云南瀾滄江糯扎渡水電站地下廠房巖錨梁施工技術(shù)

牛景超，盧立新，羅應培

（1.鄭州順鑫工程監(jiān)理有限公司，河南 鄭州 450003；2.河南黃河河務局濮陽黃河河務局，河南 濮陽 475000；3.云南省水利水電科學研究院，云南 昆明 650228）

0 引言

巖錨梁是巖壁吊車梁的簡稱，是利用一定深度的注漿長錨桿將鋼筋混凝土梁體牢牢地錨固在巖石上，通過長錨桿和巖石壁面摩擦力將荷載傳到巖體上［1］。它與普通的現(xiàn)澆梁相比，不設立柱，充分利用圍巖的承載能力。巖錨梁開挖的目的是，確保巖臺體形滿足設計要求，提供良好的基巖受力條件，并保證后期廠房下部開挖過程中保持穩(wěn)定。巖錨梁開挖是地下廠房開挖施工的關(guān)鍵技術(shù)，它集光面（預裂）爆破，錨固技術(shù)，混凝土技術(shù)，應力、應變和位移量測技術(shù)于一體，技術(shù)要求高，施工難度大。筆者結(jié)合云南瀾滄江糯扎渡水電站地下廠房工程，對巖壁梁巖臺的開挖技術(shù)進行了探討。

1 工程概況

云南瀾滄江糯扎渡水電站位于云南省普洱市，是瀾滄江中下游河段八個梯級規(guī)劃的第五級，屬大（1）型一等工程。該工程由心墻堆石壩、左岸溢洪道、左岸泄洪隧洞、右岸泄洪隧洞、左岸地下式引水發(fā)電系統(tǒng)及導流工程等建筑物組成。水庫庫容為237.03×108m3，裝機 9 臺，單機容量為 650 MW，總裝機容量為5850 MW。

糯扎渡水電站地下主廠房、安裝間和副廠房位于壩址左岸，軸線方向為N76°E，其上覆巖體厚度為184～220 m，水平埋深沿軸線方向大于265 m。廠房長度為418 m，主廠房洞室斷面為直邊墻曲頂拱形，最大開挖跨度為31 m，最大高度為81.6 m，頂拱高程為 640.6 m，底板高程為 559.0 m。

主廠房、安裝間和副廠房均位于花崗巖內(nèi)，巖石堅硬，微風化～新鮮。廠房部位巖體質(zhì)量指標（RQD）均在85%以上，主要為塊狀結(jié)構(gòu)或整體結(jié)構(gòu)巖體。廠房部位花崗巖巖體中地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育，沒有發(fā)現(xiàn)屬于Ⅱ級結(jié)構(gòu)面的斷層，屬于Ⅲ級結(jié)構(gòu)面的斷層有F20、F22和F233條，屬于Ⅳ級結(jié)構(gòu)面的小斷層、擠壓面平均發(fā)育間距約23.5 m。主廠房、安裝間和副廠房地段主要發(fā)育二組節(jié)理：① N5°～15°W，SW∠60°～80°，延伸長度一般 3～5 m，少量達 20～30 m，多為微張或閉合的剛性結(jié)構(gòu)面；②N45°～55°E，NW或SE∠80°～90°，延伸長度一般 1～5m，多為微張或閉合的剛性結(jié)構(gòu)面。

