復(fù)雜地質(zhì)條件下地下廠房巖壁吊車梁的開挖施工

冉龍武，劉正軍

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川都江堰611830)

1 概述

葛達(dá)水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)，為雅礱江二級支流吉珠溝“一庫四級”的最下游一級電站。閘址位于二級支流吉珠溝巴德村，沿吉珠溝經(jīng)左岸約9.63km長的引水隧洞引水至霍曲河左岸唐崗電站閘址上游左岸山體內(nèi)的地下廠房處發(fā)電。該電站上游與吉珠溝巴德電站銜接，尾水與雅礱江牙根水電站正常蓄水位銜接，采用引水式開發(fā)，主要開發(fā)任務(wù)為發(fā)電，無通航、灌溉、防洪等綜合利用要求。

葛達(dá)水電站設(shè)計水頭286m，裝機容量60 MW，水庫正常蓄水位高程2924m，水庫總庫容36.3萬m3，最大閘高22m，具有日調(diào)節(jié)能力。

葛達(dá)水電站地下廠房開挖尺寸為57.34m×16.5m×39.6m(長×寬×高)，采用巖壁吊車梁型式作為橋機承重平臺。廠內(nèi)使用單小車橋式起重機，跨度13.5m。

巖壁吊車梁全長44.52m，其中斜面角度25°，巖臺高度1.5m，寬0.7m。

2 工程地質(zhì)條件

地下廠房位于霍曲河左岸山體內(nèi)，水平埋深約130～150m，垂直埋深約400～500m。圍巖由黑云母二長花崗巖組成，主、副廠房位置地質(zhì)構(gòu)造主要以裂隙為主，未見斷裂及擠壓破碎帶發(fā)育，裂隙發(fā)育的基本格架以“兩陡一緩”構(gòu)成。

根據(jù)開挖后揭示的地質(zhì)條件，從安裝間2609 m高程直接發(fā)育兩條比較大的裂隙，一條延伸到安裝間與主機間相交處，從巖壁吊車梁區(qū)向上直接延伸到頂拱，另一條從1#機斜向發(fā)育經(jīng)吊車梁區(qū)延伸到副廠房頂部，受此裂隙切割影響，兩側(cè)巖體層厚不足0.6m;廠房下游墻裂隙較上游墻發(fā)育，層厚0.2～1m，層間有2～3cm不等填充物，其走向與廠房軸線成20°左右夾角，在上直墻開挖過程中出現(xiàn)過巖體失穩(wěn)滑落現(xiàn)象，在副廠房與主廠房相交處受前期地質(zhì)探洞爆破影響巖體完整性差。

3 技術(shù)要求

由于對主廠房巖壁吊車梁質(zhì)量要求較高。為確保梁臺開挖成型質(zhì)量，減少圍巖的損傷，對巖壁吊車梁開挖進(jìn)行了專門的爆破設(shè)計與實驗。

巖壁吊車梁巖臺開挖的成型質(zhì)量將直接影響巖壁牛腿的受力條件，對巖石開挖提出了嚴(yán)格的要求:開挖后巖臺斜面成型效果良好，無欠挖，超挖不超過20cm，半孔率不低于80%，爆破后開挖巖面平整，無明顯爆破裂隙。

4 采取的工程措施

4.1 通過爆破試驗，根據(jù)圍巖類別等選取爆破參數(shù)

(1)根據(jù)現(xiàn)場揭示的地質(zhì)情況，結(jié)合同類工程施工經(jīng)驗，在廠房選取不同圍巖做1∶1的保護(hù)層分別采用水平光爆、垂直光爆時，以及巖臺周邊孔間距分別為25cm、30cm時的爆破參數(shù)。

(2)根據(jù)圍巖類別，巖臺周邊孔間距分別采用25cm、30cm間距做爆破試驗，選取爆破參數(shù)(表1)。

4.2 技術(shù)性超挖

根據(jù)巖壁吊車梁選用的施工方法、施工工藝要求，為確保不欠挖、一次性成型要求，以下部位需要進(jìn)行技術(shù)性超挖(表1):

表1 簡易爆破試驗參數(shù)表

巖壁吊車梁保護(hù)層Ⅱ3區(qū)開挖采用水平造孔光面爆破，單循環(huán)進(jìn)尺2m左右?？紤]到周邊鉆孔需要且為了確保不欠挖，確定技術(shù)性超挖5～10cm;

