摘要：厦门抽水蓄能电站下库导流泄放洞工程含导流泄放洞、弧门室交通洞等多类洞井，工程区域以Ⅳ、Ⅴ类围岩为主，岩体破碎、裂隙发育，且洞井交叉多、施工干扰大，给开挖施工的安全、质量及进度控制带来严峻挑战。本文结合工程实际，分析施工难点后确定“分区域、分层次”施工思路，重点介绍土洞段及高边坡“上台阶环向预留核心土”、弧门室“增设施工支洞+分层开挖”、隧洞“楔形掏槽+周边光面爆破”、检修闸门井“定向钻+反井钻机+人工扩挖”等开挖技术，同时针对破碎带钻孔、孤石处理等问题提出改进措施。工程实践表明，所用技术及措施有效控制围岩变形、杜绝塌方事故，确保工程按期完工并降低施工成本，为类似不良地质条件下复杂洞井结构开挖提供了可借鉴的工程经验。

关键词：抽水蓄能电站；不良地质；复杂洞井；开挖技术；支护措施

引言：我国能源结构转型加速，抽水蓄能电站作为重要调峰填谷、应急备用电源，建设规模与数量持续增长。水工地下工程是其核心组成，导流泄放洞、闸门井等洞井结构呈现“多洞交叉、大小断面并存”的复杂特征，且多数位于Ⅳ、Ⅴ类围岩、破碎带等不良地质区域，导致开挖施工面临“围岩稳定难控、工序交叉干扰大、安全风险高”三大核心问题。

当前水工地下工程技术发展核心方针为“提质、提速、降本”，导流泄放洞作为电站施工关键线路工程，开挖进度直接影响整体建设周期。厦门抽水蓄能电站下库导流泄放洞工程是不良地质条件下复杂洞井的典型项目，其开挖技术优化与实践具重要参考价值。本文基于该工程实例，从施工顺序规划、开挖方式选择、关键技术实施及改进措施等方面分析，为同类工程提供技术支撑。

1 工程概况与地质特

1.1 工程概况

厦门抽水蓄能电站位于福建省厦门市同安区汀溪镇，总装机容量 1400MW，安装 4 台单机容量 350MW 的混流可逆式水轮发电机组，建成后通过500kV 线路接入福建电网，承担调峰、填谷、调频、调相及紧急事故备用任务。电站主体建筑物包括上水库、输水系统、地下厂房系统、地面开关站及下水库，其中下库导流泄放洞工程是下水库施工的关键线路，全长 593.4m，由四大核心洞井结构组成，具体参数如表 1 所示。

表 1 下库导流泄放洞工程主要洞井结构参数表

1.2 地质特征

工程区域地质条件整体较差，主要呈现三大特征：（1）围岩类别以低级别为主：导流泄放洞、弧门室交通洞洞身围岩以Ⅳ、Ⅴ类为主，占比超过 70%，岩体完整性差、裂隙发育，易发生塌方或变形；（2）局部存在特殊地层：导流泄放洞出口边坡为坡积体结构（高度约 75m; ），覆盖层及全风化层厚，地下水丰富；检修闸门井上部10m 为土洞段，孤石分布密集；（3）洞井交叉干扰大：弧门室与交通洞、导流泄放洞呈“T”型交叉，检修闸门井垂直穿越导流泄放洞，施工工序交叉多，相互干扰严重。

2 施工顺序规划与开挖方式确定

2.1 施工顺序规划

为减少工序交叉干扰、保障施工安全，结合洞井结构关联性及地质条件，确定“先隧洞后竖井、先通道后主体”的施工顺序：

（1）同步开展导流泄放洞边坡开挖支护、洞身开挖支护，以及弧门室交通洞的开挖支护，优先形成施工通道；

（2）当弧门室交通洞开挖至支 0+232.601 桩号时，开挖弧门室施工支洞（长 176.38m，断面 4.5×4.5m），待支洞完工后启动弧门室开挖，同时继续推进弧门室交通洞剩余段（至支0+353.1 桩号）；

