水電站地下廠房巖錨梁開挖施工技術(shù)

摘 ? ?要：巖壁吊車梁作為水電站地下廠房開挖的關(guān)鍵技術(shù)之一，其開挖后巖臺質(zhì)量的好壞是決定巖壁吊車梁受力結(jié)構(gòu)的一項關(guān)鍵技術(shù)指標，本文以某一抽水蓄能電站為例，對地下廠房巖壁吊車梁開挖進行簡要技術(shù)分析。

關(guān)鍵詞：水電站;地下廠房;巖壁吊車梁;施工技術(shù)

1 ?基本概況

1.1 ?工程概況

該工程地下廠房主副廠房洞開挖長度為177.5m，巖錨梁以上開挖跨度為26.9m，巖錨梁以下開挖跨度為25.5m，開挖高度57.5米，主廠房頂拱高程878.0m[1]，為改善廠房拱角受理條件，廠房頂拱開挖斷面采用三圓心拱，大小圓直徑分別為18.6m和3m，廠房分五層布置，發(fā)電機層高程為851.0m，母線層高程為844.8m，水輪機層高程為835.0m。

1.2 ?地質(zhì)概況

該工程地下廠房基巖為中生代印支期侵入巖（γδ1-c5），巖性主要為花崗閃長巖，中細粒結(jié)構(gòu)或過度花崗變晶結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。廠房區(qū)不存在不存在Ⅰ、Ⅱ級結(jié)構(gòu)面，主要發(fā)育Ⅲ級Ⅳ級Ⅴ級結(jié)構(gòu)面，斷裂以小斷層為主，為Ⅲ級結(jié)構(gòu)面，斷裂以NNE向高傾角（傾角 65°～85°）為主，緩傾角斷層不發(fā)育，裂隙主要發(fā)育NVE、NNW、NE、NW向四組，以NNE向為主，且以高傾角居多，緩傾角不發(fā)育。

2 ?開挖關(guān)鍵技術(shù)

由于該廠房開挖高度高，為減小開挖后高邊墻的變形量采用分層開挖支護的方式，廠房開挖分七層進行，巖壁吊車梁位于主廠房開挖的第三層，其邊墻巖性主要為花崗閃長巖，塊裂結(jié)構(gòu)，次塊狀構(gòu)造，根據(jù)編錄的地質(zhì)資料顯示，該部位巖體完整性較差，節(jié)理裂隙較密集，裂隙切割部位巖石破碎，易掉塊，對巖錨梁形成不利，根據(jù)此情況，選取合理的爆破參數(shù)和分層開挖方式是巖錨梁開挖的關(guān)鍵技術(shù)。

3 ?巖錨梁開挖爆破試驗

3.1 ?試驗目的

（1）確定適合于廠房巖錨梁的地質(zhì)條件、巖石特性的爆破參數(shù)。

（2）觀察和檢測爆破對周圍巖石的影響范圍和程度，及時調(diào)整爆破參數(shù)、控制爆破規(guī)模和施工方法。

3.2 ?試驗內(nèi)容

結(jié)合該層的巖石結(jié)構(gòu)特點，選取不同的線裝藥密度進行爆破試驗，最終選取最優(yōu)的爆破參數(shù)。

3.3 ?爆破參數(shù)選取

為保證巖錨梁巖臺開挖質(zhì)量，在巖錨梁開挖之前進行生產(chǎn)性試驗[3]，結(jié)合現(xiàn)場實際開挖情況，根據(jù)經(jīng)驗公式計算和經(jīng)驗類比法來選擇，確定巖錨梁巖臺開挖選取手風鉆進行鉆孔，成孔直徑42mm，巖臺垂直孔鉆孔深度200cm，周邊孔間距35cm，封堵25cm，巖臺斜孔鉆孔深度123cm，周邊孔間距35cm，封堵25cm，爆破均采用27乳化炸藥，導爆索串聯(lián)入孔，孔外導爆管雷管起爆。

3.4 ?實驗分組

本實驗選取與廠房三層邊墻巖體相似的巖錨梁保護層位置進行試驗，具體分組如下：第一組選擇在廠房下游側(cè)巖錨梁保護層位置，樁號：廠左0+66～廠左0+60，取垂直光爆孔線密度75g/m和斜孔光爆孔線密度70g/m兩種線裝藥密度進行試驗。第二組選擇在廠房下游側(cè)巖錨梁保護層位置，樁號：廠左0+48～廠左0+40，取垂直光爆孔線密度60g/m和斜孔光爆孔線密度52g/m兩種線裝藥密度進行試驗。第三組選擇在廠房上游側(cè)巖錨梁保護層位置，樁號：廠左0+90～廠左0+84，取垂直光爆孔

