清原抽水蓄能電站廠房巖壁吊車(chē)梁開(kāi)挖質(zhì)量控制技術(shù)

劉 蕊，余 健

（中國(guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100024）

1 工程概況

清原抽水蓄能電站位于遼寧省清原滿族自治縣境內(nèi)，為Ⅰ等大（1）型工程，規(guī)劃6臺(tái)單機(jī)容量為300MW的豎軸單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)組，總裝機(jī)容量為1800MW，樞紐建筑物由上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、下水庫(kù)等組成。地下廠房采用中部布置方式，主機(jī)間、安裝間和副廠房呈“一”字形布置，地下廠房開(kāi)挖尺寸為222.50m×27.50m（26.00m）×55.30m。主廠房開(kāi)挖由上至下共分7層。按照機(jī)械設(shè)備作業(yè)性能參數(shù)、洞室空間結(jié)構(gòu)形式、通道布設(shè)等多重因素考慮，為便于開(kāi)挖支護(hù)施工機(jī)械設(shè)備布設(shè)及施工方便，第II層頂高程及底板高程分別為254.30m、244.30m，層高10.0m，最大開(kāi)挖跨度為27.50m。主廠房巖壁吊車(chē)梁位于廠房II層開(kāi)挖范圍內(nèi)，巖壁吊車(chē)梁全長(zhǎng)202.80m、高2.53m、寬1.90m。

2 地質(zhì)條件

廠房巖錨梁所在位置的地層巖性主要為元古界侵入巖花崗巖，局部有角閃巖巖脈。根據(jù)已開(kāi)挖地質(zhì)資料，揭露裂隙的主要發(fā)育方向有NWW，NW和NEE等3組，裂隙傾角主要以陡傾角為主，局部有緩傾角裂隙發(fā)育。有發(fā)育Σ1、Σ2、Σ3等3條規(guī)模較大的角閃巖巖脈，同時(shí)有較多緩傾角裂隙出露。地下廠房地下水類(lèi)型為基巖裂隙水，從揭露情況看，廠房區(qū)地下水不豐富，圍巖多干燥，局部潮濕，僅局部沿結(jié)構(gòu)面有滴水現(xiàn)象，基巖裂隙水滲水量隨季節(jié)變化不明顯。

3 廠房巖錨梁開(kāi)挖程序及方法

3.1 廠房Ⅱ?qū)娱_(kāi)挖分區(qū)及施工流程

清原抽水蓄能電站地下廠房Ⅱ?qū)娱_(kāi)挖分區(qū)規(guī)劃如圖1所示。該層采用中間拉槽，兩側(cè)預(yù)留保護(hù)層的施工方法開(kāi)挖。為減小爆破振動(dòng)對(duì)巖壁梁部位圍巖的影響，在梯段爆破與保護(hù)層開(kāi)挖的分界線采用預(yù)裂爆破，中部拉槽分2層開(kāi)挖，開(kāi)挖寬度為18.00m，梯段爆破層高6.00m，兩側(cè)保護(hù)層分3層開(kāi)挖，單側(cè)寬4.75m/4.00m，保護(hù)層開(kāi)挖層高的選擇是在考慮為保證巖壁梁巖面整體完整以及混凝土澆筑要求而確定的[1]。采用第一層中部拉槽II1層向安裝場(chǎng)側(cè)梯段爆破推進(jìn)30.00m后開(kāi)始進(jìn)行邊墻第一層保護(hù)層II1-1層開(kāi)挖，第二層中部拉槽II2層向安裝場(chǎng)側(cè)梯段爆破推進(jìn)30.00m后開(kāi)始進(jìn)行邊墻第二層保護(hù)層II2-1層開(kāi)挖，最終形成中部拉槽推進(jìn)，兩側(cè)保護(hù)層滯后30.00m跟進(jìn)開(kāi)挖程序。II2-1層穩(wěn)步推進(jìn)后，開(kāi)始第三層保護(hù)層II2-2層開(kāi)挖，滯后II2-1層30.0m并同步跟進(jìn)，當(dāng)II2-2層錨噴支護(hù)完成后方可進(jìn)行巖臺(tái)保護(hù)層II2-3層開(kāi)挖[2]。