（3）事故检修闸门井待边坡开挖完成后，先施工导井，再进行扩挖，避免与导流泄放洞开挖冲突。

2.2 开挖方式确定

鉴于工程洞井类型多样（隧洞、竖井、矩形室体）且地质条件差异显著（土洞、破碎岩、富水边坡等），常规开挖工艺易出现围岩失稳、成型质量差等问题，施工团队通过为期20 天的现场专项试验（含 3 组爆破参数正交试验、2 组导井施工工艺对比试验），结合洞井功能需求及施工资源配置，最终确定“一洞一策”的差异化开挖方式。试验过程中同步开展围岩变形监测（布设收敛计 12 组、测斜仪8 台）及爆破震动监测（布设传感器 15 个），以监测数据反向优化开挖参数，确保方案科学性与实操性：

（1）土洞段（导流泄放洞 30m、弧门室交通洞 50m）：采用“上台阶环向预留核心土”开挖，循环进尺 75cm（与钢拱架间距匹配），避免土体扰动；

（2）弧门室：增设施工支洞至顶层，采用“由上至下分层开挖”，解决传统“盲井施工”的安全隐患；

（3）隧洞（导流泄放洞、弧门室交通洞）：采用“楔形掏槽+周边光面爆破”，通过爆破试验优化参数，

（4）检修闸门井：采用“定向钻+反井钻机+人工扩挖”集成工艺，先钻φ295mm 导孔，再扩φ2.4m 导井，最后人工扩挖至设计断面。

3 关键开挖技术措施

3.1 土洞段及高边坡开挖技术

3.1.1 上台阶环向预留核心土开挖技术

导流泄放洞出口 30m 及弧门室交通洞进口 50m 土洞段，地质勘察为冲洪积粉质黏土层，孔隙比 1.3-1.6、天然含水率22%-28%、内摩擦角 16°-20°、黏聚力12-18kPa，呈松散-稍密状态，遇水易软化崩解，开挖 4h 内易局部掉块。常规开挖易引发坍塌，经多方案比选采用“上台阶环向预留核心土”开挖技术，通过“超前加固+环形开挖+核心土临时支撑+及时封闭”闭环控制降低土体扰动，核心技术要点如下：

（1）超前支护先行，筑牢开挖 须 完成超前支护闭环。选用Φ42mm×3.5mm无缝钢管加工的砂浆锚杆（长度 锚固力，满足临时支护需求。施工时采用 YT-28 手风钻沿洞室轮廓线 钻孔完成后立即清孔并插入锚杆，采用 BW-150 型注浆泵灌注 M20 水 ≥95%。锚杆间距设定为 1.0×1.0m梅花形布置，形成密集锚固网， 初凝时间控制在 2h 内，避免掌子面长时间暴露。

（2）分层分段开挖，严控扰动范围：采用“上台阶先行、下台阶跟进”的分层模式，上台阶开挖高度 3.5m（为洞高 7m 的50%，匹配土体自立高度限值），采用环形开挖方式，单次环形开挖宽度 2.0m，开挖轮廓线偏差控制在±5cm 内。核心预留2.0×2.0m 正方体核心土，该尺寸经数值模拟验证可提供足够临时支撑力，有效约束周边土体侧向变形。开挖循环进尺严格锁定75cm，与后续钢拱架间距保持一致，实现“开挖一段、支护一段”的同步衔接，每循环开挖后立即采用全站仪监测拱顶沉降，沉降速率超过 2mm/d 时暂停开挖并加强支护。

（3）及时初期支护，实现快速封闭：上台阶开挖30min 内启动支护，采用 I18 工字钢拱架（间距 75cm），配 C25 混凝土垫块（厚 10cm，贴合度≥90%），Φ22mm 纵向连接钢筋（间距 1.0m）；挂Φ8mm、20×20cm 钢筋网（搭接≥30cm），喷射 20cm厚C25 混凝土（分两层）；围岩变形速率≤0.5mm/d 时开挖下台阶（高 3.5m），采用单侧跳槽开挖。

（4）科学组织出渣，规避附加荷载风险：选用 1.2m³小型履带式挖掘机（机身宽 1.8m）“由外向内分层切削”，严禁掏底；20t 自卸车运输（装渣量80%），沿洞侧 50cm 宽临时通道行驶，与作业面保持≥5m 安全距离；洞外堆渣场距洞口≥30m，堆高≤5m。

3.1.2 高边坡预应力锚索支护技术

导流泄放洞出口边坡高度约70m，分四级马道开挖，上部为富水覆盖层，采用“1200kN 无粘结预应力锚索+框格梁”支护（锚索长度50m），针对施工中出现的“破碎带钻孔困难”问题，提出两种改进措施：

