陽江抽水蓄能電站地下廠房頂拱開挖質量控制

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概況及項目背景

1.1 工程概況

陽江抽水蓄能電站是國內在建、已建水頭最高的水電項目，工程樞紐主要由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群及地面開關站、場內交通道路等建筑物組成，工程為I等工程，工程規(guī)模為大(1)型。

主副廠房為陽蓄電站地下廠房洞室群的一部分，主廠房縱軸線方向為NE60°，自西向東依次為安裝間、主機間、副廠房。東接通風系統(tǒng)風機室，西接6#施工支洞。主副廠房開挖尺寸為156.5m×27.5m×60.2m(長×寬×高)，拱頂開挖半徑18.752m，拱高6.0m，開挖寬度27.5m。

1.2 工程地質

廠房區(qū)分布地層巖性主要以燕山三期(γ5)灰白色中粗粒黑云母花崗巖為主，局部有灰白色細粒黑云母花崗巖，南側為混合巖。微風化花崗巖飽和單軸抗壓強度一般為100MPa～130MPa，微風化混合巖飽和單軸抗壓強度為100MPa～160MPa。

廠房區(qū)圍巖主要以微風化～新鮮花崗巖為主，斷裂不發(fā)育，具整體和塊狀結構，圍巖類別以Ⅰ～Ⅱ類為主，占85%以上。廠房拱頂主要發(fā)育兩條斷層，f710N80°W/SW∠75°與廠橫0+070.0中心線相交，f711N65°～70°W/SW∠80°b=0.15～0.2與廠橫0+140.0中心線相交。

2 開挖順序

廠房第Ⅰ層分層高度為10.0m(高程19.40m～高程9.40m)，主機間和安裝間開挖面積達224.08m2，副廠房開挖面積221m2，擬分3區(qū)施工。Ⅰ區(qū)為中導洞開挖，導洞斷面尺寸為10.0m×10.0m；Ⅱ區(qū)為兩側擴挖，擴挖寬度為8.75m。

先進行Ⅰ1-1導洞開挖，導洞開挖完成后進行拱頂預留保護層Ⅰ1-2擴挖(厚50cm)[1]，待Ⅰ1-3底板開挖后分別進行上游側及下游側開挖。施工順序詳見圖1。

端墻部位預留50cm保護層[2]，待中導洞及兩側擴挖至端墻部位后進行保護層開挖。

圖1 廠房第Ⅰ層拱頂開挖順序

3 爆破參數(shù)選擇

3.1 中導洞

中導洞采用楔形掏槽[3]，光面爆破成型，周邊孔嚴格按照結構面進行開挖質量控制。周邊孔孔距0.5m、抵抗線0.7m，輔助孔孔距1.0m、抵抗線1.0m，布置4排掏槽孔，孔距0.9m。爆破孔全部采用YT28手風鉆鉆孔，周邊孔綁竹片+導爆索方式爆破，輔助孔、掏槽孔采用非電毫秒管連接及起爆。掏槽孔深3.5m，輔助孔及周邊孔深3.2m。

圖2 中導洞爆破設計

表1 中導洞爆破參數(shù)

3.2 拱頂保護層

拱頂預留50cm保護層，采用YT28手風鉆鉆孔，輔助孔、周邊孔全部采用竹片+導爆索方式爆破，非電毫秒管起爆，周邊孔間距40cm，抵抗線20cm，輔助孔及周邊孔鉆孔深度4.0m。

圖3 保護層爆破設計

表2 中導洞保護層爆破參數(shù)

3.3 中導洞底板擴挖

中導洞底板(Ⅰ1-3區(qū))采用平推進行爆破作業(yè)，非電毫秒管分段爆破成型，輔助孔鉆孔深度4.0m。

圖4 中導洞底板爆破設計

表3 中導洞底板爆破參數(shù)

3.4 兩側擴挖

廠房兩側擴挖[5]周邊孔采用竹片+導爆索方式爆破，周邊孔間距50cm，拱間處周邊孔間距30cm，抵抗線60cm。輔助孔間距90cm，抵抗線110cm～120cm，非電毫秒管分段爆破成型，輔助孔深3.5m、周邊孔深3.5m。

圖5 廠房兩側擴挖爆破設計

表4 廠房兩側擴挖爆破參數(shù)

3.5 端墻開挖

待中導洞及兩側擴挖至端墻部位后進行端墻開挖。端墻采用沿結構線造孔，光面爆破成型，周邊孔孔距0.4m，抵抗線0.5m，鉆孔孔深4.0m。

圖6 廠房端墻保護層開挖爆破設計

表5 廠房端墻保護層開挖爆破參數(shù)

