樂(lè)昌峽水利樞紐巖壁吊車梁開挖質(zhì)量控制措施

吳柏春,劉小偉,饒兵成

(1.上海東華工程咨詢有限公司，上海 200434；2.廣州市水務(wù)科學(xué)研究所，廣東 廣州 510220)

1 工程概況

樂(lè)昌峽樞紐地下廠房開挖尺寸為123.98m×19.0m×52.12m，分6層開挖，吊車梁位于第Ⅱ?qū)印S房?jī)?nèi)安裝1臺(tái)2×150t橋式吊車。吊車梁采用巖錨梁結(jié)構(gòu)，巖錨梁頂寬185cm，高245cm，跨度17.0m，斜面座角為25°，梁長(zhǎng)為2×93.760m。地下廠房大部分為Ⅱ、Ⅲ類圍巖，局部存在Ⅳ類圍巖，圍巖為灰黑色微風(fēng)化厚層-巨厚層石英砂巖，夾少量薄層狀板巖，兩個(gè)斷層f107和f108分別在主機(jī)間和安裝間出露，寬度分別為30～40cm和80～150cm，斷層與廠房邊墻(軸線)交角較大，傾角陡，圍巖為Ⅲ類。

地下廠房主要布置有主機(jī)間、安裝間(副廠房)、主變室、高壓電纜洞豎井和平洞、排風(fēng)出渣洞、交通洞、排風(fēng)豎井、排水廊道以及地面出線場(chǎng)等組成。廠房(包括主副廠房及安裝間)開挖分6層。為使施工設(shè)備發(fā)揮最佳效率，按每層適宜臺(tái)階高度5～10m劃分。第Ⅰ、Ⅱ?qū)娱_挖利用排風(fēng)洞出渣，第Ⅰ層頂拱層，開挖高度8.5m；第Ⅱ?qū)訋r壁吊車梁層，開挖至巖壁吊車梁以下約2m，開挖高度8.75m；第Ⅲ層操作層，第Ⅳ層發(fā)電機(jī)層，第Ⅲ、Ⅳ層開挖利用交通洞出渣；第Ⅴ層為水輪機(jī)渦殼層，第Ⅵ層為尾水管層，第Ⅴ、Ⅵ層開挖利用尾水洞出渣。采用由上至下逐層開挖、逐層支護(hù)的施工方法。

巖壁吊車梁施工特點(diǎn)：采取保護(hù)層開挖措施，嚴(yán)格控制超欠挖，不允許欠挖，超挖控制在20cm內(nèi)，尤其是控制斜面傾角偏差，確保巖壁開挖成型和減少圍巖松動(dòng)，混凝土澆筑完成后繼續(xù)爆破，爆破震動(dòng)速度控制在設(shè)計(jì)值；嚴(yán)格控制錨桿鉆孔和砂漿注漿密實(shí)。巖壁吊車梁是地下廠房施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，為確保質(zhì)量、加快進(jìn)度，參建各方對(duì)此進(jìn)行了深入研究，制定了詳細(xì)可靠的巖錨梁施工技術(shù)。

2 巖壁吊車梁保護(hù)層開挖質(zhì)量控制

為確保巖壁吊車梁和巖臺(tái)開挖成型質(zhì)量，施工單位在對(duì)巖壁吊車梁開挖前進(jìn)行了鉆爆參數(shù)試驗(yàn)，防止巖面裂縫的產(chǎn)生，尤其是下拐點(diǎn)巖面；得到爆破參數(shù)為：孔距30cm，垂直孔線裝藥密度100g/m、斜孔線裝藥密度150g/m，均每孔裝藥；斜孔開孔位置低于設(shè)計(jì)開挖線5cm；遇地質(zhì)較差部位，適當(dāng)調(diào)整孔距和裝藥量。

在地下廠房第Ⅱ?qū)又胁坎弁谇埃瑢?duì)地下廠房第Ⅱ?qū)泳嘧笥疫厜Ω?.5m處進(jìn)行預(yù)裂。巖壁吊車梁保護(hù)層分4個(gè)區(qū)開挖。如圖1所示。

圖1 巖壁吊車梁開挖方法示意圖

第一部分(Ⅱ2-1區(qū))為巖壁吊車梁上層保護(hù)層采用光面爆破方法開挖。周邊孔間距30～40cm，鉆孔深度3m，周邊孔線裝藥密度為80～100g/m，堵塞長(zhǎng)度50cm；輔助孔孔距60～80cm，孔深3m，最小抵抗線80～100cm，藥卷直徑為16mm，間隔裝藥，線裝藥密度為100～150g/m，堵塞長(zhǎng)度50cm；線裝藥密度采用將Φ32乳化炸藥沿藥卷長(zhǎng)度方向分為兩半進(jìn)行間隔裝藥。

第二部分(Ⅱ2-2區(qū))巖壁吊車梁上層開挖時(shí)，應(yīng)同時(shí)完成巖臺(tái)上直墻周邊光爆孔與輔助孔的造孔，并采用40PVC塑料管進(jìn)行封孔。

