五岳抽水蓄能電站地下廠房巖壁吊車梁開挖技術

李 闖

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000）

1 工程概況

五岳抽水蓄能電站位于河南省信陽市光山縣殷棚鄉、羅山縣定遠鄉境內，距信陽市區直線距離約70km。電站總裝機容量1000MW，安裝4 臺單機容量250MW 水泵水輪發電機組，承擔河南電網調峰、填谷、調頻、調相、緊急事故備用等任務。樞紐工程由上水庫、輸水發電系統、下水庫等建筑物組成。

地下廠房巖壁吊車梁位于廠房第二層，長度為144.83m，布置高程范圍38.080m～34.880m，軌頂高程38.080m，上拐點高程36.179m，下拐點高程34.880m，巖臺寬0.75m，斜面長1.5m，斜面與豎直方向夾角30°。

2 主要地質情況

地下廠房開挖揭露巖性為灰白色中粒二長花崗巖，多屬微風化，巖體以塊狀、次塊狀為主。根據廠房地質編錄成果，斷層發育2 條，產狀NE55°NW ∠75°～85°，寬度0.2m～0.8m，由碎裂巖、斷層泥等組成；裂隙發育6 組，走向以NWW、NE 向為主，多閉合，斷層及裂隙以陡傾角為主，緩傾角及中等傾角裂隙僅局部發育；揭露裂隙密集帶24 條，寬度0.5m～1.0m，對巖壁吊車梁巖臺開挖成型及結構穩定影響較大；地下水不發育，僅局部存在點滴狀滲水。廠房區地應力為3.5MPa～8.4MPa，最大主應力方向NW346°～NE27°。地下廠房軸線方向為NW345°，主要結構面與廠房軸線呈大角度相交，最大主應力與廠房軸線呈小角度相交，對洞室邊墻圍巖穩定有利[1]。

3 分層分區開挖

為減少爆破振動破壞，確保巖臺開挖成型，巖壁吊車梁開挖采用“三層六區”分區方案和“中部梯段爆破、兩側保護層開挖跟進”施工方法，巖壁吊車梁層整體開挖分層高度9.5m（EL41.500～EL32.000），分層分區如圖1 所示。中部拉槽寬度16.5m，分2 層2 區（①區和③區），先行預裂爆破至本層底部，后分兩層進行拉槽爆破開挖；兩側保護層厚度4.75m，分3 層3 個區域（②區、④區和⑤區）進行開挖；巖壁吊車梁巖臺為⑥區，為開挖關鍵部位，分層開挖順序為①→②→③→④→⑤→⑥。1）①區開挖高度3.1m，寬度16.5m，采用手風鉆進行鉆孔爆破，孔徑42mm、孔深3.1m，孔距1.0m，排距1.35m，主爆孔線裝藥密度770g/m。2）②區開挖高度3.1m，寬度4.75m，采用手風鉆進行鉆孔爆破，邊墻光爆孔鉆孔時相對第二層技術超挖10cm，滿足巖壁梁上直墻架鉆要求；孔徑42mm，孔深3.1m，孔距40cm，采用竹片綁扎炸藥，不耦合裝藥，線裝藥密度130g/m；主爆孔孔徑42mm，孔深3.1m，孔距1.0m/1.5m，排距1.5m，初擬線裝藥密度670g/m。3）③區開挖高度6.0m，寬度16.5m，采用D7 鉆機進行鉆孔爆破，孔徑76mm，孔深6.0m，孔距1.0m，排距1.5m，線裝藥密度800g/m。4）④區開挖高度2.5m，寬度4.1m，采用手風鉆進行鉆孔爆破，開挖時相對⑤區寬度方向超挖10cm，滿足巖壁梁下直墻架鉆要求，孔徑42mm，孔深2.5m，孔距1.0m，排距1.2m，初擬線裝藥密度500g/m；光爆孔采用手風鉆進行鉆孔，孔徑42mm，孔深2.5m，孔距40cm，采用竹片綁扎炸藥，不耦合裝藥，線裝藥密度90g/m～120g/m。5）⑤區開挖高度3.5m，寬度4.0m，采用手風鉆進行鉆孔爆破，孔徑42mm，孔深3.5m，孔距1.0m/1.5m，排距1.2m，線裝藥密度500g/m。垂直光爆孔，采用搭設樣架手風鉆進行鉆孔，孔徑42mm，孔深3.5m，孔距30cm，采用竹片綁扎炸藥，不耦合裝藥，線裝藥密度90g/m～120g/m[3]。6）⑥區為巖錨梁區，高度3.52m，寬度0.65m，采用手風鉆搭設樣架進行鉆孔爆破，斜面光爆孔孔徑42mm，孔深1.51m，孔距30cm，采用竹片綁扎炸藥，不耦合裝藥，線裝藥密度60g/m～80g/m；巖臺垂直光爆孔孔徑42mm，孔深2.27m，孔距30cm，采用竹片綁扎炸藥，不耦合裝藥，線裝藥密度60g/m～80g/m。

