地下工程

黃登水電站地下洞室群施工新技術應用綜述

¹偰光恒，¹楊育禮，²周云中

（¹中國水利水電第十四工程局有限公司；²華能瀾滄江股份有限公司黃登-大華橋建設管理局）

關鍵詞：地下洞室群　新技術應用　黃登水電站

1 黃登水電站簡介

黃登水電站位于云南蘭坪縣境內，采用堤壩式開發，是瀾滄江上游曲孜卡至苗尾河段水電梯級開發的第六級，以發電為主，總裝機容量190萬kW。上、下游分別與托巴、大華橋電站相接，壩址位于營盤鎮上游12km。

水電站樞紐主要由碾壓混凝土重力壩、壩身泄洪表孔、泄洪放空底孔、左岸折線壩身進水口及地下引水發電系統組成。引水發電系統建筑物布置在左岸，由引水系統、地下廠房洞室群、尾水系統及500kV地面開關樓等組成。引水采用“單機單管”布置，主廠房、主變室、尾閘室、尾調室四大洞室平行排列，尾水采用 “二機一調一尾”的布置格局，是國內較大的地下洞室群。黃登地下廠房長247.3m，寬32m，高80.5m，0.4km²山體內布置大小53條洞室，總長度8.9km。工程較大、地質條件復雜、技術含量高、質量要求嚴、施工強度大。

2 地下洞室群施工綜述

黃登水電站地下洞室群規模大，交叉布置結構復雜，施工技術難度大，項目部通過一系列有效管理措施，大膽采用了一批新技術和新工藝，保證了黃登地下洞室群按期完成。引水發電系統地下洞室群三維圖詳見圖1。

2.1 大型地下洞室群施工組織設計

黃登水電站地下廠房洞室群水平和垂直埋深均大于300m，洞室巖體呈次塊狀—塊狀，以Ⅱ、Ⅲ類圍巖為主，巖體完整性好；局部不良地質段為Ⅳ、Ⅴ類圍巖，劈理和順層擠壓面發育，存在的局部可能塌滑由結構面組合形成。地應力以壓應力為主，其量級為7.0～15.0MPa，屬中等偏低地應力水平。巖層近陡傾分布，垂直裂隙發育，主要構造形跡為近垂直的火山角礫巖夾變質泥灰巖條帶。巖體內地下水活動弱，透水性為中等及微透水，但順夾層條帶滲漏性極強，地下洞室位于地下水位以下，水文地質條件復雜。

陡傾角層間、泥灰巖夾層帶、平行于廠房軸線的陡傾巖層對大跨度頂拱、高邊墻及洞室交叉部位圍巖穩定不利。影響圍巖穩定因素較多，結構面組合、地下水運移規律、施工程序、開挖方法、圍巖力學參數等都有一定的不確定性。以上因素給大型地下洞室群的設計、施工及圍巖臨時與永久支護帶來較大困難。在工程設計中，重點研究地下廠房洞室群圍巖穩定與支護、合理施工順序、有/無支護時的圍巖靜力穩定特性(包括三維彈塑性損傷動力有限元分析、北京理正巖土隧道襯砌計算軟件及三維非線性有限元理論)和洞室群的抗震穩定分析，建立了動力和動態仿真分析模擬系統，對地下廠房洞室群圍巖穩定作出合理評價，使地下廠房的設計和施工水平都有提升。

2.2 地下廠房巖壁梁巖臺開挖技術

巖壁梁巖臺開挖采用“巖壁吊車梁巖臺雙向控爆施工技術”，垂直和斜向雙向控爆一次成型，造孔采用φ48鋼管搭設樣架，嚴格控制施工樣架、造孔、爆破參數三道關鍵工序，采用創新的“個性化裝藥和面裝藥密度控制線裝藥密度”的方法進行控制爆破。

巖壁梁開挖共分為三層進行，見圖2。

巖壁梁開挖爆破半孔率達到91.9%，巖面不平整度6.6cm，平均超挖8.9cm。

2.3 高邊墻深孔預裂開挖施工技術

電站施工從設備選型入手，將深孔預裂爆破技術成功運用于大型地下洞室直立高邊墻部位，結合薄層開挖、及時跟進支護的施工理念，形成了一套深孔預裂、薄層開挖、隨層支護施工技術。

（1）設備選型：將輕型潛孔鉆機改進成100E型，作為高邊墻預裂孔的造孔設備。該設備推進裝置在機頭側邊，解決了技術超挖大的問題，將超挖控制在10cm以內。

（2）施工工藝流程：基巖面清理→測量放線→鉆機定位架設→鉆機定位校核→定位架加固→鉆架及鉆桿角度檢查驗收→鉆孔→鉆進過程校鉆→終孔質量檢查→裝藥→連網起爆。

（3）鉆孔精度控制：將定位樣架搭設在堅實的基巖面上，用錨桿牢靠固定，防止鉆機沖擊移位；采用全站儀進行孔位和定位樣架的測量放樣，提高鉆機開孔精度；采用φ48鋼管搭設樣架；堅持 “兩次校桿法”，鉆機安裝扶正器，控制鉆桿偏差；嚴格控制鉆進速度。

