復雜條件下的地下廠房巖壁梁巖臺開挖爆破實踐

葛洲壩新疆工程局（有限公司） 袁 新

復雜條件下的地下廠房巖壁梁巖臺開挖爆破實踐

葛洲壩新疆工程局（有限公司） 袁 新

在新疆某引水、灌溉、發電為一體的電站地下廠房巖錨梁開挖施工過程中，針對節理、裂隙較發育且地質構造復雜的特點，采用預留保護層分區、分步開挖方法，通過調整爆破參數和施工方法進行了多種方案的現場試驗，確定了優化的開挖方案和爆破參數，獲得了較好的爆破質量。

巖錨梁 巖臺開挖 地下廠房 不良地質

一、工程概況

該電站位于新疆，阿克蘇河上游境內。樞紐工程主要包括上庫主壩、副壩、引水系統、地下廠房系統及尾水系統。地下廠房系統主要由四條平行布置的大型洞室——球閥室、主廠房、主變室和尾閘室等組成。

地下主廠房開挖尺寸為156.40m×22.85m×55.883m（長×寬×高）。廠房圍巖主要為新鮮灰白色花崗巖，少量為肉紅色中細粒二長花崗巖，影響廠房地質條件的主要斷層有F28及F8(包括F8-1、F8-2及其影響帶)。F8斷層走向為355°～15°/SW(NW)∠35°～54°，F8斷層破碎及影響帶聲波波速為2800～4800m/s。西端墻附近有F28等小斷層發育。其中F8斷層破碎及影響帶對巖臺成型影響最大，開挖揭露顯示，F8斷層及影響帶寬度約為50m，屬Ⅳ類圍巖，巖體主要為塊狀、次塊狀結構，少量裂隙較發育地段為鑲嵌碎裂結構，該斷層帶由頂至底貫穿整個廠房，節理面平直稍粗，延伸很長，閉合或微張，多充填有1～3mm厚的巖屑和變質綠泥石膜，巖石整體穩定性差，在頂拱層中導洞開挖期間，出現過自然塌滑。

二、爆破開挖程序及方法

1. 開挖分區與程序。主廠房共分八層進行開挖，巖壁吊車梁所在的第二層的開挖分層高度為7m(▽69.0～▽62.0)，針對本工程的不良地質情況及花崗巖的硬脆性等特點，施工時通過試驗確定巖臺開挖采用保護層與巖臺分步挖的工法，將第二層開挖分3部分(中部拉槽，巖壁保護層開挖，巖臺開挖)進行，先對中部拉槽區進行預裂爆破，以減輕拉槽梯段爆破對巖壁梁預留保護層的振動破壞。預留4m厚的保護層進行二次開挖，兩側巖壁梁保護層開挖滯后拉槽區20～30m；巖臺區采用打垂直孔和斜孔的方式一次光爆成型。開挖順序及分區見圖1，其中：①區為軸線兩側抽槽區的開挖，寬度為15.25m；②區為▽65.7m以上非巖臺部分保護層開挖，寬度為3.3m；③區為▽62.0m～▽65.7m保護層開挖，寬度為3.3m；④區為巖臺開挖，寬度為0.7m。

開挖施工程序為：主廠房中部拉槽；巖臺面水平保護層開挖；巖壁保護層開挖；巖臺成型開挖。

2. 爆破試驗參數。為了確保巖錨梁開挖質量和進度，確保巖臺按設計要求開挖成型，在主廠房第二層①區抽槽開挖時，在副廠房段進行了巖錨梁開挖爆破生產性試驗，以確定巖錨梁開挖的相關爆破參數。根據圍巖性狀，進行了多組爆破方案的試驗，通過試驗確定了巖臺保護層開挖和巖臺開挖的爆破參數和施工工藝方法。結合爆破振動觀測最終確定的巖壁梁巖臺開挖爆破參數見表1。

圖1 主廠房第二層開挖分區圖

表 1 巖壁梁巖臺開挖爆破參數表

三、施工工藝的實施與控制

1. 造孔。拉槽區梯段爆破采用潛孔鉆造孔，炮孔參數為孔徑75mm，間排距180×200cm，鉆孔時必須注意使炮孔呈75°～80°夾角，每次作業時均布置4排炮孔。

保護層開挖采用手風鉆造孔，因鉆具超過4m深度后精度難以保證，為避免造成巖臺下拐點以下偏差較大，故將兩側4m厚的保護層分為▽69～▽65.7和▽65.7～▽62兩個開挖區，分兩次開挖，保護層開挖采用造淺孔，短進尺多循環的爆破方式進行，周邊孔及主爆孔均采用手風鉆打垂直孔，要求孔底落在同一樁號、高程上，并以周邊光面爆破進行保護層開挖。

巖臺光爆孔間距為35cm，孔底與巖臺上拐點相距5cm，其中垂直孔深度為3.32m，斜面孔深度為1.17m。考慮巖臺頂部寬度較小（僅70cm），Ⅳ區（巖臺）開挖造孔時的安全問題及垂直光爆孔的質量控制保證，要求在Ⅱ區（保護層）爆破裝藥前完成Ⅳ區垂直光爆孔的造孔，并在孔內插入PVC管進行護孔。為控制開挖后的洞室底板高低起伏不平及手風鉆造孔時不易控制孔向等因素的影響，采用鋼管導向架（見圖2、圖3）支撐，控制光爆孔的造孔，防止造孔過程中鉆桿橫向傾斜。施工前，先進行測量放樣，在實地測放縱橫樁號及地面不同標高后架設并調平導向架。造孔時根據導向架控制孔向及孔深，開孔后檢查孔位、孔向無誤后再繼續施鉆，并在鉆進過程中加以檢查、控制，以使各孔孔底落在同一樁號、高程上。

2. 裝藥。巖錨梁按照3m一循環進行爆破開挖，執行“一炮一設計”制度。進行爆破設計時以爆破試驗得出的參數為基準，根據每循環現場圍巖情況進行適當調整。拉槽區梯段爆破采用潛孔鉆造孔，炮孔參數為孔徑75mm，間排距180×200cm，乳化炸藥，藥卷直徑65mm，堵塞長度2.0m；在進行光爆孔藥卷安裝時，為加快施工進度，預先在洞外用竹片按爆破設計參數加工藥卷，裝藥時則據實進行適當調整。

裝藥是控制爆破質量的最后環節，裝藥前對各鉆孔進行認真清理驗收，對不合格的孔全部補鉆，驗收合格后方允許裝藥放炮，確保達到設計效果。

圖2 垂直光爆孔導向架示意圖（單位：cm）

圖3 斜孔導向架搭設示意圖（單位：cm）

四、結語

巖錨吊車梁爆破開挖是地下廠房洞室開挖中最為重要和最為困難的部分，較好的巖臺成型質量，對爆破開挖要求很高。尤其在節理裂隙非常發育的斷層破碎帶開挖成型巖臺尚不多見，在白蓮河電站地下廠房巖錨梁巖臺開挖施工過程中，采用巖錨梁巖臺二序開挖工法和試驗優化的爆破參數，并通過在施工中控制鉆孔精度、裝藥結構等措施，效果顯著，獲得了較好的巖臺質量。同時根據對其進行的動態監測結果可判定地下廠房巖錨梁的爆破開挖能夠保證巖錨吊車梁施工與運行期的安全。