周宁抽水蓄能电站地下厂房高边墙深孔梯段预裂爆破施工质量控制.pdf

39周宁抽水蓄能电站地下厂房高边墙深孔梯段预裂爆破施工质量控制齐宇/中国水利水电第十二工程局有限公司【摘要】抽水蓄能电站地下厂房土建工程施工中，地下厂房开挖是施工的重点及难点，而地下厂房开挖多为高边墙开挖，高边墙开挖要求精度高，开挖不允许存在欠挖，超挖也不能超过设计允许范围，同时高边墙开挖安全隐惠大。本文介绍了周宁抽水蓄能电站地下厂房高边墙深孔梯段预裂爆破开挖施工。【关键词】地下洞室高边墙深孔梯段预裂爆破1工程概况周宁抽水蓄能电站位于福建省周宁县，装机规模为4X300MW，为可逆式水轮水泵发电机组。电站地下厂房系统为一洞两机斜井首部厂房方案，由主副厂房洞、主变洞、母线洞、5 0 0 kV电缆出线洞、引水隧洞、尾水隧洞及地面开关站等建筑物组成。地下主副厂房长17 0 m、宽2 5 m（岩台以上26.5m），最大开挖高度5 5 m，属于大跨度地下厂房工程。地下主副厂房高边墙开挖采用分层、分块施工与深孔梯段预裂爆破工艺，取得了良好的效果。2施工总体方案地下厂房高边墙开挖控制精度要求高，开挖基础面不能受到大的扰动，为减少爆破振动对高边墙基础面的影响，同时加快施工进度，确保洞室安全稳定，地下厂房高边墙开挖一般采用深孔梯段预裂爆破施工方法。该施工方法主要进行地下厂房中下部即第层及以下高边墙开挖，开挖采用分层、分区开挖，即先中部拉槽，再在上下游侧预留保护层开挖的方式，该方法可有效降低中槽开挖对高边墙爆破振动破坏，提高边墙整体稳定及成型效果。第层、第层高边墙开挖，需首先进行高边墙深孔施工预裂和结构预裂双预裂施工，预裂采取两层一次性深孔预裂的方式，以便减少对保留岩体的爆破振动影响，保证高边墙稳定。高边墙深孔施工预裂孔布置于保护层外边线位置，深孔结构预裂布置于高边墙设计边线位置，一般深孔施工预裂孔及结构预裂孔的孔间距为8010 0 c m，孔深一般为13.5 16.5 m，预留保护层为3.55 m。周宁抽水蓄能电站地下厂房孔深取15.6m（即第层及第层开挖深度），预留保护层为3.5 m。第IV层、第V层、第VI层及以下层开挖，也需首先进行高边墙深孔施工预裂施工，预裂根据实际情况，采取两层或一层一次性预裂的方式。深孔施工预裂孔布置于保护层外边线位置，孔间距为8 0 10 0 cm，孔深一般为14.5 17 m。施工预留保护层为3.5 5 m，通过光面爆破进行开挖。预裂孔钻孔采用AtlasRocD7/D9液压钻或YQ-100B潜孔钻造孔。梯段开挖主爆孔均采用AtlasRocD7/D9液压钻造孔或Atlas742液压钻造孔。边墙光面爆破造孔采用YTP26型手风钻钻孔。为了保证开挖质量，在开挖前选取一个部位进行生产性爆破实验，以便选择适合的爆破参数、孔间排距及钻孔参数等，同时光爆孔及结构预裂孔钻孔时，采用钢管作导向样架，以确保钻孔精度，有效控制超欠挖。3高边墙深孔梯段开挖爆破施工质量控制3.1开挖分层、分块优选确定地下主副厂房高边墙开挖分层、分块的优选，不但会加快施工进度，有利于最终高边墙成型质量，同时也将对边墙稳定起到良好的效果。厂房开挖分层、分块一般可根据厂房结构尺寸及总体开挖方案合理布设，厂房40地下工程第层开挖主要取决于岩壁梁高度确定，第层底板距离岩壁梁不能太高，以避免岩壁吊车梁支撑过长从而导致过大变形，且避免人仓难度大幅增加从而增加成本；但如果过低，在第层开挖时，爆破飞石可能会伤到岩锚梁混凝土，同时岩锚梁的爆破振动速度也不好控制，故第层底板距离岩壁梁高度一般控制为2.5 3 m；第层分层时原则上应将底板高程控制在地下厂房安装间底板高程，有利于出渣；第IV层、第V层、第VI层原则上应考虑母线洞、主变运输洞、交通电缆洞及引水流道的设置位置，分层时可利用以上洞室作为出渣通道或为上述洞室施工提供施工通道；同时利用了引水下平洞作为出渣通道，避免了第IV层、第V层开挖高边墙安全风险。