清出工作面积渣，为下一循环钻爆作业做好准备。
顶拱层开挖爆破的主要参数及主要设备如表1所示。
5.2预控性爆破试验选择在Ⅰ层中导洞开挖初期进行主厂房Ⅰ层开挖爆破试验，Ⅰ层开挖结束、Ⅱ层开挖之前在Ⅰ层进行厂房Ⅱ层的预裂爆破试验，Ⅱ层左端墙进行Ⅲ层边墙预裂爆破试验。
根据试验测试成果分析，初步找到对爆破振动的控制方法，形成预控方案如表2所示。
5.3 开挖过程中的爆破振动控制措施1.为了减小爆破振动对岩锚梁新浇混凝土的扰动，岩锚梁混凝土浇筑时机选在Ⅲ－1层开挖120m 且Ⅲ－2层周边预裂100m 后进行施工。
2.在开挖过程中，严格控制爆破距离和爆破单响药量，中部梯段爆破采取单孔单响，混凝土浇筑3d 内，安全质点振动速度控制在1.5～2.0c m/s ，3d ～7d 内控制在2.0～5.0c m/s ，7d ～28d 内控制在5.0～7.0cm /s 。
表1 主要爆破参数及设备项目厂房Ⅰ层Ⅱ层台阶开挖 主爆孔孔深、孔径300c m 、42m m 、水平方向750c m 、90m m 、垂直方向主爆孔孔距 90～122c m300c m 主爆孔药卷直径32mm 70mm 光爆（预裂）孔孔深、孔径300c m 、42m m 700c m 、76m m光爆孔孔距 50～60cm 100c m 光爆孔药卷直径 25mm 32mm 光爆孔线装药密度0.167kg m 0.371kg m 单位耗药量 0.64～0.823kg m0.523kg m 钻孔设备 手风钻 手风钻 出渣设备3～3.83m 装载机 5T 、15T 自卸汽车 沃尔沃290B 反铲挖掘机3～3.83m 装载机 5T 、15T 自卸汽车 沃尔沃290B 反铲挖掘机项目龄期允许爆破范围最大单响（kg ）预裂（光面）爆破拉槽梯段爆破 砂浆锚杆0～3天15m 之内不允许爆破 不允许爆破15～30m 10（15） 40 30～50m 22（30）8050m 以外 按施工技术措施要求控制 3～7天 30m 之内 25（38）8030m 之外按施工技术措施要求控制7天以后按施工技术措施要求控制喷混凝土0～6小时15m 之内 不允许爆破 不允许爆破15～30m5（8） 40 30～40m 10（15） 80 40～60m 25（38） 120 60m 之外按施工技术措施要求控制6～24小时15m 之内 5（8） 不允许爆破15～30m 10（15） 40 30～50m 25（38） 120 50m 之外按施工技术措施要求控制1～3天15m 之内 10（15） 40 15～30m25（38）12030m 之外按施工技术措施要求控制3天之后按施工技术措施要求控制锚索注浆区0～3天30m 之内 不允许爆破 不允许爆破 30～40m8（12） 不允许爆破40～50m 12（18） 40 50～60m 15（23） 80 60～70m 25（38）120 60m 之外按施工技术措施要求控制60m 范围之外 3～7天15m 之内 8（12） 不允许爆破15～30m 10（15） 40 30～50m 15（23）8050m 之外 按施工技术措施要求控制 7天以后10m 之内10（15） 40 10～30m 25（38）120 6 施工过程中支护参数的动态调整施工过程中的支护参数，重点强调动态监控，根据围岩变形观测资料和实际暴露出的地质状况，不断调整支护参数。