龍灘電站地下廠房巖錨梁施工

張生芹 郭松飛 周 飛

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都610081）

0 概述

（1）工程簡介

龍灘電站地下廠房為國內(nèi)目前在建的最大的地下廠房，廠房長398.9m，寬30.7m（28.9m），高77.4m。主廠房上下游側(cè)EL243.75高程各布置一條巖錨梁，單條巖梁梁長388.9m（HR0+60～HL0+318.7）在廠房右端HR0+60～HR0+70.2為巖臺梁。巖錨梁體型見圖1,地下廠房巖錨梁的施工有其共同的特點(diǎn)，每個地下廠房所處的地質(zhì)條件不同，圍巖類型的差別，又各具特殊性。針對龍灘地下廠房的地質(zhì)特點(diǎn)及地下廠房的體型尺寸，采用現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)合工程類比的方法尋求施工措施、確定施工工藝和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

（2）施工措施綜述

地下廠房巖錨梁的施工都有其共同的特點(diǎn)，每個地下廠房因所處的地質(zhì)條件不同，圍巖類型的差別，又各具特殊性。針對龍灘地下廠房的地質(zhì)特點(diǎn)及地下廠房的體型尺寸，采用現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)合工程類比的方法尋求施工措施，確定施工工藝和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

圖1 巖錨梁體型

1 施工措施

1.1 爆破松動圈確定

在地下洞室施工中采用鉆爆法，任何一種爆破方式均會對圍巖產(chǎn)生影響。爆破松動圈是評價爆破成功與否的技術(shù)指標(biāo)之一。在其它條件相同的情況下，松動圈的大小影響了支護(hù)的方式、支護(hù)時機(jī)。巖錨梁是通過深錨桿附著在巖面上的一個構(gòu)筑物，巖錨梁為一超靜定結(jié)構(gòu)，巖臺的成型直接關(guān)系到錨桿受力和梁體穩(wěn)定。巖臺的成型包括兩個方面：（1）爆破后的巖臺成型，（2）巖梁砼入倉前的巖臺成型。巖臺爆破成型后，表層基巖通常會產(chǎn)生掉塊，龍灘電站地下廠房圍巖結(jié)構(gòu)面、節(jié)理面產(chǎn)狀不利于巖臺的最終成型，開挖后，掉塊現(xiàn)象將會加劇。施工中應(yīng)減小因爆破對圍巖產(chǎn)生的破壞。因而在巖臺開挖前應(yīng)確定兩個方面的爆破對巖錨梁范圍內(nèi)的巖石產(chǎn)生的影響范圍：（1）巖臺爆破開挖時產(chǎn)生爆破松動圈；（2）巖臺開挖前相鄰部位爆破產(chǎn)生的松動圈。

在龍灘電站地下廠房巖錨梁巖臺開挖前在廠房I層已成形巖面及預(yù)留中柱，廠房II層拉槽所預(yù)留的保護(hù)層，對不同的圍巖類別做了爆破松動圈的測定。爆破松動圈測定采用雙孔法，水偶合，測孔深6m。采樣頻率0.1m。測定成果見表1。

表1 廠房爆破松動圈測定成果

從表1可看出，采用控制爆破后，爆破松動圈基本在0.8m以內(nèi)，未采用控制爆破的廠房巖柱上的爆破松動圈在2.9m。根據(jù)實(shí)測結(jié)果，首先確定巖臺預(yù)留保護(hù)層的尺寸，以廠房巖柱的松動圈范圍為基礎(chǔ)，考慮到廠房II層中部拉槽應(yīng)用梯段爆破，爆破對巖石產(chǎn)生的破壞范圍高于掘進(jìn)爆破，保護(hù)層預(yù)留了5.9m。廠房II層拉槽完成后對上下游保護(hù)層進(jìn)行了松動圈測定，廠房III類、II類圍巖松動圈小于3.5m，IV類圍巖小于4m。

1.2 爆破參數(shù)及工工藝確定

根據(jù)龍灘電站地下廠房圍巖地質(zhì)條件、廠房II層開挖措施及現(xiàn)有設(shè)備結(jié)合巖臺開挖技術(shù)要求，初步擬定巖臺開挖采用四種方案進(jìn)行工藝性試驗(yàn)，即：

（1）353E水平鉆孔，光面爆破，全斷面一次成型；

（2）預(yù)留保護(hù)層，手風(fēng)鉆鉆垂直、斜孔光面爆破成型；

（3）預(yù)留保護(hù)層，臺車鉆水平孔、手風(fēng)鉆鉆斜孔光面爆破成型；

新型藍(lán)印花布圖像數(shù)據(jù)庫搜索空間樹主要是將時間與傳統(tǒng)二叉樹相結(jié)合，以時間參數(shù)為主索引，構(gòu)造出一個二叉樹結(jié)構(gòu)；隨后再在各個時間塊內(nèi)，利用藍(lán)印花布識別比對值，構(gòu)造出一個基于藍(lán)印花布紋樣識別比對值的鏈表結(jié)構(gòu)，從而在整體上形成一種空間二叉樹的結(jié)構(gòu)。其步驟示意如圖1所示。