周宁抽水蓄能电站地下主副厂房开挖分层分块如图1所示。通风兼安全洞I12结构预裂中导洞结构预裂2JI2-12-32-32施工预裂施工预裂2V2IV,IV2V，VV23000引水皮管VIV24号施工支洞3000VI2图1地下主副厂房开挖分层分块图图（单位：mm）3.2开挖施工程序3.2.1开挖施工程序开挖施工程序如下：上层边墙欠挖检查及处理一中间拉槽深孔施工预裂爆破（至少超前拉槽5 0 m）中间拉槽梯段爆破（至少超前保护层开挖3 0 m）预留保护层开挖下一层开挖。3.2.2施工程序中需注意的问题（1）保护层及中部拉槽开挖宽度控制。预留保护层宽度按照3.5 5 m控制，以保证在中槽开挖完成后保护层还有足够的宽度供手风钻造孔施工。中槽开挖的宽度需注意满足出渣装车及会车需要。（2）开挖高度、分段控制。中间拉槽开挖高度根据实际分层开挖高度确定，一般控制在6 10 m；预留保护层开挖采用结构预裂，开挖高度一般按分层厚度6 10m控制，采用光面爆破一般控制在3 5 m。预裂采取两层一次性深孔预裂的方式，深孔预裂孔深根据分层高度加深0.5 1m。厂房上、下游高边墙超前深孔预裂10 0 m后，可开始结构预裂孔或光爆孔造孔；中槽超前3 0 5 0 m以上，两侧保护层错距开挖跟进，错开距离15 3 0 m；高边墙开挖完成后，边墙支护及时跟进，确保高边墙稳定及支护工期目标顺利实现3.3高边墙深孔梯段开挖爆破施工控制3.3.1施工准备洞内风、水、电以及施工人员、机具准备就位。3.3.2测量放线洞内导线控制网测量及施工放样全部采用全站仪进行。测量由专业人员进行，放样内容包括周边光爆孔、结构预裂孔、施工预裂孔及主爆孔开孔点，所放点位须在现场进行明显标识，放线过程现场技术员全程参与。3.3.3造孔高边墙深孔施工预裂孔和结构预裂孔采用Atlas-RocD7液压钻或YQ-100B潜孔钻造孔。梯段开挖主爆孔均采用AtlasRocD7液压钻造孔或Atlas742液压钻造孔。边墙光面爆破造孔大都采用YTP26型手风钻钻孔。在上层支护同时进行高边墙深孔施工预裂孔、结构预裂孔及边墙光面爆破孔钻孔施工。光爆孔及结构预裂孔钻孔时，采用钢管做导向样架，以确保钻孔精度，有效控制超欠挖。3.3.4爆破参数控制经参照多个工程选取开挖装药爆破参数见表1，具体开挖过程中根据揭露的地质情况及时对爆破参数进行优化调整，调整时线密度按10 g/m进行增减。表1高边墙爆破参数统计表孔径孔斜孔深孔距排距线装药量堵塞长度药径类别/mm/m/cm/cm/单耗/cm/mm深孔施工预裂90809014.51780100线装药量3 0 0 5 0 0 g/m10020032深孔结构预裂769013.516.56090线装药量3 0 0 5 0 0 g/m10020032边线光面爆破4290354060线装药量10 0 3 90 g/m5010025梯段爆破907585713.5150300220单耗0.4 0.6 kg/m1503006041周宁抽水蓄能电站地下厂房高边墙深孔梯段预裂爆破施工质量控制所有预裂爆破孔及光爆孔药卷均事先按照爆破设计确定的装药结构采用竹片绑扎好，插药人孔时还应注意药卷的方向，竹片靠洞室轮廓线一侧，药卷朝向最小抵抗线方向。相邻孔的间隔装药错开，尽量减小因间隔药之间围岩裂隙发育造成的局部突起现象，爆破孔采用黏土或细砂袋进行炮孔的堵塞，堵塞长度不小于炸药的最小抵抗线。3.3.5装药、联线、起爆所有的爆破器材都必须经过试验检测，合格后方可使用。装药由熟练炮工操作，装药前用风、水联合冲洗炮孔。