2 巖錨梁開挖方案及質(zhì)量標準

2.1 開挖方案

根據(jù)三峽、溪洛渡等同規(guī)模電站地下廠房巖壁梁開挖施工經(jīng)驗［2～3］，并結(jié)合糯扎渡地下廠房的自身特點，本廠房共分X層開挖，吊車巖壁梁所在的廠房開挖Ⅳ層分6個區(qū)（Ⅳ1～6）進行開挖（如圖1所示）。開挖程序為：（1）先采用潛孔鉆造孔，進行中槽兩側(cè)預裂爆破（孔深度 9.2 m），再進行Ⅳ1區(qū)中部拉槽。（2）Ⅳ2區(qū)保護層開挖和巖臺豎直光爆孔 （光面爆破簡稱光爆）、輔助孔造孔。Ⅳ2區(qū)開挖先采用手風鉆預裂，再進行開挖。巖臺豎直光爆孔造孔完成后，孔內(nèi)插PVC管，并對孔口進行保護。 （3）Ⅳ3區(qū)開挖。 （4）Ⅳ4、Ⅳ5區(qū)保護層開挖。采用手風鉆先預裂，再進行開挖。（5）巖壁梁下拐點下部巖壁進行噴錨支護和錨桿加強支護。（6）巖壁斜向光爆孔造孔。（7）巖壁梁豎直、斜向光爆孔雙面光爆一次成型。

圖1 電站地下主廠房巖錨梁開挖示意圖Fig.1 Rock anchor beam excavation of underground main building

2.2 施工原則

各區(qū)施工原則為：（1）保護層開挖滯后中部拉槽約 40.0 m（Ⅳ3滯后Ⅳ1，Ⅳ4和Ⅳ5滯后Ⅳ2）；（2）上、下游保護層開挖錯開距離為30～50 m；（3）巖錨梁采用雙面光爆分段爆破，分段長度為25～30 m。

2.3 質(zhì)量標準

根據(jù)設計要求，炮孔殘留率在Ⅱ、Ⅲ類圍巖中不少于90%，在Ⅳ類圍巖中不少于70%～80%，相鄰兩炮孔間巖面的不平整度不應大于15 cm，相鄰兩炮茬間的臺階或預裂/光面炮孔的最大外斜值不大于15 cm。巖壁不允許欠挖，最大超挖值控制在15 cm以內(nèi)。巖錨梁斜面進行修整后，應盡量達到設計角度，局部角度偏差控制在±2°以內(nèi)。

3 施工方法［4］

3.1 基巖面清理

基巖面采用人工手風鉆、風鎬進行清理。清理內(nèi)容包括：松動塊石清除、欠挖處理等。清理的標準是，基巖面無浮渣、無松動巖塊，開孔線50 cm范圍內(nèi)不平整度小于20 cm。

3.2 測量放樣

造孔定位架搭設前，測量放出所有的設計輪廓線、開孔點和樣架定位點，并采用紅油漆對相關(guān)標示點進行標示。測量完成后，由測量人員向現(xiàn)場技術(shù)人員進行測量技術(shù)交底。

測量放樣精度誤差不大于5 mm，要求巖臺上拐豎向光爆開孔點、斜面光爆開孔點和下拐豎向光爆開孔點在同一樁號上。

3.3 鋼管定位樣架

為了孔位、孔向正確，預裂孔和光爆孔采用直徑42 mm的鋼管搭設樣架的方案進行造孔，樣架搭設要求為：（1）樣架鋼管必須選用平直無變形的優(yōu)質(zhì)鋼管。橫桿與橫桿采用一字卡連接；橫桿與立桿、樣架采用十字扣連接；橫桿、立桿與斜撐采用萬向扣連接。樣架整體連接牢固，并與巖壁插筋牢固相連。（2）每個鉆孔位置安設鉆孔導向管和孔深限位管。導向管和限位管的安裝位置由全站儀放樣。（3）鉆孔樣架定位時，立桿孔位、導向桿的定位偏差不大于1 cm，角度偏差小于1°，排架斜支撐間距不大于2 m。（4）樣架搭設完畢，并經(jīng)測量復核、三檢驗收、準鉆證監(jiān)理簽字后，方可使用。

3.4 鉆孔

鉆孔前，對孔位進行編號，填寫鉆孔責任分區(qū)表，將每孔的鉆孔質(zhì)量落實到個人。鉆孔時，采用手風鉆造孔，孔徑為42 mm。巖臺光爆孔采用導向鋼管控制孔向。鉆桿為標準長度，孔深由限位鋼管或者定位橫桿控制。