（1）固壁灌浆+套管法：当钻孔至破碎带（25-39m）出现“不反浆、不反水”时，先进行固壁灌浆（注入水泥浆封堵裂隙），待浆体凝固后采用Φ150mm 套管跟进钻孔，直至基岩面。如 MS01 号孔施工中，通过该方法实现钻孔深度 49m，共下套管 27根（总长 40.5m）；

（2）改进钻孔+套管法：采用Φ170mm 钻头预钻至破碎带，退出钻具后换Φ150mm 偏心钻具下套管，穿越破碎带后继续加深套管（长度超过锚固段要求），解决“跟管阻力大”问题。

3.2 弧门室分层开挖技术

弧门室为大断面矩形结构，若仅依托下部弧门室交通洞开展反挖施 ，将形成典型“盲井作业”场景，存在作业空间受限、通风排烟困难及顶拱坍塌等多重安全风险。基于风险管控及施 效率优化目标，在弧门室交通洞支0+232.601 桩号处增设长176.38m、断面 4.5m×4.5m 的施工支洞直达弧门室顶层（高程 255.60m），采用“由上至下四层分层开挖”工艺，通过分层卸荷控制围岩变形，核心施工流程如下：

第一层开挖（高程 251.60-255.60m）：通过施工支洞进入弧门室顶层作业面，采用全断面开挖工艺，周边光面爆破参数按孔距50cm、抵抗线 60cm 控制，中部采用楔形掏槽形式，掏槽孔深度 2.5m；开挖渣料经施工支洞采用 20t 自卸车转运出洞，实现“开挖-出渣”单向流作业。

第二层开挖（高程 248.60-251.60m）：自上而下开挖至右端墙底板设计高程后，在已贯通至弧门室的弧门室交通洞内施工Φ2.4m 溜渣井，形成垂直渣料转运通道；开挖渣料经溜渣井下落至交通洞，再由自卸车外运，规避多层作业交叉干扰。

第三、四层开挖（高程245.10-248.60m、239.50-245.10m）：第三层开挖延续第二层工艺标准，渣料经既有溜渣井转运至交通洞后外运；第四层开挖至弧门室底部设计高程，直接依托弧门室交通洞开展开挖及支护作业，爆破参数、支护工艺与第一层保持一致，确保洞室结构成型质量。

3.3 隧洞爆破开挖技术

导流泄放洞、弧门室交通洞洞身主体围岩以Ⅳ、Ⅴ类为主，岩体完整性差且裂隙发育，为实现洞室成型质量与围岩稳定性的双重控制，针对性采用“楔形掏槽+周边光面爆破”组合工艺，通过现场正交试验优化爆破参数体系（具体参数见表 2），核心技术措施如下：

（1）钻孔设备选型与精度控制：核心钻孔设备选用 YT-28 型气腿式手风钻，匹配φ42mm 合金钻头，钻孔施工严格执行“三定”原则（定人、定机、定孔位），孔位偏差、孔深误差及钻孔角度偏差均控制在±5cm 范围内，确保爆破参数精准落地。

（2）炸药及起爆系统选型：选用 2#岩石乳化炸药（药卷规格φ32mm×200mm），该炸药适配低强度岩体爆破需求，具有抗水性能优、爆轰稳定性好等特点；起爆系统采用非电毫秒延期雷管，通过分段延期控制爆破震动，严格控制同段起爆雷管数量（Ⅳ类围岩≤10 发/段，Ⅴ类围岩≤8 发/段），确保围岩质点震动速度≤15cm/s，规避震动诱发的围岩失稳风险。

（3）爆破参数动态控制：基于围岩类别差异化设定核心参数：Ⅳ类围岩循环进尺控制为 1.5-2.0m，Ⅴ类围岩降至 1.0-1.5m；周边孔采用等间距布置，孔距 50-60cm，光面爆破层厚度匹配抵抗线参数设定为 60-80cm，周边孔线装药密度控制在0.2⋅0.3kg/m 。施工中通过爆破效果检测（炮孔残留率≥80%）及围岩变形监测动态调整参数，最终实现洞室超挖量≤10cm 的质量目标。

表2 不同围岩类别隧洞爆破参数表

3.4 检修闸门井多工艺开挖技术

3.4.1 土方井段孤石处理

检修闸门井上部 10m 土洞段为冲洪积粉质黏土层，孤石呈随机分布状态（粒径 0.5-2.0m） ），鉴于土体松散易扰动的特性，为规避传统机械破碎引发的洞壁坍塌风险，针对性采用手持式液压分裂枪静态分裂工艺处理孤石，具体施工流程及控制要求如下：

