溧阳抽水蓄能电站地下厂房顶拱开挖施工爆破设计.doc

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目 录

1、工程概况 1
2、地质及水文条件 1
3、主厂房分层及顶拱开挖分区 2
3.1主厂房分层 2
3.2顶拱开挖分区 2
4、爆破设计 2
4.1边导洞爆破设计 2
4.2中墩爆破设计 3
5、施工方法 4
5.1施工程序 4
5.2测量放样 4
5.3钻孔 4
5.4装药爆破 5
6、爆破控制要求 5

1、工程概况
溧阳抽水蓄能电站地下厂房系统由主厂房、主变洞、母线洞、高压电缆平洞及电缆竖井、进厂交通洞、⑧施工支洞兼排风洞、帷幕灌浆、排水廊道、排风竖井等洞室组成。
主厂房洞室包括主机间、安装间和地下副厂房三部分。开挖总长度221.90m。岩锚吊车梁以上开挖跨度25.00m，以下为23.50m，尾水管底板至厂房顶拱开挖高度为55.30m。拱顶岩体厚240～290.0m。主机间安装6台单机容量为250MW的可逆式水泵水轮发电机组。机组间距26.50m，端机组长度28.50m，主机间长度为161.00m。
2、地质及水文条件
地下厂房布置于上水库主坝北面约500m的山体内，铅直埋深为240m~290m，主变洞埋深220m~270m，洞室围岩主要由S3m³-1中厚~巨厚层(少量薄层)岩屑石英砂岩夹少量泥质粉砂岩组成，钻孔中统计S3m³-1岩屑石英砂岩占74%，泥质粉砂岩约占15%左右，局部少量岩脉。未见有粉砂质泥岩。弱风化带内两种岩石饱和抗压强度大于40MPa，主厂房①号机部位有④安山斑岩岩脉蚀变成土状，岩脉位于厂房底板高程附近及以下。
厂区主要洞室围岩岩性相对较单一，岩性对围岩质量影响较小，围岩质量主要受断层及层间错动带分布及节理裂隙发育程度等影响。围岩大部分位于弱风化带内，岩体多属于镶嵌结构或镶嵌破裂结构，洞室围岩质量以III2～IV1类为主。
因各类结构面均较发育，已将厂区岩体切割成各种大小不一的块体。除断层及层间软弱带以外，块体边界绝大部分由较短小的硬性节理面、层面构成，大部分块体之间具有较好的咬合力。厂区地应力属低应力，洞室围岩属坚硬～中硬类岩石，岩性条件较好。除局部蚀变岩脉及破碎带较宽的断层易产生塑性变形外，围岩稳定性主要是受结构面控制的块体稳定问题。主厂房、主变洞块体稳定性分析表明：尽管块体组合型式较多，但绝大部分组合块体具有较好的稳定性。各洞室不稳定块体主要分布于洞顶。
厂区地下水丰富，部分结构面、尤其是NE向的断层为强透水带，主厂房、主变室等主要洞室施工开挖前，提前作好厂区的排水是提高围岩稳定性最有效的措施之一。预测施工开挖期厂区排水廊道排水总量与地下洞室开挖时涌水量之和约为4000～5000m³/d左右。
通过对厂区主要洞室相应长度范围内的勘探平洞围岩类别进行统计，统计结果为：Ⅲ1类占17%；Ⅲ2类占33%；Ⅳ1类占34%；Ⅳ2类占11%；Ⅴ类占5%。
根据平洞围岩分类比例，结合钻孔资料，主厂房围岩分类比例：
主厂房：Ⅲ1类约10%、Ⅲ2类约30%、Ⅳ1类约35%、Ⅳ2类约20%、Ⅴ类约5%。
3、主厂房分层及顶拱开挖分区
3.1主厂房分层
主厂房顶拱至尾水管底板的开挖高度为55.30m，根据施工支洞的布置情况，厂房开挖共分8层进行施工。I层为厂房顶拱层，开挖高度9.25m，高程段为-16.05～-25.30m；II层开挖高度4.70m，开挖高程-25.30～-30.00m；III层为岩壁吊车梁层开挖，开挖高度5.0m，高程段为-30.00～-35.00m；IV层为岩壁吊车梁下层开挖，层高7.5m，开挖高程段为-35.00～-42.50m；V层开挖高度7.0m，开挖高程段为-42.50～-49.50m；VI层层高7.5m，开挖高程为-49.50～-57.00m；VII层层高6.5m，高程段为-57.00～-63.50m；VIII层为-63.50m高程以下的开挖，层高为7.35～7.85m。
分层情况见表3-1及附图1-地下厂房系统开挖分层图。
3.2顶拱开挖分区
主厂房顶拱开挖支护采用两侧导洞领先，中墩扩挖跟进的施工方法。
考虑多臂钻、湿喷台车等大型支护设备操作空间、锚杆长度等因素，拟定的主厂房顶拱开挖分区见下图3-1。
两侧导洞开挖宽度8.34m，高度8.405m，开挖面积57m2；中墩开挖宽度8.32m，高度9.25m，开挖面积77.75m2。为减少中墩应力集中，中墩上部采用半径2.5m圆弧过渡。
4、爆破设计
4.1边导洞爆破设计
边导洞开挖尺寸为8.6×8.4m（宽×高），采用“中部楔形抽槽，周边光面爆破”的方法施工，首先在洞室中下部设置楔形掏槽孔，掏槽孔间距0.5m，排距
图3-1