為了保證把巖錨梁的超欠控制在允許范圍內(nèi)，采取如下控制措施：（1）垂直及斜面光爆孔孔底均按超挖 5.0 cm 控制， 相應外偏角分別為 1.91°及 1.64°（在原角度之上增加）。（2）垂直及斜面光爆孔均按超深5.0 cm控制。（3）鉆斜面光爆孔時，為避免鉆桿上仰，造成局部欠挖，下拐點下移10 cm。

為便于施工，Ⅳ6區(qū)巖臺垂直光爆孔和輔助孔與Ⅳ2區(qū)光爆孔同時造孔。造孔完成后，孔內(nèi)插PVC管，并對孔口進行封堵。Ⅳ1、Ⅳ3區(qū)開挖采用先預裂，再進行梯段爆破的開挖方法。Ⅳ2～Ⅳ6區(qū)均采用垂直孔鉆爆法開挖。Ⅳ2區(qū)保護層豎向光爆孔孔徑為 42 mm，孔距為 0.5 m；緩沖孔與周邊孔間排距為 90 cm；主爆孔排距均為1.4 m，間距為 1.2 m。光爆孔孔深為295 cm，主爆孔超深10 cm。 Ⅳ4區(qū)保護層采用豎向光爆，孔徑為42 mm，周邊孔孔距為0.35 m，緩沖孔與周邊孔的排距均為60 cm，間距均為80 cm，主爆孔與周邊孔孔深均為2.5 m。Ⅳ5區(qū)保護層開挖受廠房Ⅴ層約束較大，為保證孔底不留巖梗，對Ⅳ5區(qū)主爆孔加深20 cm。其鉆爆參數(shù)為：孔徑 42 mm，周邊孔孔距0.35 m，緩沖孔與周邊孔排距60 cm，間距80 cm，光爆孔孔深均為2.25 m，主爆孔孔深為2.45 m。Ⅳ6區(qū)豎向光爆孔鉆孔外傾角為 1.44°，孔距為 0.35 m，孔深為 2.05 m，上拐點超挖5 cm，下拐點下移10 cm；斜面光爆孔與豎直面夾角為 25.35°（設計角度為 24.74°斜面與水平面的夾角偏差 0.61°），孔距為 35 cm，孔深 2.4 m。

鉆孔驗收主要檢查孔深、孔向和孔距3項指標。按照“三檢”制對每個孔進行檢查，填寫巖錨梁光爆孔終孔檢查記錄表和鉆孔質(zhì)量檢查表。如果鉆孔超深，超深部分采用錨固劑封堵。如果孔位、孔向超標，采用錨固劑封孔后，重新造孔。

3.5 巖壁梁下拐點保護

巖錨梁鉆孔完成后，裝藥爆破之前，對巖臺下拐點進行安全防護。防護措施主要有：（1）巖臺斜面光爆孔下拐點位置孔口下移10 cm；（2）爆破之前，按照設計要求，對下拐點以下巖壁進行噴錨支護；（3）下拐點以下50 cm處，布置一排直徑為25 mm的鎖口錨桿，錨桿長為 2.5 m，間距為 1.5 m；（4）斷層 F20、F22和 F23范 圍 及 破 碎 帶 掛 鋼 筋 網(wǎng) Φ6.5＠20×20（cm），噴混凝土厚 0.15 m。