第三部分(Ⅱ2-3區(qū))為巖壁吊車梁巖臺(tái)下直墻保護(hù)層開挖，采用手風(fēng)鉆造孔，周邊孔間距30～40cm，鉆孔3m，藥卷直徑為16mm，線裝藥密度控制為80～100g/m；輔助孔孔距60～80cm，孔深3m，最小抵抗線80～100cm，藥卷直徑為16mm，線裝藥密度控制為100～150g/m。

第四部分(Ⅱ2-4區(qū))巖臺(tái)開挖，采用雙光面爆破法，上直墻周邊光爆孔與輔助孔的造孔超前與Ⅱ2-2區(qū)開挖同時(shí)造孔，斜面周邊光爆孔采用手風(fēng)鉆沿巖臺(tái)斜面的設(shè)計(jì)開挖線，由下向上造孔。上直墻豎向光爆孔，孔徑Φ42，孔深200cm左右(根據(jù)測(cè)量實(shí)測(cè)高程每個(gè)孔實(shí)施精確放線)，孔距30cm，藥卷直徑為16mm，線裝藥密度為100g/m，堵塞長(zhǎng)度50cm；斜面光爆孔孔徑Φ42，孔距30cm，孔深165cm，藥卷直徑為16mm，線裝藥密度為150g/m，堵塞長(zhǎng)度40cm。

斜面周邊光爆孔根據(jù)下拐點(diǎn)以下直墻開挖超欠挖情況，推算出實(shí)際各斜孔的開口位置、孔深，然后按照巖臺(tái)斜度，設(shè)置放線樣架并有效固定，用三角尺對(duì)每孔的斜度進(jìn)行放樣，確定每孔需鉆進(jìn)的深度，確保各孔底在同一高程、同一鉛直面，巖臺(tái)斜孔與上直墻預(yù)留孔同時(shí)爆破，上直墻及巖臺(tái)斜面開挖均采用光面爆破，以保證開挖成型質(zhì)量，如圖2所示。

圖2 巖壁吊車梁鉆孔樣架示意圖

據(jù)開挖斷面測(cè)量統(tǒng)計(jì)，Ⅱ、Ⅲ類圍巖段巖壁斜面角度偏差小于3°，滿足設(shè)計(jì)要求。巖壁直立面超挖均控制在20cm以內(nèi)，巖壁上殘孔率高達(dá)90.0%，無(wú)明顯可見的爆破裂隙。

3 巖壁吊車梁錨桿的施工

巖壁吊車梁是在組合錨桿和鋼筋混凝土梁共同作用在斜面巖壁上，巖壁吊車梁錨桿設(shè)計(jì)為全長(zhǎng)粘結(jié)型錨桿，在吊車梁內(nèi)設(shè)二排受拉錨桿與一排受壓錨桿，上排受拉區(qū)鋼筋參數(shù)為：Φ36Ⅱ級(jí)鋼筋@70cm、入巖7.5m、L=9.43m、向上傾角25°；下排受拉區(qū)錨桿參數(shù)：Φ36Ⅱ級(jí)鋼筋@77cm、入巖7.5m、L=9.36m、向上傾角20°；受壓區(qū)錨桿參數(shù)：Φ32Ⅱ級(jí)鋼筋@70cm、入巖5.0m、L=6.45m、垂直巖臺(tái)入巖。錨桿的規(guī)格及其布置，如圖3所示。設(shè)計(jì)要求各錨桿孔位偏差不得大于±3cm、孔深偏差不大于5cm、傾角偏差不得大于±2°，不允許出現(xiàn)兩桿相交的現(xiàn)象。錨桿施工要在本層開挖支護(hù)完成及下層周邊預(yù)裂爆破完成后進(jìn)行。

圖3 巖壁吊車梁錨桿示意圖

錨桿鉆孔采用三臂鉆進(jìn)行，孔徑65mm。錨桿角度利用直角三角板控制，三角板銳角為錨桿的俯角或仰角(分別為25°、20°、25.71°)；在三角板的直角邊安放一水平尺，三角板的斜邊靠在鉆臂上，調(diào)整鉆臂角度直至水平尺氣泡居中，此時(shí)鉆桿角度即為錨桿設(shè)計(jì)角度。開鉆前，施工人員按錨桿的設(shè)計(jì)角度調(diào)整鉆機(jī)鉆桿，按放樣好的孔位開孔，開鉆5～10cm后利用加工好的特定直角三角板復(fù)核、調(diào)整鉆孔方向，鉆進(jìn)40～50cm以后，再次復(fù)測(cè)、調(diào)整鉆孔方向。為保證鉆孔角度準(zhǔn)確，在0～50cm采取輕沖擊慢速鉆進(jìn)、50cm以后可開始全速鉆進(jìn)。錨桿孔深通過(guò)在鉆桿上做標(biāo)記，以確保孔深滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