圖1 巖壁吊車梁分區開挖圖（單位：m）

4 巖臺開挖技術

巖壁吊車梁是地下廠房橋式起重機運行軌道，是整個地下廠房施工的重難點和關鍵點。其在施工過程中是否能保證開挖成型質量、是否能保證爆破后巖體完整性以及相關的巖壁梁錨固體系，都對地下廠房橋機運行安全性起直接作用。因此，項目開工伊始就將巖壁吊車梁巖臺開挖作為地下廠房施工的重中之重，項目部采取一系列措施來提高巖臺開挖質量。

4.1 預固結灌漿

在廠房巖壁吊車梁①區、②區開挖完成后，邊墻區域存在多處陡傾角節理密集帶，爆破后多處不穩定塊體掉落，導致光面爆破效果較差，為確保巖臺開挖成型質量，提高巖石完整性，在④區開挖前對巖臺邊墻節理密集帶區域進行固結灌漿，詳見表1。灌漿鉆孔孔徑φ45mm，孔間距1.0m，孔深L=4.0m（至巖錨梁下拐點以下10cm），孔位布置如圖2 所示。

圖2 巖壁吊車梁固結灌漿布置圖（單位：m）

表1 廠房巖壁吊車梁固結灌漿區域

在具體施工過程中，要注意以下要點：固結灌漿采用全孔一次從底孔灌至頂孔。采用φ45mm機械塞進行卡塞灌注，塞位控制在20cm～30cm。在灌漿固結環節，除須使用純水泥漿外，還要確保灌漿漿液濃度能以“由稀變濃、逐級變漿”的原則進行施工；該工程采用了4 個比級的水泥漿液的水灰比，分別為2 ∶1、1 ∶1、0.8 ∶1、0.5 ∶1。

漿液變換標準如下：①灌漿壓力保持不變而注入率持續減少，或注入率不變而壓力持續升高時，不得改變水灰比。②當某一級漿液注入量達到300L 以上，而灌漿壓力和注入率無改變或改變不明顯時，可加濃一級。③當注入率大于30L/min 時，可視情況越級變漿。

在灌漿孔順序方面，不僅要將其分為兩序，還要嚴格遵循“分序加密”這一原則；具體在實際施工中，在要先完成I 序孔施工后，方可對II 序孔進行施工。工程中，Ⅰ序孔與Ⅱ序孔固結灌漿壓力分別為0.2MPa、0.3MPa。

4.2 巖臺鉆孔作業

巖壁吊車梁巖臺⑥區豎向孔在④區開挖鉆孔同時進行鉆孔，成孔后孔內插入PVC 管保護，不進行裝藥，待⑥區斜孔鉆孔完成后一塊爆破。斜向光爆孔在⑤區開挖完成后，搭設斜樣架進行鉆孔，采用YT28 手風鉆鉆孔，孔徑為φ42mm，孔間距均為30cm（預固結灌漿區域間距25cm）[2]。垂直孔和斜向孔采用搭設鋼管樣架進行鉆孔角度、長度控制，樣架搭設詳見圖3、圖4。