3.6 裝藥爆破

（1）Ⅳ2區(qū)保護層豎向主爆孔孔深為 3.65 m（超深0.2 m），采用Φ32 mm炸藥連續(xù)裝藥的方式，堵塞長度為100 cm，單孔裝藥量為2.0 kg，炸藥單耗為0.45 kg/m3。 光爆孔孔深為 3.45 m，采用在竹片上綁扎導爆索（底部加強裝藥Φ25 mm炸藥150 g）、Φ25 mm炸藥間隔裝藥的方式，堵塞長度為45 cm，單孔裝藥量為 0.454 kg，裝藥線密度為 151 g/m，裝藥結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（2）Ⅳ4區(qū)保護層豎向主爆孔孔深為 2.7 m（超深0.2 m），采用Φ32 mm炸藥連續(xù)裝藥的方式，堵塞長度為60 cm，單孔裝藥量為1.473 kg。緩沖孔采用Φ25 mm炸藥連續(xù)裝藥的方式，堵塞長度為80 cm，單孔裝藥量為1.0 kg。光爆孔采用在竹片上綁扎導爆索 （底部加強裝藥Φ25 mm炸藥60 g）、Φ25 mm炸藥間隔裝藥的方式，堵塞長度為40 cm，單孔裝藥量為 0.27 kg，裝藥線密度為 108 g/m，裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示。

（3）Ⅳ5區(qū)保護層豎向主爆孔孔深為 2.45 m（超深0.2 m），采用Φ32 mm炸藥連續(xù)裝藥的方式，堵塞長度為50 cm，單孔裝藥量為1.326 kg。緩沖孔采用Φ25 mm炸藥連續(xù)裝藥，堵塞長度為50 cm，單孔裝藥量為1.0 kg。光爆孔采用在竹片上綁扎導爆索（底部加強裝藥Φ25 mm炸藥60g）、Φ25 mm炸藥間隔裝藥的方式，堵塞長度為25 cm，單孔裝藥量為0.27 kg，裝藥線密度為120 g/m，裝藥結(jié)構(gòu)如圖4所示。

（4）Ⅳ6區(qū)保護層豎向光爆孔采用在竹片上綁扎導爆索 （底部加強裝藥Φ25 mm炸藥40g）、Φ12 mm炸藥間隔裝藥的方式，堵塞長度為64cm，單孔裝藥量為0.215kg，裝藥線密度為76 g/m，裝藥結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖2 Ⅳ2區(qū)保護層豎向光爆孔裝藥結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Vertical light blasting hole charging structure ofⅣ2region protective layer

圖3 Ⅳ4區(qū)保護層手風鉆豎向光爆孔裝藥結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Pneumatic drill vertical light blasting hole charging structure ofⅣ4region protective layer

圖4 Ⅳ5區(qū)保護層手風鉆豎向光爆孔裝藥結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Pneumatic drill vertical light blasting hole charging structure ofⅣ5region protective layer

Ⅳ6區(qū)保護層斜向光爆孔采用在竹片上綁扎導爆索 （底部加強裝藥Φ25 mm炸藥50 g）、Φ12 mm炸藥間隔裝藥的方式，堵塞長度為47 cm，單孔裝藥量為 0.175 kg，裝藥線密度為 85 g/m，裝藥結(jié)構(gòu)如圖6所示。

Φ12 mm炸藥是將Φ25 mm藥卷剖成兩半，自制加工。堵塞采用巖粉或黃泥。在堵塞前，先用紙團或其他柔性物質(zhì)成團入孔。為防止堵塞料漏入裝藥段，堵塞段應稍加搗實。根據(jù)爆破設計網(wǎng)絡要求，進行聯(lián)網(wǎng)，由爆破專業(yè)技術(shù)人員操作，采用非電雷管起爆。

4 技術(shù)保障措施

4.1 施工準備

巖錨梁開挖施工邊界條件為：（1）Ⅳ2區(qū)保護層開挖爆破前，完成巖臺豎直光爆孔、輔助孔造孔，孔內(nèi)插PVC管，并對孔口進行保護。（2）Ⅳ5區(qū)保護層開挖超前，巖臺開挖30 m。巖臺保護層開挖后，斜孔樣架應搭設在基巖上。（3）巖錨梁鉆孔完成后、裝藥爆破之前，對巖臺下拐點進行保護。

