坪頭水電站地下廠房鋼筋混凝土頂拱爆破拆除

尹 浩，陳曉光，秦 政

(中國水利水電第十四工程局有限公司 曲靖分公司，云南 曲靖 655000)

1 前 言

坪頭水電站地下廠房系統(tǒng)于2006年開工，因各種因素影響，前承包商于2007年11月退出，中國水利水電第十四局有限公司于2007年11月進場，承擔坪頭水電站地下廠房系統(tǒng)工程PT/CⅢ標段剩余工程施工。

受地質(zhì)條件影響，設(shè)計方對地下廠房系統(tǒng)進行了變更，將地下廠房、主變室在原設(shè)計基礎(chǔ)上整體抬高了15m，廠房頂拱高程由608.9m變?yōu)?23.9m,底板高程由568.9m調(diào)整為583.9m。壓力管道及尾水洞也進行了相應調(diào)整。因原設(shè)計廠房頂拱以下608.9～591.0m高程部分已由前承包商開挖完成，已開挖區(qū)容積約為24 970m3，空腔占變更后廠房總?cè)莘e的66%。

并且，與原廠房相鄰隧洞有部分已開挖完成，已開挖區(qū)改變了廠房圍巖的穩(wěn)定條件，增加了廠房后續(xù)開挖的困難。廠房布置見圖1。

地下廠房位于水平埋深190～205m ，垂直埋深130～140m的山體內(nèi)，圍巖為震旦系上統(tǒng)燈影組灰白色中厚層狀細晶白云巖、灰色石灰?guī)r，層狀結(jié)構(gòu)，巖質(zhì)堅硬，巖層總體產(chǎn)狀為N60°～70°E/SE∠30°～40°，微傾山外偏下游。根據(jù)地表測繪資料和探洞揭露情況：圍巖中無斷層分布，裂隙 除第①組外，其它多為局部段發(fā)育，主要有5組。

地下廠房圍巖為中厚層狀細晶白云巖、灰色石灰?guī)r，第①組層面裂隙發(fā)育，延伸性較長，多閉合、部分充填溶蝕粉土，走向與廠房等洞室的縱軸線交角約20°～40°，層面傾角較大，為35°～40°，巖體多呈互層～中厚層狀結(jié)構(gòu)，部分厚層狀結(jié)構(gòu)，圍巖為Ⅲ～Ⅳ類，以中等透水為主。廠區(qū)以自重應力為主。

圖1 廠房布置橫剖面示意

廠房上下游邊墻623～583m高程分別發(fā)育有多條錯動帶。出露于上游邊墻的f1傾向邊墻臨空面，傾角30°～40°，在邊墻上出露長度約37m(隨著向下開挖有繼續(xù)延伸跡象)，受風化、溶蝕影響及次生充填物，帶內(nèi)物質(zhì)性狀差，另外還普遍存在寬2～6cm，局部寬20～30cm的空縫。上述表明f1對上游邊墻穩(wěn)定極為不利。f2順層擠壓錯動帶整體視傾山外偏下游，延伸長度約37m，帶寬一般0.5～5cm，局部可達10～20cm，錯動帶性狀差。

受f1及f2錯動帶及其它因素影響，2007年1月27日，在進行廠房Ⅲ層中部(樁號：廠橫0+015～0+030)拉槽開挖爆破后，發(fā)現(xiàn)原廠房頂拱已襯砌混凝土在樁號約(廠橫)0+010.00～(廠橫)0+035.00段頂拱中心偏下游部位有多處開裂掉塊，目測最大掉塊范圍尺寸約寬50cm、長200cm、深度6～10cm， 掉塊部位混凝土外層鋼筋出露，鋼筋被壓彎呈“V”形，且出現(xiàn)有多條沿廠房軸線方向裂縫。2007年2月24日，廠房安裝間頂拱又出現(xiàn)了兩條新的裂縫。

2 頂拱混凝土爆破拆除方案比選

由于整個地下廠房上抬15m，需對原設(shè)計廠房已襯砌頂拱混凝土以上15m部分進行重新開挖，上抬部分采用自上而下順序，分為三層。Ⅰ層分層高度7.9m，Ⅱ?qū)臃謱痈叨?.85m，Ⅲ層包括609.15～600.75m高程段未開挖部分及原已襯砌的鋼筋混凝土頂拱。廠房原頂拱混凝土結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 廠房開挖分層剖面示意

