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水电站地下厂房岩锚梁开挖施工技术

摘    要：岩壁吊车梁作为水电站地下厂房开挖的关键技术之一，其开挖后岩台质量的好坏是决定岩壁吊车梁受力结构的一项关键技术指标，本文以某一抽水蓄能电站为例，对地下厂房岩壁吊车梁开挖进行简要技术分析。
关键词：水电站;地下厂房;岩壁吊车梁;施工技术
1  基本概况
1.1  工程概况
该工程地下厂房主副厂房洞开挖长度为177.5m，岩锚梁以上开挖跨度为26.9m，岩锚梁以下开挖跨度为25.5m，开挖高度57.5米，主厂房顶拱高程878.0m[1]，为改善厂房拱角受理条件，厂房顶拱开挖断面采用三圆心拱，大小圆直径分别为18.6m和3m，厂房分五层布置，发电机层高程为851.0m，母线层高程为844.8m，水轮机层高程为835.0m。
1.2  地质概况
该工程地下厂房基岩为中生代印支期侵入岩（γδ1-c5），岩性主要为花岗闪长岩，中细粒结构或过度花岗变晶结构，块状构造。厂房区不存在不存在Ⅰ、Ⅱ級结构面，主要发育Ⅲ级Ⅳ级Ⅴ级结构面，断裂以小断层为主，为Ⅲ级结构面，断裂以NNE向高倾角（倾角 65°～85°）为主，缓倾角断层不发育，裂隙主要发育NVE、NNW、NE、NW向四组，以NNE向为主，且以高倾角居多，缓倾角不发育。
2  开挖关键技术
由于该厂房开挖高度高，为减小开挖后高边墙的变形量采用分层开挖支护的方式，厂房开挖分七层进行，岩壁吊车梁位于主厂房开挖的第三层，其边墙岩性主要为花岗闪长岩，块裂结构，次块状构造，根据编录的地质资料显示，该部位岩体完整性较差，节理裂隙较密集，裂隙切割部位岩石破碎，易掉块，对岩锚梁形成不利，根据此情况，选取合理的爆破参数和分层开挖方式是岩锚梁开挖的关键技术。
3  岩锚梁开挖爆破试验
3.1  试验目的
（1）确定适合于厂房岩锚梁的地质条件、岩石特性的爆破参数。
（2）观察和检测爆破对周围岩石的影响范围和程度，及时调整爆破参数、控制爆破规模和施工方法。
3.2  试验内容
结合该层的岩石结构特点，选取不同的线装药密度进行爆破试验，最终选取最优的爆破参数。
3.3  爆破参数选取
为保证岩锚梁岩台开挖质量，在岩锚梁开挖之前进行生产性试验[3]，结合现场实际开挖情况，根据经验公式计算和经验类比法来选择，确定岩锚梁岩台开挖选取手风钻进行钻孔，成孔直径42mm，岩台垂直孔钻孔深度200cm，周边孔间距35cm，封堵25cm，岩台斜孔钻孔深度123cm，周边孔间距35cm，封堵25cm，爆破均采用27乳化炸药，导爆索串联入孔，孔外导爆管雷管起爆。
3.4  实验分组
本实验选取与厂房三层边墙岩体相似的岩锚梁保护层位置进行试验，具体分组如下：第一组选择在厂房下游侧岩锚梁保护层位置，桩号：厂左0+66～厂左0+60，取垂直光爆孔线密度75g/m和斜孔光爆孔线密度70g/m两种线装药密度进行试验。第二组选择在厂房下游侧岩锚梁保护层位置，桩号：厂左0+48～厂左0+40，取垂直光爆孔线密度60g/m和斜孔光爆孔线密度52g/m两种线装药密度进行试验。第三组选择在厂房上游侧岩锚梁保护层位置，桩号：厂左0+90～厂左0+84，取垂直光爆孔
线密度66g/m和斜孔光爆孔线密度50g/m两种线装药密度进行试验。
3.5  实验结果
岩锚梁岩台开挖过程中，实测最大水平径向震速5.304cm/s，控制标准7cm/s，从三组试验爆破效果来看第二组爆破效果较好，半孔率较高，爆破后原有裂隙部位无拉裂现象，开挖平整度较好，而第一组和第三组爆破后可明显看出原有裂隙部位有明显撕裂现象，开挖后平整度较差，局部超挖明显，具体见下表所示。
综上所述，本次岩锚梁岩台开挖选择第二组爆破试验所得的线密度进行垂直孔和斜孔装药。
4  岩壁吊车梁施工方法
4.1  开挖分区
岩锚梁开挖与保护层开挖同步进行，其中岩锚梁开挖分三层进行：III层整体开挖分层高度6.5m（EL864～EL857.5），其中保护层及岩锚梁开挖分4个区域进行。①②③区为两侧保护层，保护层分三层开挖，其中一层高度1.5m，宽度3.1m，开挖时相对二、三层技术超挖10cm，满足岩壁梁下直墙架钻要求，二、三层宽度均为3m，分层高度分别为3m和2m;④区为岩锚梁区，宽度0.7m上拐点以上直墙高度2m，下拐点直墙开挖按照1.5m范围控制。
4.2  岩壁吊车梁开挖施工程序
厂房三层为岩锚梁层，整体开挖过程采用中部“中部梯段爆破，两侧保护层开挖跟进”的方式进行施工。中部拉槽梯段爆破向前进尺30m后，开始进行两侧岩锚梁保护层开挖，岩锚梁岩台开挖同样滞后保护层开挖30m，具体开挖程序如下。