4.2 光爆孔鉆孔樣架搭設

光爆孔鉆孔樣架按設計圖紙進行搭設，位置以測量放樣點為基準，要求位置準確，樣架與邊墻插筋焊接牢固。每個鉆孔位置安設鉆孔導向管和孔深限位管。樣架投入使用前，由測量人員進行測量復核，三檢員對樣架搭設結(jié)構(gòu)進檢查驗收。

4.3 鉆孔

造孔前，對孔位進行編號，填寫鉆孔責任分區(qū)表，將每個孔的鉆孔質(zhì)量落實到人。造孔過程中，開孔20 cm時，對孔位、孔向進行第一次檢查復核；開孔50 cm時，對孔位、孔向進行第二次檢查復核；開孔100 cm時，對孔位、孔向進行第三次檢查復核。及時糾正鉆孔偏差。

4.4 光爆孔驗收

光爆孔驗收主要檢查孔深、孔向和孔距3項指標。按“三檢”制對每個孔進行檢查，填寫鉆孔質(zhì)量檢查表。鉆孔偏差超標的孔，沙漿封孔，重新造孔。光爆孔質(zhì)量控制標準為：孔深≤3 cm，孔向偏差≤2°，孔距偏差≤3 cm。

4.5 裝藥、聯(lián)網(wǎng)

光爆孔藥卷按爆破設計要求間隔綁扎在竹片上，驗收合格后，插入孔內(nèi)，孔口堵設嚴密，堵設長度應符合爆破設計要求。按爆破設計要求進行聯(lián)網(wǎng)。裝藥、聯(lián)網(wǎng)經(jīng)驗收合格，并簽發(fā)合格證后，可實施爆破。根據(jù)不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，選用不同的裝藥參數(shù)，實行個性化裝藥。

4.6 成型后巖臺保護

（1）巖臺局部的欠挖全部采用人工鑿除的方式處理，禁止采用爆破和機械等方式清撬。

（2）巖臺開挖成型后，對巖臺下拐點進行保護。用竹跳板覆蓋下拐點，防止爆破飛石破壞。

（3）用覆蓋物對整個巖臺澆筑區(qū)域的基巖面進行保護，防止邊墻進行一次支護時，噴錨料或者漿液污染巖壁梁基巖面。

（4）禁止在巖壁梁區(qū)域內(nèi)施工。除系統(tǒng)錨桿孔外，其他孔洞設置插筋，布置風、水、電等管線。

（5）巖壁梁混凝土澆筑前，嚴格按照設計要求進行基巖面的清洗，防止洞室內(nèi)灰塵污染基巖面。

圖5 Ⅳ6區(qū)保護層豎向光爆孔裝藥結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Vertical light blasting hole charging structure ofⅣ6region protective layer

圖6 Ⅳ6區(qū)保護層斜向光爆孔裝藥結(jié)構(gòu)圖Fig.6 Slant light blasting hole charging structure ofⅣ6region protective layer

5 結(jié)語

糯扎渡水電站地下廠房巖壁吊車梁實際開挖過程中，光爆孔半孔率為94.2%，最大超挖14 cm，平均超挖6.7 cm，沒有欠挖，工程質(zhì)量合格率為100%，優(yōu)良率100%，成型好，質(zhì)量達到設計要求。

［1］ 百度百科：巖錨梁 ［EB/OL］.［2015－05－26］.http：//baike.haosou.com /doc/485071－513690.html.

［2］李文成，程飛，畢波.黃金坪水電站地下廠房巖壁梁開挖施工技術(shù)實踐與研究［J］.水電與新能源，2013（1）：12－15.

［3］師鋒民，李文化.溪洛渡左岸地下電站巖錨梁開挖施工［J］.人民長江，2008（14）：96－98.

［4］ DL/T5099－2011，水工建筑物地下工程開挖施工技術(shù)規(guī)范［S］.