線密度66g/m和斜孔光爆孔線密度50g/m兩種線裝藥密度進行試驗。

3.5 ?實驗結(jié)果

巖錨梁巖臺開挖過程中，實測最大水平徑向震速5.304cm/s，控制標準7cm/s，從三組試驗爆破效果來看第二組爆破效果較好，半孔率較高，爆破后原有裂隙部位無拉裂現(xiàn)象，開挖平整度較好，而第一組和第三組爆破后可明顯看出原有裂隙部位有明顯撕裂現(xiàn)象，開挖后平整度較差，局部超挖明顯，具體見下表所示。

綜上所述，本次巖錨梁巖臺開挖選擇第二組爆破試驗所得的線密度進行垂直孔和斜孔裝藥。

4 ?巖壁吊車梁施工方法

4.1 ?開挖分區(qū)

巖錨梁開挖與保護層開挖同步進行，其中巖錨梁開挖分三層進行：III層整體開挖分層高度6.5m（EL864～EL857.5），其中保護層及巖錨梁開挖分4個區(qū)域進行。①②③區(qū)為兩側(cè)保護層，保護層分三層開挖，其中一層高度1.5m，寬度3.1m，開挖時相對二、三層技術(shù)超挖10cm，滿足巖壁梁下直墻架鉆要求，二、三層寬度均為3m，分層高度分別為3m和2m;④區(qū)為巖錨梁區(qū)，寬度0.7m，上拐點以上直墻高度2m，下拐點直墻開挖按照1.5m范圍控制。

4.2 ?巖壁吊車梁開挖施工程序

廠房三層為巖錨梁層，整體開挖過程采用中部“中部梯段爆破，兩側(cè)保護層開挖跟進”的方式進行施工。中部拉槽梯段爆破向前進尺30m后，開始進行兩側(cè)巖錨梁保護層開挖，巖錨梁巖臺開挖同樣滯后保護層開挖30m，具體開挖程序如下。

4.2.1 ?中部拉槽

進行中部拉槽開挖施工之前，在巖錨梁保護層與中部拉槽邊界位置增設(shè)一排預裂孔，在中部梯段爆破之前起爆，爆破后形成的貫穿裂隙用來減小中間梯段爆破產(chǎn)生的炮轟波對巖錨梁保護層的破壞，中部梯段爆破采取分塊開挖的方式，按10m一個梯段塊進行施工，鉆孔采用液壓鉆機造孔，成孔直徑90mm，裝藥選用連續(xù)全耦合裝藥方式，采用毫秒微差起爆控制爆破后石渣的塊度。

4.2.2 ?巖錨梁保護層開挖

結(jié)合廠房三層地質(zhì)條件，巖錨梁保護層寬度選擇3m，采用分區(qū)開挖的方式進行施工，裝藥結(jié)合巖石情況進行裝藥，采用小藥量光面爆破的原則剝離巖錨梁保護層，具體分區(qū)開挖參數(shù)如下。

（1）巖錨梁保護層一區(qū)。巖錨梁保護層一區(qū)開挖寬度3.1m，開挖高度1.5m，開挖采用垂直孔光面爆破和水平孔光面爆破相結(jié)合的方式進行，其中巖錨梁保護層一區(qū)垂直光爆孔和巖錨梁保護層一區(qū)水平光爆孔均采用Ф27藥卷間隔裝藥，鉆孔間距40cm，垂直和水平光爆孔線密度分別為72g/m和80g/m，一區(qū)輔助孔采用Ф32藥卷，水平輔助孔與水平光爆孔之間預留70cm厚的巖體，垂直輔助孔與垂直光爆孔間距70cm。

為了驗證巖錨梁保護層一區(qū)爆破參數(shù)是否合理，在廠房下游側(cè)巖錨梁保護層一區(qū)廠左0+10～廠左0+20位置進行一組爆破震動監(jiān)測，測點布置按照水利水電爆破安全監(jiān)測規(guī)程和設(shè)計要求，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，布點選擇在位于爆源上游側(cè)10m位置，測試中最大水平切向震速8.64cm/s，控制標準10cm/s，滿足要求。

（2）巖錨梁保護層二區(qū)。巖錨梁保護層二區(qū)開挖寬度3m，開挖高度3m，采用小藥量光面爆破的方式剝離，周邊孔間距35cm，線裝藥密度110g/m，光爆層厚度60cm，Ф27藥卷間隔裝藥，主爆孔采用Ф32炸藥連續(xù)裝藥，間排距按1.0×0.8m，孔深3m。