巖臺上直墻部分采用垂直造孔光面爆破。為確保不欠挖，按照周邊孔最小外傾1.5°計算，技術(shù)性超挖5cm。

4.3 圍巖破碎段的超前固結(jié)

為有效保證巖臺的成型，在進(jìn)行拉槽開挖前，沿設(shè)計開挖線設(shè)置了兩排超前固結(jié)灌漿孔，超前固結(jié)灌漿孔深5m，豎直向內(nèi)斜5°，孔距1.5m，梅花型布置。固結(jié)灌漿采用P.O42.5配置純水泥漿液，水灰比為1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1(重量比)4個比級，由稀到濃控制，灌漿壓力為0.3～0.5MPa，由小到大升壓灌注。

4.4 其它輔助措施

由于巖石條件差，為防止上直墻在開挖過程中出現(xiàn)垮塌，沿開挖線外設(shè)豎向錨桿一排φ22@50cm，孔深以超過上直墻與斜臺相交拐點以下50cm為宜。

下直墻在開挖后即沿下拐點以下設(shè)置兩排鎖口錨桿:第一排φ22@50cm，L=450cm，錨桿間用∠50等邊角鐵連接，第二排距第一層20cm，φ22@75cm，L=450cm，并掛φ8@20×20cm鋼筋網(wǎng)，噴C20混凝土12cm厚?？梢杂行Х乐剐迸_開挖時將拐點處輪廓損傷。

4.5 開挖方法

根據(jù)該廠房開挖高度及各部位施工要求，廠房共分七層開挖。吊車梁位于主廠房及安裝間第二層開挖區(qū)內(nèi)。本層開挖高度為5.5m，開挖寬度為16.5m。斜臺與上直墻相交拐點以上預(yù)留2m保護(hù)層，中間拉槽導(dǎo)坑開挖兩側(cè)預(yù)留2.8m的保護(hù)層，開挖寬度9.5m。中間拉槽導(dǎo)坑開挖兩側(cè)采用光面爆破。兩側(cè)保護(hù)層采用雙層光面爆破開挖。巖臺斜面與上直墻保護(hù)層開挖一次爆破成型。

4.5.1 開挖程序

巖臺以上預(yù)留保護(hù)層——中間拉槽導(dǎo)坑開挖——兩側(cè)保護(hù)層開挖——巖臺開挖，見圖1。

圖1 巖壁吊車梁開挖程序圖

4.5.2 上直墻開挖方法

為最大程度保證巖臺不受爆破影響，巖臺以上預(yù)留2m的保護(hù)層。進(jìn)行下層開挖前，在平臺上用YT－28型手持式風(fēng)鉆將上直墻豎向孔按間距30cm預(yù)先造孔(即與Ⅱ2區(qū)同時鉆孔)，孔深以超過高程2618.29m以下2～3cm為宜。豎向孔進(jìn)行鉆孔時，測量依設(shè)計邊線按30cm間距在平臺邊線上依次畫出，為保證至拐點高程2618.29m的同一鉆孔深度，在保護(hù)層上2620.8m高程每隔5m設(shè)水平點并用手風(fēng)鉆造孔，造孔時保證孔口處高程一致，錨桿灌注后，連接鋼絲，以此鋼絲作為鉆孔的一致水平線。同時，為保證鉆孔的孔斜符合要求，要求用線錘進(jìn)行校正，需滿足豎直要求。

鉆孔完成后用φ40PVC管插孔防止下層造孔時造成內(nèi)孔垮塌或堵塞，在與斜臺同時起爆時，取出內(nèi)孔PVC管即可。

4.5.3 拉槽導(dǎo)坑開挖方法

在完成兩側(cè)邊墻的豎向造孔后，即從安裝間開始向副廠房拉槽開挖，開挖采用YT－28型風(fēng)鉆，以造水平孔為主。為減少拉槽對兩側(cè)巖體的影響，兩側(cè)需預(yù)留2.8m的保護(hù)層，同時，拉槽開挖兩側(cè)需按光面爆破進(jìn)行開挖，爆破參數(shù)見表2。