（4）爆破參數選擇：預裂孔孔徑φ76，孔間距80cm，φ32的乳化炸藥作為主藥卷，不偶合系數為2.375，線裝藥密度為450～550g/m。

高邊墻預裂扣除地質超挖外，主廠房第Ⅳ～Ⅶ層及主變室Ⅲ層最大不平整度12cm，平均不平整度13.5cm，小于設計及施工規范控制標準（不平整度15cm）。爆破半孔率達到了90%以上。爆破效果見圖3。

2.4 豎井小挖機下井扒渣技術

引水發電系統引水豎井、出線豎井、閘門井二次擴挖創新采用小挖機下井扒渣技術，較以往人工扒渣，提高開挖效率，縮短工期，降低成本，增加安全保障。

小挖機下井扒渣施工：豎井二次擴挖前，在井口設置一個帶滾動軸承的平臺，挖機爬上平臺后通過底部安裝的導軌移動至豎井中心或待開挖的范圍內，然后通過上部設置的提升系統將設備下放至開挖掌子面或溜渣井井蓋上，提升系統鋼絲繩不摘除作為安全保障系統，提起井蓋后開始進行扒渣施工。

下井扒渣施工提升卷揚機和小挖機選擇是一個控制重點。一般選擇5t帶雙剎車卷揚機，配套鋼絲繩為不旋轉直徑20mm（破斷力220kN），頂部設置兩倍滑輪組；挖機重量控制在5t左右，臂長約等于開挖半徑。扒渣過程中人工灑水降塵，用以達到環保要求。

2.5 大型地下廠房梭式布料系統應用

地下廠房單臺機組平面尺寸為35m×29m，根據混凝土入倉強度以及溫控要求，澆筑布置2臺SHB22型梭式布料系統，混凝土水平運輸采用長膠帶運輸系統，總長度為176.8m，5條膠帶（1×23m+3×35m+1×18.8m），一個14m溜管（φ325），加一條16m膠帶給梭式布料機聯合組成皮帶入倉供料系統（圖4）。膠帶機參數：帶寬650mm，帶速2.5m/s，額定輸送強度100m³/h。

結構和工作原理：SHB22型梭式布料系統主要由集料斗、固定皮帶機、上料皮帶機、布料皮帶機、立柱、φ400橡皮負壓溜管、旋轉及伸縮機構和液壓系統組成，可以滿足半徑22m、高12m區域的混凝土連續澆筑布料要求，布料高度可根據所需高度增加。SHB22型梭式布料系統主要性能技術參數見表1。

SHB22型梭式布料系統的送料利用多節皮帶機接力實現多個口高速布料，其回轉利用機械式旋轉機構進行359°旋轉布料，然后皮帶機桁架通過滾輪在托架上移動，托架由鉸座及兩根張拉絲桿固定在回轉柱上，皮帶機桁架在液壓馬達的驅動下相對回轉柱可作2.5～12m的移動。

SHB22型梭式布料系統具有結構簡單、操作方便、使用靈活、簡單快捷、占地小、易維護等特點。可利用廠房橋機實現整體安裝和拆除，局部采用汽車吊輔助作業。該系統提高了混凝土澆筑速度，使用效率高、運行成本低、經濟效益顯著。目前黃登地下廠房混凝土施工結束，采用兩套SHB22型梭式布料系統澆筑達6萬m³，進度和效率均優于以往地下廠房泵送或吊罐入倉方式。

2.6 機組尾水檢修閘門室矩形變徑滑框翻模混凝土施工技術

黃登水電站機組尾水檢修閘門室（即尾閘室）共有4個井，其中門楣以上部分48m高度為標準的兩個矩形斷面，12m×3.6m變到17m×5.4m。尾閘室混凝土采用爬鋼絞線變徑滑框翻模施工技術，變徑通過對稱加長圍圈和模板組實現。滑框翻模結構見圖5。

尾閘室滑框翻模結構由模板組、滑桿、圍圈、主平臺、抹面平臺、提升架、提升裝置、鋼絞線、支承梁、拐臂式分料系統等主要構件組成，滑模下部斷面尺寸為12m×3.6m（長×寬），上部為17m×5.4m，模板配置高度為2.4m。爬升靠外置式爬鋼絞線裝置，在井口設置支承梁通過上下兩層型鋼組成框架結構，整個框架通過提升架與鋼絞線（φ15.24）和支撐梁連接，通過液壓千斤頂向上爬升。

滑框翻模施工：攪拌運輸車直接從巖臺梁上經過配短溜槽+集料斗+溜管入倉方式，溜管每12～18m設置一個緩降器，再溜至滑模上自制拐臂式分料器布料。混凝土采用人工平倉，插入式振搗器振搗。滑模正常滑升時應控制滑升速度在30cm/h以內。滑模模板總高度為2.4m，混凝土初次澆筑至1.8m剩余兩圈模板后停止下料，首次澆筑完成約9h后（具體現場定）即可滑升，滑框每次滑升15～30cm（半圈至一圈模板高度）。在滑竿脫出底圈模板后開始進行翻模。混凝土強度達到0.3～0.5MPa以上（手按1mm印痕），開始翻模抹面，抹面采用“初、細、精、光”四道工序法進行。