4.2.1  中部拉槽
进行中部拉槽开挖施工之前，在岩锚梁保护层与中部拉槽边界位置增设一排预裂孔，在中部梯段爆破之前起爆，爆破后形成的贯穿裂隙用来减小中间梯段爆破产生的炮轰波对岩锚梁保护层的破坏，中部梯段爆破采取分块开挖的方式，按10m一个梯段块进行施工，钻孔采用液压钻机造孔，成孔直径90mm，装药选用连续全耦合装药方式，采用毫秒微差起爆控制爆破后石渣的块度。
4.2.2  岩锚梁保护层开挖
结合厂房三层地质条件，岩锚梁保护层宽度选择3m，采用分区开挖的方式进行施工，装药结合岩石情况进行装药，采用小药量光面爆破的原则剥离岩锚梁保护层，具体分区开挖参数如下。
（1）岩锚梁保护层一区。岩锚梁保护层一区开挖宽度3.1m，开挖高度1.5m，开挖采用垂直孔光面爆破和水平孔光面爆破相结合的方式进行，其中岩锚梁保护层一区垂直光爆孔和岩锚梁保护层一区水平光爆孔均采用Ф27药卷间隔装药，钻孔间距40cm，垂直和水平光爆孔线密度分别为72g/m和80g/m，一区辅助孔采用Ф32药卷，水平辅助孔与水平光爆孔之间预留70cm厚的岩体，垂直辅助孔与垂直光爆孔间距70cm。
为了验证岩锚梁保护层一区爆破参数是否合理，在厂房下游侧岩锚梁保护层一区厂左0+10～厂左0+20位置进行一组爆破震动监测，测点布置按照水利水电爆破安全监测规程和设计要求，结合现场实际情况，布点选择在位于爆源上游侧10m位置，测试中最大水平切向震速8.64cm/s，控制标准10cm/s，滿足要求。
（2）岩锚梁保护层二区。岩锚梁保护层二区开挖宽度3m，开挖高度3m，采用小药量光面爆破的方式剥离，周边孔间距35cm，线装药密度110g/m，光爆层厚度60cm，Ф27药卷间隔装药，主爆孔采用Ф32炸药连续装药，间排距按1.0×0.8m，孔深3m。
为了验证岩锚梁保护层二区爆破参数是否合理，在厂房下游侧岩锚梁保护层一区厂左0+65～厂左0+55位置进行一组爆破震动监测，测点布置按照水利水电爆破安全监测规程和设计要求，结合现场实际情况，布点选择在位于爆源上游侧10米位置，测试中最大水平切向震速8.91cm/s，控制标准10cm/s，满足要求。
（3）岩锚梁保护层三区。岩锚梁保护层三区开挖宽度3m，开挖高度2m，采用小药量光面爆破的方式进行开挖，周边孔间距35cm，线装药密度90g/m，光爆层厚度60cm，Ф27药卷间隔装药，主爆孔采用Ф32炸药连续装药，间排距按1.0×0.8m，孔深2m。
为了验证岩锚梁保护层三区爆破参数是否合理，在厂房下游侧岩锚梁保护层一区厂右0+14～厂右0+24位置进行一组爆破震动监测，测点布置按照水利水电爆破安全监测规程和设计要求，结合现场实际情况，布点选择在位于爆源上游侧10米位置，测试中最大水平切向震速7.89cm/s，控制标准10cm/s，满足要求。
4.2.3  岩锚梁岩台开挖
为了保证岩锚梁岩台开挖成型质量，减小岩台开挖因钻孔精度影响出现超欠挖现象，采用搭设钢管样架方式进行施工，样架分为垂直孔样架和斜孔样架两种，由测量按照样架设计高程和放出样架定位点并进行样架搭设，样架每隔3.6m（两跨），在节点处设置Φ22，L=1m插筋，对样架进行加固，防止钻孔过程中晃动，每隔3.6m设置斜撑。样架搭设前需对基础面进行整平，对于不平整地面，下垫模板，保证样架整体稳定，样架基础搭设完成后，在样架上布置钻孔导向管，钻孔导向管采用双层套管。钻孔导向管间距35cm，样架搭设完成后经测量复测后方可投入使用。钻孔设备选用手风钻，整个钻孔过程由技术人员全程跟踪旁站，并对每一个爆破孔的钻孔的角度、深度及间排距进行测量、记录，对于不符合要求的钻孔采用回填砂浆的方法进行封堵，并重新钻孔，对验收合格的钻孔采用插入PVC管进行保护，防止塌孔和堵孔。装药遵循垂直孔斜孔小药量的原则进行装药，选取Ф27药卷间隔装药，线密度结合爆破设计选用垂直孔60g/m和斜孔52g/m。

4.2.4  质量检测成果
经检查岩锚梁岩台开挖后开挖面平整度好，无欠挖现象，超挖最大位置位于厂房下游侧，最大超挖8.41cm，下游侧平均超挖3.24cm，上游侧平均超挖2.13cm，开挖后半孔率高，可达97.57%以上，现场声波检测数值10cm～25m，开挖满足一次成型条件。
5  结束语
针对厂房三层边墙节理发育的特点，选取合理的开挖分区方法和爆破技术参数得到了较好的岩台开挖效果，为后续吊车的稳定运行提供了坚实的保障。
参考文献：
[1] 赵鹏程，何国伟，朱奎伟，赵贵杰.盖下坝拱坝坝肩槽开挖爆破震动试验研究[J].水利水电施工，2016（1）：1～2.
[2] 周艳玲.龙滩水电站地下厂房锚索支护设计[J].中南水利发电，2006（1）：1～2.

-全文完-