4.5.4 兩側(cè)保護(hù)層開挖方法

完成中間拉槽后即進(jìn)行兩側(cè)保護(hù)層的開挖。由于巖體裂隙發(fā)育，故根據(jù)不同的巖石走向制定不同的鉆孔方向，同時根據(jù)鉆工鉆孔的習(xí)慣適時進(jìn)行調(diào)整，現(xiàn)場按水平及豎向兩種方式進(jìn)行鉆孔;同時，為有效減小爆破對保護(hù)巖體的振動，每一保護(hù)層均設(shè)置了雙層光面爆破，爆破效果較理想，第一層保護(hù)層Ⅱ2區(qū)開挖從高程2617.28m至2620.3m，以斜臺拐點以上50cm為控制目標(biāo)，主要采用豎向鉆孔，第二層Ⅲ3區(qū)從高程2617.28m至2614.8m以下先采用豎向鉆孔完成開挖面后，再采取水平孔分兩邊開挖，見表3。

表2 拉槽開挖爆破參數(shù)表

表3 保護(hù)層開挖爆破參數(shù)表

在完成下直墻開挖后即開始進(jìn)行下直墻即斜臺拐點以下的鎖口支護(hù)，支護(hù)參數(shù)見4.4節(jié)中之其它輔助措施。

4.5.5 斜臺開挖方法

在完成保護(hù)層開挖后即進(jìn)行斜臺開挖的準(zhǔn)備工作:根據(jù)實際開挖情況，由測量人員根據(jù)設(shè)計圖紙放出斜臺拐點開挖線，將φ40鋼管沿開挖線鎖定并依設(shè)計角度由測量放樣將斜臺延長線引到開挖線外用φ40鋼管鎖定，形成放樣架，將φ50鋼管按間距30cm鎖定在放樣架上，形成鉆孔導(dǎo)向管，嚴(yán)格控制鉆孔的方向、間距及孔斜，如圖2所示。

圖2 斜臺開挖示意圖

在完成斜臺鉆架的搭設(shè)工作后，即可進(jìn)行斜臺鉆孔。鉆孔時，應(yīng)按掛口低風(fēng)壓、導(dǎo)釬循環(huán)，按規(guī)定長度鉆設(shè)的要求，每完成一個孔即進(jìn)行編號驗收;對于不合格的孔應(yīng)進(jìn)行堵塞并重新鉆設(shè)。豎向鉆孔與斜臺鉆孔孔位應(yīng)盡量保持一致，即上直墻底孔與斜臺孔貫通以控制斜臺與上直墻拐點處的超欠挖。

上直墻與斜臺同時起爆，采用導(dǎo)爆索綁乳化炸藥藥卷間隔裝藥。

由于工程所在區(qū)域不提供直徑25mm的專用光面爆破藥卷，故在施工現(xiàn)場將直徑32mm的乳化炸藥用小刀從中間劃破自行加工，并滿足線裝藥密度及不耦合系數(shù)要求。采用竹片間隔裝藥，用膠布將藥卷與導(dǎo)爆索綁在竹片上，底部藥量加大一倍，炮孔堵塞長度為50cm。

斜臺爆破參數(shù)見表4。

表4 斜臺爆破參數(shù)表

5 巖臺爆破后的效果

光面爆破孔分布比較均勻。

巖石條件好的半孔率約為95%，巖石條件較差的半孔率約為80%，均形成巖臺。

經(jīng)測量，表面不平整度不超過20cm，無欠挖，孔壁無爆破裂隙，斜臺與水平面的平均夾角為64°(設(shè)計為65°)。經(jīng)驗證，所采取的措施得當(dāng)且合適，完全滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)語

巖臺開挖在地下工程中為關(guān)鍵的施工環(huán)節(jié)，其開挖質(zhì)量直接影響到后期巖壁吊車梁的運行安全及可靠性。本工程在巖臺開挖期間成立了專門的領(lǐng)導(dǎo)小組作為保障并對作業(yè)層采取經(jīng)濟(jì)獎罰。在開挖過程中，根據(jù)不同的圍巖條件反復(fù)進(jìn)行爆破試驗，全程監(jiān)控作業(yè)層的鉆孔，嚴(yán)格按擬定的措施進(jìn)行驗收并實施爆破，最終達(dá)到了設(shè)計意圖。

在復(fù)雜地質(zhì)條件下，如何利用已經(jīng)成熟的施工技術(shù)確保巖臺的開挖質(zhì)量仍然是值得探討和深思的問題。通過對施工現(xiàn)場采取的各種措施進(jìn)行總結(jié)和歸納，對類似工程有一定的借鑒作用。