周边光爆孔、预裂孔用小药卷绑于毛竹片上，不耦合间隔装药。掏槽孔，崩落孔装药密实，堵塞良好。严格按爆破设计图进行装药，如图2 所示，爆破参数在施工过程中的优化调整应由爆破技术人员实施确定。采用非电导爆管网络联接，最后由主炮工和技术员复核检查。确认无误后，撤离人员设备，做好安全警戒，主炮工负责引爆。3501800350MS9MS7MS5009预裂孔预裂孔MS3MS1临空面150,125125,_250250250元250125125,150图2中槽梯段爆破布孔示意图(单位：mm)3.3.6加强通风散烟及除尘以加快支护地下工程通风排烟条件差，爆破以后，炮烟及设备尾气，使洞内空气污浊，影响职工的身体健康和工作效率。因此，除在燃油设备排气管上安装空气净化器外，还需采用大功率大容量的轴流风机，搞好洞内的通风、除尘、排烟工作，尽可能地保证洞内空气清新。各洞室通风排烟功率及供风量通过计算确定，以满足施工要求，提高工效。此外，还可采取水雾降尘等措施。3.3.7安全处理及时支护安全处理由专职撬挖工进行。通风散烟以后，撬挖工站在渣堆上进行安全撬挖，排除危石，为出渣及以后各工序创造安全条件。高处大危石，也可用反铲挖掘机排除。由于频繁的爆破作业，岩石的应力释放，岩壁局部出现松弛，可能会产生掉块和新的危石，因此，对已成型的顶拱和侧墙应及时进行支护，并设专人进行日常检查和安全监测，确保施工安全。3.3.8爆破振动控制与监测依据设计对开挖爆破振动控制要求，为防止开挖爆破对附近已完成的岩壁吊车梁等造成振动破坏，在开挖过程中，需进行爆破控制，限制爆破的最大单段药量，使爆破区附近建筑物的质点最大振动速度值控制在10 cm/s内。控制方法：采用监测垂直质点振动速度的方法。根据公式：Q3V=KR求得二KXR式中：Q为允许最大单段药量，kg；V 为质点允许最大振动速度值，取10 cm/s；K、分别为与地形、地质条件有关的常数，根据爆破试验确定；R为防护目标与爆破区几何中心的距离，m。根据监测成果，结合厂房开挖的爆破环境条件、地质条件、构筑物的防振要求等，得出的K、值控制最大单响药量。同时在厂房开挖过程中，通过对爆破振动的过程监测调整确定钻爆参数、复核K、值以便不断优化调整。3.3.9爆破效果检查排炮结束12 h之内，现场技术人员、专职质检人员及专职安全人员必须及时到现场检查爆破效果，收集相关数据，测量人员采用全站仪对岩面超欠挖情况进行检查，形成测量体型图。检查并统计高边墙深孔预裂半孔率、炮孔间岩面的平整度、预裂孔孔间距偏差、爆破时已开挖的洞室及其他建筑物的爆破质点振动速度等，与质量标准相比较，得出评价结论及改进方法。4高边墙变形监测为监测地下厂房岩体变形情况，设计在厂房高边墙、顶拱布置了3 8 套多点变位计及2 0 套锚杆应力计，进行厂房开挖过程中厂房变形监测。从检测的数据来看，累计孔口位移为一1.5 2 4.3 3 mm，累计孔口位移较小，其孔口位移呈小量增大趋势，但累计孔口位移变化量及累计值均较小，变化趋势无异常。厂房边墙锚杆应力计监测数据表明，锚杆应力为一4.8 7 3 2.41MPa，累计应力较小，各测点锚杆应力变化趋势显示，受围岩卸荷影响，浅层应力调整，各监测部位锚杆应力计埋深2 m测点较埋深5 m测点应力相对较大，且均表现为受拉状态，最终累计锚杆应力较小，变化趋势无异常突变，表明爆破松动圈较浅，且受爆破振动影响较小，爆破开挖受控良好。5结语该工程地下厂房高边墙施工通过认真进行深孔梯段预裂爆破施工工艺质量控制，有效控制了爆破振动影响，保证了开挖施工质量，I类、类围岩半孔率达到93%以上，类围岩半孔率达到8 5%以上，平均超挖控制在15 cm以内，不平整度为0 12 cm，均满足规范要求，且厂房高边墙、顶拱变形总体受控，施工工艺效果良好。