（4）預(yù)留保護(hù)層，手風(fēng)鉆造垂直、斜面套管光爆成型。

在工藝性試驗(yàn)的同時完成在各類圍巖段爆破參數(shù)的確定。

通過試驗(yàn)結(jié)果對比，龍灘地下廠房巖錨梁巖臺采用了預(yù)留保護(hù)層，巖臺上、下拐點(diǎn)直墻手風(fēng)鉆垂直預(yù)裂，巖臺斜面斜孔光爆，巖臺下拐點(diǎn)欠10cm的施工工藝。光爆參數(shù)見下表

表2 巖臺斜面光爆參數(shù)表

巖臺開挖完成后，對上下游側(cè)巖錨梁EL243.75～EL246.55范圍內(nèi)圍巖進(jìn)行松動圈測定，III類、II類圍巖松動圈小于50cm，IV類圍巖小于80cm。

巖臺開挖前期，上下游側(cè)均出現(xiàn)表層巖石掉塊，在上游側(cè)HR0+20樁號段，巖臺開挖12小時后便發(fā)生大面積掉塊。經(jīng)分析，上游側(cè)的巖層傾角較大，傾角在65°～80°之間，巖層傾向與廠房軸線交角大。HR0+00～HR0+70樁號段圍巖多為泥板巖、灰?guī)r夾泥板巖、粉砂巖互層及少量砂巖，圍巖的節(jié)理、裂隙發(fā)育，存在一定量的隱性節(jié)理，巖石的完整性較差。爆破后圍巖在應(yīng)力調(diào)整的過程中導(dǎo)致了掉塊，爆破時爆破振動對圍巖的擾動使圍巖節(jié)理產(chǎn)生擴(kuò)張，也是導(dǎo)致掉塊的因素之一。下游側(cè)邊墻巖層為緩傾角，并且圍巖的應(yīng)力變化大（根據(jù)安裝埋設(shè)的監(jiān)測儀器所得數(shù)據(jù)）是導(dǎo)致掉塊的主要因素。據(jù)此，采取了在巖臺斜面開挖前先施工巖臺上下直墻的系統(tǒng)錨桿，并在巖臺下拐點(diǎn)EL243.75高程以下25cm位置增設(shè)一排隨機(jī)錨桿（錨桿直徑Φ25，間距1.5m，入巖4.5m）的措施，有效地減少了邊墻的表層巖石掉塊。在圍巖變形較大、圍巖應(yīng)力調(diào)整期短的層狀圍巖中，地下廠房的巖錨梁段施工分層，在滿足施工巖梁錨桿的大型機(jī)具的作業(yè)空間的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量降低分層高度。巖臺斜面光爆孔的方向角與圍巖結(jié)構(gòu)面走向能有30～40度交角，能減小因爆破造成的節(jié)理、裂隙擴(kuò)張程度。

1.3 爆破振動測定

巖錨梁砼施工后,爆破作業(yè)時必須對爆破質(zhì)點(diǎn)振動速度采取控制。龍灘電站設(shè)計提出的地下洞室爆破質(zhì)點(diǎn)振動速度控制要求見表3。

表3 允許爆破質(zhì)點(diǎn)振動速度（cm/s）

從上表可看出設(shè)計對龍灘電站地下廠房爆破質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)振動速度的控制要求較高的，并且受保護(hù)的構(gòu)筑物較多，爆破作業(yè)時所受的約束條件也多。

Ⅱ?qū)娱_挖前，選擇在主廠房、主變室進(jìn)行了爆破振動試驗(yàn)，預(yù)裂縫降低爆破振速比例試驗(yàn)，以確定爆破振動預(yù)控的相關(guān)參數(shù)，對施工方案進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

圖2 爆破振動測試V～R關(guān)系圖

根據(jù)試驗(yàn)測試成果分析，形成預(yù)控方案為：爆破安全距離大于15-18m，取單響藥量為15kg～25kg，爆破安全距離小于10m，則最大單響藥量須在5kg以下。各段爆破間隔時間宜大于60ms。

為減小開挖爆破對巖錨梁新澆砼的擾動，在巖錨梁砼未施工前，先完成Ⅲ1層6m高度拉槽開挖，為提供巖錨梁砼施工場地，采取爆破后不出碴；邊開挖邊回填的方法施工。巖錨梁砼澆筑凝期達(dá)到28天，Ⅱ?qū)舆厜χёo(hù)完成后，在安全距離≥100m范圍外，進(jìn)行Ⅲ1層保護(hù)層及下部分層開挖，在開挖過程中，通過參照爆破振動試驗(yàn)成果和現(xiàn)場爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)資料的概率分析，優(yōu)化爆破參數(shù)。其爆破規(guī)模及安全范圍控制方法為：中槽開挖按爆破單響藥量≤22kg，保護(hù)層開挖爆破單響藥量≤5kg，爆破安全距離≥20進(jìn)行控制。