圖1 地下廠房Ⅱ?qū)娱_(kāi)挖分區(qū)（高程單位：m；尺寸單位：cm）

3.2 開(kāi)挖施工程序

巖壁吊車(chē)梁的安裝位置要與設(shè)備特性相匹配，地下廠房Ⅱ?qū)硬扇蓚?cè)預(yù)留保護(hù)層，中間梯段爆破，三角巖臺(tái)區(qū)一次性光面爆破切割成型。針對(duì)地下廠房自身結(jié)構(gòu)特性、地勘資料、施工機(jī)械選型、洞室空間結(jié)構(gòu)形式、通道布設(shè)，巖壁吊車(chē)梁開(kāi)挖需與其保護(hù)層開(kāi)挖相結(jié)合，巖壁吊車(chē)梁第一層保護(hù)層II1-1在第一層中部拉槽開(kāi)挖施工完成30.00m后進(jìn)行施工，期間進(jìn)行光爆孔①的鉆設(shè)。第一層保護(hù)層開(kāi)挖結(jié)束后搭設(shè)一期樣架并進(jìn)行巖臺(tái)上部邊墻豎直光爆孔②及保護(hù)層豎直光爆孔③的鉆設(shè)。第二層保護(hù)層II2-1在第二層中部拉槽開(kāi)挖施工完成30.00m后進(jìn)行施工，第三層保護(hù)層II2-2緊跟第二層保護(hù)層施工，期間進(jìn)行光爆孔④的鉆設(shè)[3]。所有保護(hù)層開(kāi)挖完成后搭設(shè)二期樣架進(jìn)行巖臺(tái)光爆孔⑤鉆設(shè)，最后分段進(jìn)行巖臺(tái)開(kāi)挖、支護(hù)施工，巖壁吊車(chē)梁施工順序見(jiàn)圖2。

圖2 地下廠房巖壁吊車(chē)梁施工順序圖（尺寸單位：cm）

3.3 爆破試驗(yàn)

巖錨梁開(kāi)挖質(zhì)量直接影響后期橋機(jī)的安全運(yùn)行，因此在巖錨梁施工前，通過(guò)爆破工藝性試驗(yàn)確定合理爆破參數(shù)、適宜的開(kāi)挖分段，用于指導(dǎo)巖錨梁開(kāi)挖施工。地下廠房Ⅱ?qū)又胁刻荻伍_(kāi)挖完成后，在第二層保護(hù)層選取巖石較差、豎向節(jié)理較多的部位作為試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行爆破工藝性試驗(yàn)。通過(guò)不同線裝藥密度進(jìn)行爆破試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)，提高開(kāi)挖面爆破半孔率和平整度，有效降低爆破振動(dòng)對(duì)圍巖的不利影響，最終選擇爆破開(kāi)挖質(zhì)量最佳的孔距、線裝藥密度作為巖錨梁開(kāi)挖時(shí)的控制標(biāo)準(zhǔn)[4]。為達(dá)到此次工藝性試驗(yàn)?zāi)康模圃囼?yàn)時(shí)完全模擬巖錨梁開(kāi)挖結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)中光面爆破孔采用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，孔位、孔向、孔斜、孔深采用樣架控制。巖錨梁爆破試驗(yàn)主要參數(shù)如表1所示。

表1 地下廠房巖壁吊車(chē)梁爆破試驗(yàn)主要參數(shù)對(duì)比表

經(jīng)過(guò)對(duì)3次爆破試驗(yàn)后的爆破效果綜合對(duì)比分析，最終確定采用第3次爆破參數(shù)組織施工，即鉆孔孔徑為42mm，凈孔距為34cm，豎直光爆孔線裝藥密度為77g/m和巖臺(tái)的光爆孔線裝藥密度均為77g/m。巖壁吊車(chē)梁豎向光爆孔及斜向光爆孔裝藥結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。