圖3 ⑥區垂直孔樣架

圖4 ⑥區斜孔樣架

樣架搭設前由專業測量人員進行樣架搭設放樣，放樣內容包括樣架定位點、樣架高程控制點、爆破孔孔位布置點。搭設人員根據測量點位及鉆孔角度進行樣架搭設，在垂直孔樣架和斜孔樣架搭設完畢后，須由測量人員對樣架定位管進行復核驗收，保證定位準確。

巖臺鉆孔導向管采用φ48mm，壁厚3mm 鋼管和φ30mm硬質橡膠管雙套管結構，縮小鉆桿與導向管之間間隙，降低鉆孔過程中由于鉆桿的晃動引起漂鉆偏孔，開鉆前由測量隊采用全站儀對鉆孔樣架高程、角度進行復核。

另外，對質檢人員來說，為確保所檢查結果的準確性，要使用鋼卷尺、電子角度儀、水平尺等設備來鉆前校核即將投入使用的鉆孔排，且在所得檢查結果確認沒有發生變形和移位前提下，方可讓施工人員進行開鉆施工。

在鉆孔過程中，由技術人員進行現場旁站，確保鉆孔質量。同時為避免巖臺出現欠挖，影響后續巖錨梁鋼筋綁扎，垂直孔向外偏斜1°，孔底超鉆5cm，斜向孔開孔位置向下3cm，孔底超鉆5cm 進行控制。

4.3 巖臺下拐點增加鎖口錨桿

巖壁吊車梁⑤區開挖完成后，對巖臺下拐點以下邊墻圍巖情況進行排查，對節理密集帶部位采用對下拐點進行鎖口錨桿施工，鎖口錨桿位于下拐點以下0.2m 處（高程EL34.680），采用砂漿錨桿，直徑22mm，長3.0m，入巖2.85m，間距1.0m；同時下拐點以下50cm 掛φ8mm@200mm鋼筋網，噴射15cm 厚C25 混凝土，形成鎖口錨噴支護，進而保證巖臺下拐點開挖完整性。

4.4 爆破參數控制

為取得巖臺爆破最優爆破參數，在廠房④區下游側CZ0-41.500～CZ0-21.700，長19.8m、寬0.75m、高3.52m，進行巖臺1：1 爆破試驗，采用55g/m、65g/m、75g/m 和4 根導爆索，四種線裝藥密度對比分析，每種線裝藥密度裝約5m爆破范圍，驗證鉆孔樣架搭設的穩定性、準確性；確定光爆孔的孔位、孔距、孔斜、孔深；選定最優巖臺光面爆破參數如下：1）巖臺采用垂直孔和斜向孔同時起爆方式。2）炮孔直徑為φ42mm，孔距25cm～30cm，豎孔孔深2.27m，斜孔孔深1.51m，線裝藥密度約為65g/m（垂直孔安裝6 節25g 藥卷、斜向孔安裝4 卷25g 藥卷）。3）節理密集帶部位直接采用4 根導爆索并聯結構進行裝藥[4]。

4.5 成型效果

通過對巖壁吊車梁區域提前固結灌漿、下拐點預支護、搭設精準鉆孔樣架、挑選技術精湛鉆工、優化爆破參數和進行嚴格地施工管控，巖臺除節理密集帶小范圍直壁超挖外，開挖成型完整率達到95%以上。

巖臺開挖取得理想效果（見圖5）：①巖臺整體平整、整齊，無欠挖，最大超挖13.6cm，最小超挖3cm。②巖臺殘孔垂直孔與斜孔相連，殘孔率達到98%以上。③下拐點及垂直邊墻均保留完整。④殘孔中無爆破破壞裂隙，對巖體擾動較小。

圖5 理想效果下的巖臺開挖示意圖

5 結語

在五岳抽水蓄能電站巖壁吊車梁開挖過程中，采用分薄層開挖、對節理密集帶與斷層處進行固結灌漿、爆破前對巖臺下拐點進行鎖口錨桿加固、采用精細化鉆孔手段、合理的技術超挖方法以及最優的裝藥結構，在爆破的過程中根據地質情況及時進行“一炮一設計，一炮一驗收，一炮一總結”。該工程巖壁吊車梁通過精細化開挖施工，并在完成后確保了工程平整度好、殘孔率高、質量優良的特征，值得進一步推廣與應用。