1.4 巖錨梁錨桿

巖錨梁主要設(shè)計了3排受力錨桿，錨桿參數(shù)見表4。

目前施工中利用大型鉆孔機(jī)具，機(jī)械注漿設(shè)備進(jìn)行巖梁的鉆孔、注漿作業(yè)，采用先注漿后插桿工藝施工。龍灘地下廠房巖錨梁錨桿施工完畢后，對巖梁錨桿按100%檢測率進(jìn)行了注漿密實(shí)度無損檢測，合格率100%，優(yōu)良率98.1%。

表4

1.5 巖錨梁砼

龍灘電站地下廠房巖錨梁砼強(qiáng)度為C2830。單條梁長388.9m，分為26個塊號施工，最大澆筑長度22m（一塊），最小澆筑長度15m。上下游巖梁各設(shè)置了4條結(jié)構(gòu)縫，23條施工縫。施工時采用跳塊法。施工中對巖梁環(huán)向筋的加工、安裝進(jìn)行了改進(jìn)，環(huán)向筋加工如圖，圖3中②為其它電站巖梁環(huán)向筋加工圖，①為龍灘電站巖梁環(huán)向筋加工圖。從圖中可看出①圖中的鋼筋接點(diǎn)數(shù)比②圖中的鋼筋接點(diǎn)少了一半，焊接工作量相差一倍，改進(jìn)后施工效率提高了。

圖3 環(huán)向筋加工示意圖

1.6 巖錨梁前期變型分析

巖錨梁于2003年4月20日施工完畢。由于還未做橋機(jī)荷載試驗(yàn)，目前的監(jiān)測數(shù)據(jù)只能反映梁體在靜態(tài)條件下隨圍巖變型產(chǎn)生的變型量、梁體與基巖面的開合度以及巖梁錨桿因圍巖應(yīng)力變化產(chǎn)生的應(yīng)力改變量。

巖錨梁內(nèi)共埋有38組錨桿應(yīng)力計，其中有6組應(yīng)力計發(fā)生應(yīng)力異?，F(xiàn)象。主要表現(xiàn)為受壓錨桿轉(zhuǎn)為受拉，受拉錨桿轉(zhuǎn)為受壓見曲線圖。從曲線圖中可看出，在錨桿入巖6m，3.5m兩個位置的應(yīng)力計變化異常，應(yīng)力增值大，速率快。同一樁號的測縫計所獲得的巖梁開合度數(shù)值為0.28mm，0.28mm這一數(shù)值從2003年4月3日一直穩(wěn)定至2003年4月23日，從2003年4月26日至2003年5月14日開合度增大至0.43mm，開合度曲線見圖。從錨桿應(yīng)力變化曲線及開合度曲線圖中可得出，圍巖深處的應(yīng)力變化與巖梁開合度的變化無直接聯(lián)系。巖梁開合隨開挖層高的降低，邊墻高度的增加而增大。爆破時爆破振動波對梁體的影響較小，雖然在龍灘地下廠房III層以下開挖爆破作業(yè)時出現(xiàn)了超標(biāo)的爆破，最大的爆破質(zhì)點(diǎn)振速達(dá)14cm/s，但爆破質(zhì)點(diǎn)振速的增大并沒增大巖梁與基巖面的開合度，就巖錨梁的爆破質(zhì)點(diǎn)振速控制而言，目前龍灘電站7cm/s的質(zhì)點(diǎn)振速控制標(biāo)準(zhǔn)的合理性有待商討。

圖4 廠房上游側(cè)巖梁受拉錨桿應(yīng)力曲線圖

圖5 廠房下游側(cè)巖梁受壓錨桿應(yīng)力曲線圖

圖6 廠房下游側(cè)巖梁受拉錨桿應(yīng)力曲線圖

圖7 廠房上游側(cè)巖梁受壓錨桿應(yīng)力曲線圖

2 結(jié)束語

（1）巖錨梁施工前，必要的相關(guān)現(xiàn)場試驗(yàn)有利于指導(dǎo)巖錨梁的施工，有針對性的提出解決方案；

（2）減小廠房巖錨梁開挖層的層高，是解決巖臺最終成型的一個方法，分層應(yīng)由圍巖的變位量、圍巖的地質(zhì)條件、施工機(jī)械的有效作業(yè)范圍確定；

（3）對巖錨梁的爆破質(zhì)點(diǎn)振動速度控制標(biāo)準(zhǔn)能否放寬，龍灘地下廠房III層開挖爆破施工時，在巖梁上實(shí)測超標(biāo)炮次為38次，超標(biāo)炮次中,最大質(zhì)點(diǎn)振動速度達(dá)14cm/s，最小的也有7.22cm/s，從開合度曲線可看出，開合度的增加是隨高邊墻的增高而增加的。