圖3 巖壁吊車(chē)梁豎向光爆孔裝藥結(jié)構(gòu)（單位：cm）

圖4 巖壁吊車(chē)梁斜向光爆孔裝藥結(jié)構(gòu)（單位：cm）

4 開(kāi)挖過(guò)程質(zhì)量控制

4.1 質(zhì)量控制目標(biāo)

巖臺(tái)保護(hù)層開(kāi)挖是巖壁吊車(chē)梁控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，施工中采用光面爆破技術(shù)，采取密孔打眼、隔孔裝藥、多循環(huán)、小進(jìn)尺，并嚴(yán)格控制單次起爆裝藥量。巖壁吊車(chē)梁開(kāi)挖質(zhì)量管控目標(biāo)：圍巖爆破松動(dòng)范圍小于40cm；斜面進(jìn)行修整后應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)角度，角度偏差控制在+1°以內(nèi)；巖壁吊車(chē)梁部位巖面不允許欠挖，嚴(yán)格控制超挖，最大超挖值應(yīng)控制在15cm以內(nèi)；巖壁吊車(chē)梁光爆孔鉆孔的孔位偏差不大于2cm，孔深偏差不大于2cm，孔向偏差不大于1.5°，孔距偏差不大于3cm；兩孔間不平整度不大于8cm；殘留炮孔痕跡在開(kāi)挖輪廓面上均勻分布，炮孔殘留率在Ⅲ類(lèi)圍巖中不少于90%，在Ⅳ類(lèi)圍巖中不少于80%[5]。

4.2 質(zhì)量控制技術(shù)措施

4.2.1 測(cè)量放樣

巖錨梁開(kāi)挖施工放樣測(cè)量點(diǎn)均以控制網(wǎng)點(diǎn)為基礎(chǔ)。巖錨梁光面爆破孔必須逐孔放樣，記錄孔口高程、半寬，樣架搭設(shè)完成后測(cè)試樣架導(dǎo)向管頂口及底孔樁號(hào)、高程、半寬，用以控制樣架設(shè)計(jì)角度、鉆孔深度。鉆孔過(guò)程中及時(shí)抽查樣架是否移動(dòng)、傾斜，防止樣架因固定不牢靠導(dǎo)致移位，而造成鉆孔偏移。

4.2.2 樣架搭設(shè)

巖錨梁開(kāi)挖的光面爆破孔必須搭設(shè)樣架，利用樣架控制光爆孔間排距、孔深及鉆孔角度。巖錨梁樣架分二期布置，巖臺(tái)頂部及保護(hù)層豎直光爆孔為一期樣架，巖臺(tái)斜向光爆孔為二期樣架。樣架均采用?48mm鋼管制作，主管兩端管口內(nèi)套加限位器。導(dǎo)向管安裝完成后測(cè)量放樣的頂口及底孔樁號(hào)、高程、半寬，控制鉆孔深度、插入角度符合施工要求，樣架位置測(cè)試完畢后利用錨筋連墻件及斜撐進(jìn)行加固。

4.2.3 鉆孔工藝

1）孔位控制。巖錨梁炮孔鉆設(shè)必須按照測(cè)量放樣的孔位開(kāi)孔，垂直孔與斜向孔孔位控制均采用測(cè)量放出兩端點(diǎn)后進(jìn)行兩端孔鉆孔施工，在端孔檢查合格后立上標(biāo)志桿，由測(cè)量人員對(duì)標(biāo)志桿進(jìn)行復(fù)合、標(biāo)記、拉線，通過(guò)此方式校核各個(gè)孔位點(diǎn)，確保孔位在一條直線上。開(kāi)孔時(shí)，配備鉆工按照測(cè)量放樣的開(kāi)孔位置扶桿定位，防止鉆頭滑動(dòng)、偏移。

2）角度控制。垂直孔鉆孔垂直度采用垂線球方法進(jìn)行控制，在孔內(nèi)插入一個(gè)2倍于孔深長(zhǎng)度的標(biāo)桿，量測(cè)標(biāo)桿外露部分的垂度即為鉆孔角度。斜孔鉆孔角度控制在實(shí)施鉆孔作業(yè)時(shí)難度較大，涉及到垂直方向上的巖臺(tái)斜面角度及巖臺(tái)斜面內(nèi)的角度控制。垂直方向上的巖臺(tái)斜面角度控制采用鋼架管搭設(shè)鉆機(jī)平臺(tái)的方法，鉆機(jī)平臺(tái)的角度與高度控制采用測(cè)量放線及木制三角樣板的方法，巖臺(tái)斜面內(nèi)角度控制采用木制直角樣板進(jìn)行。