（1）精准钻孔：选用Φ42mm 合金钻头配小型潜孔钻机进行垂直钻孔作业，孔深根据孤石实际粒径确定（不小于 500mm，且需穿透孤石核心区域）；孔位布置采用矩阵式排列，孔间距控制在 300-400mm，确保分裂力均匀传递至孤石整体结构。钻孔完成后采用高压风清孔，清除孔内渣土及浮尘，保障楔块安装贴合度。

（2）静态分裂：将液压分裂枪的“ 间驱动楔块 +双侧分裂楔块”组件精准嵌入钻孔，确保楔块与孔壁紧密贴合；启动液压系统驱动中间楔块轴向推进，通过楔块斜面传导产生径向分裂力（额定最大分裂力≥300kN），使孤石在 5-10s 内沿钻孔连线形成贯通性主裂缝，裂缝宽度初步控制在 2-5mm。分裂作业时采用分区段逐孔推进方式，避免多组设备同时作业引发土体振动。

（3）裂缝扩宽：针对初步形成的主裂缝，更换定制扩大垫片嵌入分裂楔块间隙，再次启动液压系统进行二次分裂作业，将裂缝宽度扩至 5-10cm；裂缝拓宽后采用人工手持风镐或撬棍进行破碎清理，破碎后的孤石碎块粒径控制在 30cm 以内，便于通过竖井临时溜渣通道转运。

3.4.2 石方井段反井钻机施工

石方段（深度 65m）采用 ZFY/3.5/150/400 型反井钻机施工，流程如下：

（1）导孔钻进：从上至下钻Φ295mm 导孔，采用Φ110mm 三牙轮钻头，钻进速度控制在 0.5-0.8m/h，每钻进 1 根钻杆（长度 3m）进行 1 次测斜；

（2）导井扩挖：导孔贯通后，自下而上采用Φ2.4m 扩孔钻头扩挖，扩孔速度 0.3-0.5m/h，渣料通过导孔溜至下部导流泄放洞；

（3）测斜纠偏：当钻孔偏距 >（ .5m 或井斜角＞0.8°时，采用弯角 1.25°（或 1.5°）螺杆钻具纠偏，定向钻进长度 2-3m（纠偏）或 1-2m（降斜），工具面角反扭 20-30°。

3.4.3 人工扩挖

导井完成后，撤离反井钻机，搭建两层施工平台（底层钻爆、上层支护），采用人工手持 YT-28 手风钻钻孔，周边光面爆破，扩挖至设计断面（6.7×8.4m），渣料通过导孔溜出。

4 施工效果与效益分析

4.1 施工效果

（1）安全方面：构建“监测预警+分级 体安全管控体系，全程实现安全零事故。施工期间在洞室周边布设收敛计 32 组、拱顶沉降观测点4 采用自动化监测系统每 2 小时采集 1 次数据，当围岩变形速率超过 1mm/d 时自动预警并启动加密 工、开挖与支护工序4 小时内无缝衔接，以及针对破碎带制定的专项防塌预案（ 固设备待命），最终将围岩变形量严格控制在设计阈值内：Ⅳ类围岩最大变形量12.3mm（≤15mm）， Ⅴ类围岩最大变形量 26.8mm（≤30mm），未出现任何塌方、边坡滑动及人员伤亡事故。

（2）质量方面：推行“工序验收+试验检测+样板引路”质量管控模式，关键指标均优于设计要求。洞室成型经激光断面仪检测 156 个断面，成型率均值 92.5%（≥90%），最大超挖量 8.6cm（设计允许 10cm）；光面爆破炮孔残留率逐循环检查，Ⅳ类围岩 85%-90%、Ⅴ类围岩 80%-85%（均≥80%），洞壁平整度偏差±3cm 内。预应力锚索“一索一检”，采用张拉应力-应变双控法检测 120 根，合格率100%，85%锚索伸长量控制在设计值±5%内（优于±10%规范要求）；混凝土强度抽检 230 组，合格率100%，满足结构耐久性设计标准。