4 爆破振動監(jiān)測

為避免影響廠房開挖質量，降低爆破后圍巖松弛深度[5]及提高拱頂巖體完整性，需進行爆破振動監(jiān)測。

爆破地震效應測試系統(tǒng)由測振傳感器及數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)組成[6]。采用TDEC四川拓普數(shù)字設備有限公司生產(chǎn)的TOPBOX振動信號自記儀、水平振動速度傳感器和垂直振動速度傳感器。

在距爆破作業(yè)面10m、20m、30m位置分別布置垂直、水平方向2條測線，進行爆破振動監(jiān)測。

測試結果分析根據(jù)國家爆破安全規(guī)程及國內外研究成果，爆破振動傳播衰減規(guī)律一般采用薩道夫斯基的經(jīng)驗公式：

V=K(Q1/3/R)a

式中：V——安全允許的質點振動速度(cm/s)；

K——與巖石、爆破方法等相關的因素系數(shù)；

a——與地質條件相關的地震波衰減系數(shù)；

Q——與峰值振速V值相對應的最大一段起爆藥量(kg)；

R——測點與爆心的直線距離(m)。

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)，爆破時質點振動速度與建筑物破壞間的關系見表6。

表6 爆破振動安全允許標準

5 拱頂開挖質量控制重點及措施

為提高廠房拱頂開挖質量及結合地質預報情況，主要從以下幾個方面進行開挖質量控制。

5.1 放樣

施工放樣過程中嚴格控制掏槽孔放樣精度，掏槽孔逐孔放樣并在掌子面標識廠房中心線。周邊孔采取逐孔放樣并逐孔放方向點，頂拱超欠挖情況每茬炮標識清楚。保護層及周邊孔放樣每茬炮孔位在同一條直線。

圖7 廠房拱頂標識超欠挖

5.2 鉆孔及裝藥

周邊孔及掏槽孔選擇經(jīng)驗豐富的鉆工進行鉆孔，周邊孔開孔時需采取一人扶鉆頭，一人操作鉆機，并及時注意鉆孔方向及角度。掏槽孔及周邊孔鉆孔完成后及時檢查鉆孔角度及方向，對不合格的孔采用M30砂漿封孔，待2h后重新開孔，驗收合格的孔及時插入方向桿作為后續(xù)其它鉆孔的參考。周邊孔及掏槽孔采用直徑38mm鋼管插入孔內，利用地質羅盤及坡度尺檢查鉆孔方向及角度。

周邊孔采用竹片綁扎乳化炸藥，嚴格控制炸藥間距，炸藥采用乳化炸藥，周邊孔及保護層開挖需將乳化炸藥用紙包裝成直徑20mm藥卷。

掏槽孔、輔助孔采用直徑32mm藥卷，橡膠炮棍裝藥(炮棍上刻度)，裝藥前使用炮棍量測炮孔深度，再根據(jù)裝藥結構圖進行裝藥。

現(xiàn)場根據(jù)超前地質預報及掌子面地質素描圖，及時優(yōu)化爆破設計。

圖8 周邊孔綁竹片+導爆索

5.3 爆破試驗

中導洞、保護層及廠房上下游側擴挖都必須進行爆破試驗，根據(jù)類似工程經(jīng)驗選定幾種不同爆破參數(shù)、鉆孔參數(shù)及裝藥結構形式進行現(xiàn)場試驗，根據(jù)試驗結果選擇最優(yōu)爆破效果及經(jīng)濟效益的爆破設計作為現(xiàn)場施工使用。

5.4 超前地質預報

廠房開挖前必須做超前地質預報，本工程選用TSP203隧道超前地質預報廠房I層圍巖斷層、節(jié)理發(fā)育、結構面等情況，巖性參數(shù)及三維空間分布圖。

5.5 端墻及直邊墻

端墻及直邊墻受作業(yè)空間限制，鉆孔精度控制尤為重要，端墻及直邊墻鉆孔采用一人操作鉆機一人手扶鉆桿方式進行鉆孔。墻上懸掛兩道鉛垂線，控制鉆卡鉆進方向。

6 結語

在本次陽蓄地下廠房頂拱開挖質量控制的過程中，合理運用超前地質預報及拱頂預留0.5m保護層開挖工藝，廠房拱頂參數(shù)率達95.3%，拱頂不平整度±8cm，取得優(yōu)良開挖效果。

(1)拱肩部位由于受上下兩個方向的抵抗線影響，輔助孔需加密布置并且間距不得大于0.4m，拱肩拐點位置的周邊孔需加強裝藥(約為周邊孔裝藥的150%)，拐點兩側的周邊孔需減少裝藥(約為周邊孔裝藥的80%)。

(2)采用紙板浸水后堵塞孔口，能減少爆破能量的損失，增強半孔率的均勻性。

(3)周邊孔的逐孔放樣，能提高鉆孔角度及鉆孔錯臺控制。爆破孔驗收過程中需加強爆破孔鉆孔質量控制，先后開挖結合部位爆破孔間距隨圍巖調整而調整。