0.8m，对称形布置，向内倾斜60°造孔，孔深1.4m~3.0m(视不同围岩类别)，采用连续装ф32药卷1.0kg~2.6kg,炸药与非电毫秒延时雷管一同放入孔内；其次按间距0.8m~1.0m设置多排主爆孔，主爆孔孔深1.2m~2.5m,采用ф32药卷连续装药，单孔装药量0.6kg~2.0kg，与非电毫秒延时雷管一同放入孔内；同时为保证光面爆破效果，拟在周边设计轮廓线与主爆孔之间设置一排缓冲孔，缓冲孔间距0.8m,其与设计轮廓线距离为0.6m~0.8m,孔深1.2m~2.4m, 采用ф25药卷连续装药， 单孔装药量0.4kg~1.4kg；最后沿设计轮廓线按0.5m间距由测量逐一放出周边光爆孔，光爆孔采用线装药密度100g/m~120/m的ф25药卷与竹片导爆索绑扎后放入孔内。
爆破设计见附图2-《主厂房顶拱层爆破设计图一》。
4.2中墩爆破设计
由于主厂房顶拱层采用“先导洞、后中墩”的开挖方法，中墩开挖施工是两侧已形成较好的临空面，因此，中墩爆破开挖仅设置主爆孔、缓冲孔及光爆孔。
首先，沿中墩两侧向内按1.16m~1.2m排距设置6排主爆孔，主爆孔间距1.2m,孔深3.0m，采用ф32药卷连续装药，单孔装药量 2.0kg。
同样，为保证光面爆破效果在距离顶拱设计轮廓线0.6m~0.8m位置设置一排缓冲孔，缓冲孔间距0.8m，采用ф25药卷连续装药，单孔装药量1.2kg。
最后，最后沿设计轮廓线按0.5m间距由测量逐一放出周边光爆孔，光爆孔采用线装药密度120g/m的ф25药卷与竹片导爆索绑扎后放入孔内。
爆破设计见附图3-《主厂房顶拱层爆破设计图二》。
5、施工方法
5.1施工程序
地下厂房I层开挖尺寸为221.9×25.5×9.25m（长×宽×高），总开挖量约42157m³。厂房顶拱开挖采用两侧导洞领先、中墩跟进的施工方法。顶拱层施工利用主厂房的左、右端墙先期布置的⑧施工支洞和②施工支洞作为施工通道，故该层的开挖采用双工作面同时进行的方式。
5.2测量放样
（1）测量作业由专业人员实施，采用全站仪进行。每个循环钻孔前进行设计规格线测量放样，并检查上一循环超欠挖情况，检测结果及时向现场施工技术人员进行交底；断面测量滞后开挖面10～15m，按5m间距进行，每个月进行一次洞轴线及坡度的全面检查、复测，确保测量控制工序质量。
（2）放样内容包括：隧洞中心线和顶拱中心线、底板高程、掌子面桩号（每隔5m在隧洞内侧打一条桩号线）、设计轮廓线、两侧腰线或腰线平行线、并按钻爆图破设计要求在掌子面放出炮孔孔位。
5.3钻孔
（1）由熟练风钻手严格按照掌子面标定的孔位进行钻孔作业。造孔前先根据拱顶中心线和两侧腰线调整钻杆方向和角度，经检查确认无误后方可开孔。
（2）各钻手分区分部位定人定位施钻，熟练的操作手负责掏槽孔和周边孔。钻孔过程中要保证各炮孔相互平行，掏槽孔和周边孔严格按照掌子面上所标孔位开孔施钻，崩落孔孔位偏差不大于5cm，崩落孔和周边孔孔底落在同一平面上。
（3）为了能控制好孔深，在气腿钻钻杆上用红油漆作记号。
（4）光爆孔钻孔前先由测量人员按照设计图纸周边轮廓线，用油漆标识出孔位和地面高程，然后在孔位上钻浅孔插入短钢筋，对孔位进行保护。钻机就位时，采用样架尺对钻机垂度和钻孔角度进行校对。开孔后进行中间过程的深度和角度校对，以便及时纠正偏差，确保钻孔在同一个平面上。
（5）炮孔造完以后，由值班工程师按“平、直、齐”的要求进行检查，对不符合要求的钻孔重新造孔。
5.4装药爆破
（1）装药采用人工装药。
（2）在钻孔工序开始时，按照爆破设计要求提前进行光爆药卷的加工、炮孔堵塞物加工成型（把沙灌入塑料袋并绑扎好）、各种规格药卷以及各种段别雷管的准备。
（3）炮孔经检查合格后，方可进行装药爆破；炮孔的装药、堵塞、和引爆线路的联接，由经考核合格的炮工，严格按监理工程师批准的钻爆设计成果进行施作。
（4）装药严格遵守安全爆破操作规程，装药前用风水冲洗钻孔，掏槽孔由熟练的炮工负责装药，爆破孔采取柱状连续装药，周边孔采取空气间隔装药，将小药卷绑扎于竹片上，导爆索串接。
（5）装药严格按照爆破设计图（爆破参数在实施过程中不断调整优化）进行，掏槽孔、扩槽孔和其它爆破孔装药要密实，堵塞良好，洞内采用非电起爆网络。
（6）药装完后，由炮工和值班技术员复核检查，确认无误后，撤离人员和设备并放好警戒，炮工负责引爆。
（7）炮响通风散烟完成后炮工先进入洞内检查是否有瞎炮，若有则迅速排除，然后才能进入下一道工序。
6、爆破控制要求
（1）残留炮孔在开挖轮廓面上均匀分布；
（2）完整岩石炮孔痕迹保存率在80%以上，较完整和完整性差的岩石炮孔痕迹保存率不少于50%，较破碎和破碎岩石炮孔痕迹保存率不少于20%；
（3）相邻两茬炮之间的台阶或预裂爆破孔的最大外斜值不大于10cm；
（4）相邻两孔间的岩面平整，孔壁没有明显的爆震裂隙；
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