滑升前應檢查滑模體系情況，完好無誤方可進行。滑模滑升時及時調整提升架水平。滑模滑升拆模后把底層的模板按順序翻裝到頂層相應位置，砌磚式逐層安裝。如滑模施工出現異常停滑時間過長，則需將滑框滑升到滑桿只剩一層模板為止，拆除其余模板，避免因混凝土凝固造成下次滑升困難。

2.7 高流態自密實膨脹混凝土施工技術

引水系統鋼襯部位較多，壓力管道、肘管、蝸殼等都屬重要承載結構，鋼襯段底部配筋密集，施工空間狹窄，下料、振搗困難，要求混凝土填充飽滿，澆筑密實，確保鋼襯正常運行。設計底部或腰線以下采用高流態自密實混凝土施工。

高流態自密實混凝土強度等級為C25W8F100，混凝土指標：擴散度550～650mm；L型儀間隙通過性不小于0.8，T500流動時間在2～5s；拌和物穩定性不大于10%。

自密實混凝土砂率大、膠材多、強度高，流動性、在室外進行了現場模擬澆筑試驗，通過對比，加入膨脹劑效果更佳。混凝土泵送入倉，人工振搗，經檢測，鋼襯回填效果良好。

2.8 深豎井滑模混凝土施工技術

出線豎井深208.5m，襯后直徑8.5m，井內被隔墻分為4個小井，分別為管道井、電梯井、樓梯間、通風井。井筒混凝土采用現澆，其余采用預制吊裝。

豎井上段混凝土為標準圓形斷面，采用滑模澆筑。滑模為鋼桁架整體式結構，主要由模板組、提升架、液壓千斤頂、主平臺、輔助平臺、抹面平臺、分料平臺等組成。施工材料及人員通過吊籠加礦用絞車提升系統實現垂直運輸，吊籠設置了防旋轉和防斷繩保護裝置，確保施工安全。

出線豎井井筒體型和井壁預埋錨板采用4臺激光垂準儀從4個方位控制垂直度，用水平儀控制水平精度，確保了混凝土體型和錨板預埋件位置準確。

滑模采用溜管加短溜槽入倉方式，在分料平臺上設置圓形旋轉分料裝置，實現井內360°范圍下料無死角，各點均勻上升，按一定方向、次序分層、對稱下料，坯層厚度為30cm，高差不超過一層，上層混凝土覆蓋前下層不得初凝。

2.9 引水發電系統免裝修混凝土施工技術

免裝修混凝土又稱裝飾混凝土，是直接利用混凝土成型后的自然質感作為飾面效果，一次成型，不做其他任何裝飾，混凝土表面平整光滑、色澤均勻、棱角方正、線條分明、無碰損和污染，表面涂刷透明的保護劑，顯得天然莊重，具有很好的耐久性且可減少后期維護。

引水發電系統大規模采用免裝修混凝土施工，包括主廠房及左、右端副廠房以及防潮柱、主變室、500kV開關站、主排風樓等框架結構混凝土，總面積約為10和易性和填充性好，為滿足要求，多次進行試驗，且對摻膨脹劑與不摻膨脹劑的混凝土進行了對比試驗，見表2。

萬m²。施工主要通過對模板合理選型，細化和優化施工工藝，嚴格控制工藝細節和管理要求，進行過程質量控制，全面消除了錯臺、掛簾、蜂窩、麻面、氣泡等混凝土常見缺陷和頑癥，裝飾線條均勻分布，橫平豎直，層次感分明，達到了飾面混凝土要求。

免裝修混凝土控制要點：

（1）混凝土要求：要求骨料由同系統生產，料源穩定，膠凝材料及其他添加材料必須同廠家供應，每倉同批號，混凝土同拌和系統拌和，確保成型后色澤均勻。膠凝材料控制在350kg/m³以上，采用聚羧酸高效減水劑，盡量采用素混凝土澆筑，減少色差。

（2）模板控制重點：免裝修混凝土對模板材質、剛度與表面光潔度要求較高，覆膜模板最多循環一到兩次，方能確保表面光潔如鏡。模板及裝飾線條安裝時精度要求較高，拼縫須十分嚴密，加固需牢靠，不漏漿、不錯位。模板及裝飾線條施工前進行三維效果設計。

（3）施工工藝：入倉方式合理，澆筑連續，采用低高頻二次復振工藝（間歇30min）振搗充分，混凝土外光內實，養護方案得當，成品保護到位。

（4）成品防護：施工完成后采取涂層保護，確保免裝修混凝土外觀的持久性。混凝土表面涂層應選材可靠，涂抹均勻、平整，拋光到位。

3 結束語

通過采用一系列創新技術和新工藝，黃登水電站地下洞室群系統工程在緩建、停工20個月，且受外部因素影響較大的條件下，按期完成了施工任務，創造了多項大型地下廠房開挖施工進度新紀錄，取得了多項科技成果，質量優良率92.5%，實現了華能瀾滄江公司提出的“瀾滄江上游窗口工程”的階段性目標。其技術工藝值得借鑒。