錨桿施工前，應(yīng)對(duì)錨桿注漿工藝進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)比試驗(yàn)表明，在“先插桿后注漿”工藝中，砂漿密實(shí)度較差；“先注漿后插桿”工藝砂漿密實(shí)度較好。因此采用“先注漿后插桿”工藝。注漿管先插入孔底后送漿，在注漿管推力作用下慢慢抽管，在抽管過(guò)程中，還要多次將注漿管回送，以使注漿飽滿。當(dāng)注漿到達(dá)孔口時(shí)，特別注意孔口注漿密實(shí)，不留空孔。注完漿后，將錨桿立即插入孔中。當(dāng)桿體深度達(dá)到設(shè)計(jì)錨固長(zhǎng)度時(shí)(以桿體上標(biāo)記為準(zhǔn))，再在孔口填滿砂漿，用水泥紙臨時(shí)封堵孔口，待砂漿初凝后去除水泥紙。按照這樣施工程序和技術(shù)措施進(jìn)行錨桿注漿質(zhì)量控制，錨桿質(zhì)量能夠得到保證，桿體位于錨桿孔中央，四周均被砂漿包裹，注漿飽滿度達(dá)到90%以上。錨桿安插7d后，由第三方檢測(cè)單位進(jìn)行100%無(wú)損檢測(cè)，砂漿飽滿度及錨桿長(zhǎng)度均滿足設(shè)計(jì)要求。

4 巖壁吊車梁混凝土保護(hù)措施

為確保吊車梁混凝土的安全，需要對(duì)已澆筑完成的巖壁吊車梁混凝土進(jìn)行保護(hù)。主要采取以下保護(hù)措施。

(1)在主廠房第Ⅲ層開挖時(shí)，不拆除吊車梁混凝土底部模板，混凝土側(cè)面用毛竹片保護(hù)，頂部用鋪柴木對(duì)吊車梁混凝土進(jìn)行保護(hù)。

(2)在巖壁吊車梁混凝土澆筑前，先對(duì)主廠房第Ⅲ層距離邊墻3.5m處進(jìn)行預(yù)裂爆破，減輕第Ⅲ層開挖爆破時(shí)對(duì)巖壁吊車梁混凝土的影響。

(3)巖壁吊車梁混凝土達(dá)到28d強(qiáng)度后，才能進(jìn)行第Ⅲ層開挖爆破，而且?guī)r壁吊車梁混凝土位置的爆破振動(dòng)速度不能超過(guò)設(shè)計(jì)允許值，為此，根據(jù)巖壁吊車梁混凝土位置允許爆破振動(dòng)速度通過(guò)試驗(yàn)確定下層爆破最大允許單響藥量，爆破試驗(yàn)是在巖壁吊車梁混凝土澆筑前進(jìn)行的，在第Ⅲ層進(jìn)行爆破試驗(yàn)，把測(cè)試爆破振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)振速的傳感器放在巖壁吊車梁混凝土位置，通過(guò)距爆源的距離、爆破單響藥量和測(cè)出的振動(dòng)速度進(jìn)行回歸計(jì)算，求得爆破振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)振速公式系數(shù)K、α。爆破振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)振速公式：

(1)

式中，V—質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度,cm/s；Q—藥量,kg；需要對(duì)最大單響藥量Q進(jìn)行爆破振動(dòng)測(cè)試，R—爆源至測(cè)點(diǎn)距離,m；K、α—系數(shù)。

在巖壁吊車梁開挖完成后，開始進(jìn)行爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)由第三方檢測(cè)進(jìn)行，通過(guò)試驗(yàn)確定K=141.018，α=2.096，相關(guān)系數(shù)為0.94。按設(shè)計(jì)要求混凝土28d齡期最大振速小于7cm2/s，R=10m(中間位置)，確定最大單響裝藥量為14.36kg。

5 結(jié)語(yǔ)

樂(lè)昌峽地下廠房巖壁吊車梁開挖，通過(guò)爆破試驗(yàn)確定巖壁梁保護(hù)層、斜面巖臺(tái)等開挖方法和爆破藥量等，以保證巖壁梁開挖進(jìn)度和質(zhì)量。斜面巖臺(tái)采用雙光面爆破法在座角頂點(diǎn)成型方面和角度控制方面取得較為理想的效果。錨桿安裝采用多臂鉆施工，錨桿砂漿檢測(cè)采用無(wú)損檢測(cè)，確保了錨桿施工質(zhì)量。

地下廠房第Ⅱ?qū)雍偷冖髮拥念A(yù)裂爆破質(zhì)量也是保證巖壁吊車梁施工質(zhì)量的關(guān)鍵之一，第Ⅱ?qū)拥念A(yù)裂爆破質(zhì)量關(guān)系到巖壁吊車梁的開挖質(zhì)量；第Ⅲ層的預(yù)裂爆破質(zhì)量關(guān)系到巖壁吊車梁混凝土的安全。

在巖壁吊車梁開挖完成后，通過(guò)在巖壁吊車梁上進(jìn)行爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)試驗(yàn)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的混凝土最大允許振速，確定下層開挖最大單響藥量，從而保證了巖壁吊車梁混凝土施工期間安全。