（3）进度方面：采用“双作业面并行+关键工序优化+资源动态调配”模式实现超前完工。将“单洞独头开挖”调整为“主洞+支洞”双作业面，投入 2 台反井钻机、5 台 YT-28 手风钻及 8 台自卸车组建专业班组，实行 24 小时轮班作业。优化弧门室关键节点分层高度（3m 调至 4m），减少分层次数 3 次，节省工期 8 天；优化爆破参数后，Ⅳ类围岩隧洞循环进尺从 1.2m 提升至1.5m，日开挖效率提升 25%。最终导流泄放洞实际工期 185 天，较计划 200 天提前 15 天完工，保障了下水库当年 11 月蓄水节点，为后续机组安装调试预留充足时间。

4.2 效益分析

（1）经济效益：通过全流程技术优 精准管控 经济效益显著。在爆破施工中，基于Ⅳ、Ⅴ类围岩特性优化楔形掏槽参数及周边光面爆破装药量， 计的 1.2kg/m 降至 1.02kg/m，结合隧洞开挖总量 593.4m 及弧门室等附属洞室开挖量，累计减 针对破碎带钻孔难题采用“固壁灌浆+套管法”等改进技术，将套管损耗率从 节省套管及辅助材料成本约 22 万元。同时，技术优化提升了施工效率，隧洞日 钻孔效率提升 30%，减少人工窝工及设备租赁成本约 40 万元，三项合计累计节省成本 国真成 本降低 6.2% ，实现了“提质降本”的管控目标。

（2）技术效益：基于工程实践形成了“不良地质复杂洞井开挖技术体系”，该体系涵盖土洞段“上台阶环向预留核心土+超前锚喷支护”、高边坡“预应力锚索+改进钻孔工艺”、大断面弧门室“增设支洞+分层开挖”、长隧洞“楔形掏槽+光面爆破参数动态优化”及深竖井“定向钻+反井钻机+人工扩挖”五大核心技术模块，解决了不良地质条件下洞井开挖“围岩稳定控制难、大断面施工风险高、多工序交叉干扰大”等行业共性难题。其中，土洞段开挖技术将围岩变形量控制在 26.8mm 以内，较传统工艺降低 40%；深竖井测斜纠偏技术使井斜角控制在 0.8°以内，优于行业 1.0°的标准要求。该技术体系已形成企业级工法 3 项，相关技术成果在福建周宁、广东梅州等同类抽水蓄能电站工程中推广应用，施工效率平均提升 20%，塌方事故发生率降至零，为国内不良地质条件下地下洞井工程施工提供了可复制、可推广的技术范式。

（3）社会效益：工程的安全有序推进及提前完工产生了显著的社会价值。从能源保障角度，导流泄放洞工程提前 15 天完工，确保了下水库按期蓄水，为电站 4 台 350MW 机组后续安装调试预留了充足时间，电站得以提前 3 个月并网发电，每年可新增调峰电量 12 亿 kWh，有效缓解了福建电网“峰谷差”矛盾，尤其在台风等极端天气下的应急供电保障能力提升 30%，进一步增强了区域能源供应的稳定性与可靠性。从行业示范角度，工程施工期间实现“零塌方、零伤亡”的安全目标，其“监测预警+分级防控+应急处置”的安全管理模式被福建省水利水电行业协会作为典型案例推广，为同类工程安全施工提供了管理参考。此外，工程建设期间带动当地劳务就业 300 余人，采购本地建材占比达 45%，间接推动了地方经济发展，实现了“工程建设与社会发展”的协同共赢。

厦门抽水蓄能电站下库导流泄放洞工程针对不良地质条件下复杂洞井结构的开挖难题，通过“差异化开挖方式选择+关键技术优化+针对性改进措施”的组合策略，实现了施工安全、质量与进度的协同控制，主要结论如下：

（1）土洞段及高边坡采用“上台阶环向预留核心土+预应力锚索（改进钻孔）”技术，有效控制了土体扰动与边坡失稳；

（2）弧门室通过“增设施工支洞+分层开挖”，解决了盲井施工的安全隐患，提升了开挖效率；

（3）隧洞“楔形掏槽+周边光面爆破”技术可显著减少围岩扰动，适用于Ⅳ、Ⅴ类围岩为主的长隧洞开挖；

（4）检修闸门井“定向钻+反井钻机+人工扩挖”集成工艺，兼顾了深竖井开挖的安全性与经济性。

该工程的实践经验表明，针对复杂洞井结构需“因地制宜”制定开挖方案，通过技术创新与工艺优化，可在不良地质条件下实现工程建设目标，为同类工程提供借鉴。

参考文献

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