3）間距控制。鉆孔間距控制偏差不超過(guò)3cm，鉆孔間距過(guò)大會(huì)在爆破后造成孔間起伏差過(guò)大，爆破孔的線裝藥密度大，對(duì)巖體的爆破損害大。

4）深度控制。深度檢查采用以15.00m為一段的兩端孔立上標(biāo)志桿，在巖臺(tái)上方50～100cm處注上標(biāo)記、拉線，然后量測(cè)的方法。鉆孔前在鉆桿上標(biāo)記鉆孔深度，鉆桿進(jìn)尺至孔深標(biāo)記處立即停止鉆孔。孔淺則重新施鉆，孔深則在孔底墊巖粉。

4.2.4 裝藥工藝

光爆孔孔內(nèi)采用導(dǎo)爆索起爆，末端最后一節(jié)藥卷設(shè)置1發(fā)非電毫秒延時(shí)雷管，采用薄竹片綁扎實(shí)現(xiàn)間隔裝藥；主爆孔孔內(nèi)采用毫秒微差導(dǎo)爆管起爆，孔外采用導(dǎo)爆管按照設(shè)計(jì)分段將光爆孔、主爆孔連成爆破網(wǎng)絡(luò)，巖臺(tái)豎直孔與斜向孔導(dǎo)爆管連接一同起爆。巖錨梁光爆孔炸藥采用2號(hào)巖石乳化炸藥，現(xiàn)場(chǎng)采用?25mm藥卷切割成小藥卷間隔裝藥。

4.3 質(zhì)量控制成果

巖錨梁開(kāi)挖后，按2.50m間距測(cè)量開(kāi)挖斷面，巖錨梁開(kāi)挖質(zhì)量檢測(cè)成果如表2所示。從表2可知，巖錨梁超欠挖得到有效控制，無(wú)欠挖情況，爆破半孔率及不平整度質(zhì)量控制較好。巖錨梁開(kāi)挖3個(gè)面上的殘孔實(shí)現(xiàn)了“三線一面”，整體開(kāi)挖質(zhì)量達(dá)到預(yù)期效果。

表2 地下廠房巖壁吊車(chē)梁開(kāi)挖質(zhì)量檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)語(yǔ)

清原抽水蓄能電站地下廠房Ⅱ?qū)硬扇蓚?cè)預(yù)留保護(hù)層，中間梯段爆破，三角巖臺(tái)區(qū)一次性光面爆破切割成型。巖錨梁巖臺(tái)爆破開(kāi)挖是地下廠房最為關(guān)鍵且難度最大的部位，施工過(guò)程中，依據(jù)地質(zhì)條件的變化和爆破效果及時(shí)對(duì)爆破設(shè)計(jì)參數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)整優(yōu)化，通過(guò)測(cè)量放樣、鉆孔工藝、裝藥結(jié)構(gòu)、爆破網(wǎng)絡(luò)等質(zhì)量工藝控制措施，確保了巖錨梁整體開(kāi)挖成型質(zhì)量達(dá)到預(yù)期效果，滿足電站安全穩(wěn)定運(yùn)行要求，巖錨梁開(kāi)挖面平整度、半孔率、超欠挖均滿足規(guī)范要求，巖臺(tái)設(shè)計(jì)開(kāi)挖輪廓成型規(guī)整，充分說(shuō)明了地下廠房巖壁吊車(chē)梁的開(kāi)挖規(guī)劃、爆破設(shè)計(jì)、施工方法、工藝參數(shù)的選擇是科學(xué)合理的。同時(shí)，清原抽水蓄能電站巖錨梁施工成果也為國(guó)內(nèi)同類(lèi)型電站巖錨梁開(kāi)挖提供了工程實(shí)例和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。