為了驗證巖錨梁保護層二區(qū)爆破參數(shù)是否合理，在廠房下游側(cè)巖錨梁保護層一區(qū)廠左0+65～廠左0+55位置進行一組爆破震動監(jiān)測，測點布置按照水利水電爆破安全監(jiān)測規(guī)程和設(shè)計要求，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，布點選擇在位于爆源上游側(cè)10米位置，測試中最大水平切向震速8.91cm/s，控制標準10cm/s，滿足要求。

（3）巖錨梁保護層三區(qū)。巖錨梁保護層三區(qū)開挖寬度3m，開挖高度2m，采用小藥量光面爆破的方式進行開挖，周邊孔間距35cm，線裝藥密度90g/m，光爆層厚度60cm，Ф27藥卷間隔裝藥，主爆孔采用Ф32炸藥連續(xù)裝藥，間排距按1.0×0.8m，孔深2m。

為了驗證巖錨梁保護層三區(qū)爆破參數(shù)是否合理，在廠房下游側(cè)巖錨梁保護層一區(qū)廠右0+14～廠右0+24位置進行一組爆破震動監(jiān)測，測點布置按照水利水電爆破安全監(jiān)測規(guī)程和設(shè)計要求，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，布點選擇在位于爆源上游側(cè)10米位置，測試中最大水平切向震速7.89cm/s，控制標準10cm/s，滿足要求。

4.2.3 ?巖錨梁巖臺開挖

為了保證巖錨梁巖臺開挖成型質(zhì)量，減小巖臺開挖因鉆孔精度影響出現(xiàn)超欠挖現(xiàn)象，采用搭設(shè)鋼管樣架方式進行施工，樣架分為垂直孔樣架和斜孔樣架兩種，由測量按照樣架設(shè)計高程和放出樣架定位點并進行樣架搭設(shè)，樣架每隔3.6m（兩跨），在節(jié)點處設(shè)置Φ22，L=1m插筋，對樣架進行加固，防止鉆孔過程中晃動，每隔3.6m設(shè)置斜撐。樣架搭設(shè)前需對基礎(chǔ)面進行整平，對于不平整地面，下墊模板，保證樣架整體穩(wěn)定，樣架基礎(chǔ)搭設(shè)完成后，在樣架上布置鉆孔導向管，鉆孔導向管采用雙層套管。鉆孔導向管間距35cm，樣架搭設(shè)完成后經(jīng)測量復測后方可投入使用。鉆孔設(shè)備選用手風鉆，整個鉆孔過程由技術(shù)人員全程跟蹤旁站，并對每一個爆破孔的鉆孔的角度、深度及間排距進行測量、記錄，對于不符合要求的鉆孔采用回填砂漿的方法進行封堵，并重新鉆孔，對驗收合格的鉆孔采用插入PVC管進行保護，防止塌孔和堵孔。裝藥遵循垂直孔斜孔小藥量的原則進行裝藥，選取Ф27藥卷間隔裝藥，線密度結(jié)合爆破設(shè)計選用垂直孔60g/m和斜孔52g/m。

4.2.4 ?質(zhì)量檢測成果

經(jīng)檢查巖錨梁巖臺開挖后開挖面平整度好，無欠挖現(xiàn)象，超挖最大位置位于廠房下游側(cè)，最大超挖8.41cm，下游側(cè)平均超挖3.24cm，上游側(cè)平均超挖2.13cm，開挖后半孔率高，可達97.57%以上，現(xiàn)場聲波檢測數(shù)值10cm～25m，開挖滿足一次成型條件。

5 ?結(jié)束語

針對廠房三層邊墻節(jié)理發(fā)育的特點，選取合理的開挖分區(qū)方法和爆破技術(shù)參數(shù)得到了較好的巖臺開挖效果，為后續(xù)吊車的穩(wěn)定運行提供了堅實的保障。

參考文獻：

[1] 趙鵬程，何國偉，朱奎偉，趙貴杰.蓋下壩拱壩壩肩槽開挖爆破震動試驗研究[J].水利水電施工，2016（1）：1～2.

[2] 周艷玲.龍灘水電站地下廠房錨索支護設(shè)計[J].中南水利發(fā)電，2006（1）：1～2.

作者簡介：

趙江龍（1996—）男，陜西省安康市人，從事水利水電工程施工工作。