由圖2中可以看出，623.9～608.9m高程開挖支護施工完成后，原廠房已襯砌的鋼筋混凝土頂拱形成了一塊跨度為18.6m、厚1m的薄板構(gòu)件。此薄板將整個地下廠房分成上、下兩室，原混凝土頂拱

支撐點移至洞室兩邊墻的中部，頂拱拆除的施工順序直接影響到兩側(cè)邊墻的圍巖變形。施工前，制定了“頂拱整體拆除”和“頂拱分段拆除”兩種方案，并進行了彈塑性有限元數(shù)值模擬，以選擇最優(yōu)方案。

“頂拱整體拆除”即一次性爆破拆除整個頂拱，這樣對施工人員的安全及施工進度有利；“頂拱分段拆除”即將頂拱分成條形區(qū)域，分塊逐步拆除，這樣對拱座圍巖、錨桿拆除質(zhì)量有利。

為了選擇最優(yōu)方案，對兩種原頂拱拆除方案進行了洞室爆破開挖的彈塑性有限元數(shù)值模擬。結(jié)果如下：

兩種頂拱拆除方案的洞室開挖數(shù)值模擬結(jié)果：從主廠房邊墻圍巖變形情況看，采用分層拆除爆破，原頂拱拱座處位移較小為88.0mm，而“整體拆除方案”主廠房下游原拱座處位移為163.0mm，可見“分段拆除方案”可以有效減小洞室圍巖變形，對圍巖穩(wěn)定有利。從位移矢量圖看，兩種方案拱座處位移均向內(nèi)變形，較符合規(guī)律。綜上所述，采用“頂拱分段拆除”方案對圍巖穩(wěn)定影響較小，能確保拱座處圍巖的變形相對較小。從實際施工完成情況看，對薄頂拱采用“縱向分帶，帶內(nèi)分區(qū)，先中拱，后拱座”爆破拆除方法，較好地控制了爆破對原拱座部位圍巖的破壞損失，避免了整體拆除可能造成的邊墻急劇大變形。

3 頂拱混凝土爆破拆除

廠房原混凝土頂拱跨度18.6m，弧長22.48m，厚1～1.2m，長75m，配雙層鋼筋，主筋φ25mm@200mm，分布筋φ20mm@200mm。拆除鋼筋混凝土面積約1 650m2，總重4 108.6t。根據(jù)有限元分析結(jié)果，廠房混凝土頂拱爆破拆除按“縱向分帶，帶內(nèi)分區(qū)，先中拱，后拱座”的原則進拆除施工。頂拱拆除分區(qū)見圖3、4。

圖3 頂拱拆除分區(qū)平面示意

圖4 頂拱拆除分區(qū)剖面示意

廠房頂拱沿軸線分為25個條帶，條帶寬3m，每個條帶分為2個區(qū)域，混凝土頂拱上下游各預留1m段，并且沿中軸線布置4個溜渣井。拆除施工前，原廠房頂拱混凝土以下空腔采用石渣回填至高程601.00m，原混凝土頂拱上部608.90～605.30m高程段巖石采用反鏟由(廠橫)0-20.00開始向(廠橫)0+55.00逐步分段清除，每次清理段長6m，石渣由溜渣井及已拆除區(qū)溜至原混凝土頂拱下堆放。原頂拱605.30～612.00m高程注裝的錨桿采用等離子切割機分段切除。

混凝土采用爆破拆除，在混凝土頂拱上部巖石清理及錨桿切除完成后，首先拆除(廠橫)0-20.00～(廠橫)0-17.00m段頂拱混凝土，在廠房上下游邊線及(廠橫)0-17.00m樁號布置垂直預裂孔，孔距50cm，孔深72～122cm，孔底預留30cm。主爆孔采用垂直布孔。主爆孔除(廠橫)0-20.00～(廠橫)0-17.00m段采用垂直布置外，其它各段均采用水平布置。爆破后，原混凝土中鋼筋采用等離子切割機割除。鉆孔布置及網(wǎng)絡(luò)見圖5。

4 結(jié)束語

從實際施工完成情況看，對薄頂拱采用“縱向分帶，帶內(nèi)分區(qū)，先中拱，后拱座”爆破拆除方法，較好地控制了爆破對原拱座部位圍巖的破壞損失，避免了整體拆除可能造成的邊墻急劇大變形。坪頭水電站廠房頂拱拆除于2010年3月5日開工，2010年4月26日結(jié)束。目前，坪頭水電站已投入運行。

圖5 爆破鉆孔布置及網(wǎng)絡(luò)示意