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工程PT/CⅢ標段剩余工程施工。

受地質條件影響，設計方對地下廠房系統進行了變更，將地下廠房、主變室在原設計基礎上整體抬高了15m，廠房頂拱高程由608.9m變為623.9m,底板高程由568.9m調整為583.9m。壓力管道及尾水洞也進行了相應調整。因原設計廠房頂拱以下608.9～591.0m高程部分已由前承包商開挖完成，已開挖區容積約為24 970m3，空腔占變更后廠房總容積的66%。

并且，與原廠房相鄰隧洞有部分已開挖完成，已開挖區改變了廠房圍巖的穩定條件，增加了廠房后續開挖的困難。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，圍巖為震旦系上統燈影組灰白色中厚層狀細晶白云巖、灰色石灰巖，層狀結構，巖質堅硬，巖層總體產狀為N60°～70°E/SE∠30°～40°，微傾山外偏下游。根據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、灰色石灰巖，第①組層面裂隙發育，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～中厚層狀結構，部分厚層狀結構，圍巖為Ⅲ～Ⅳ類，以中等透水為主。廠區以自重應力為主。

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延伸跡象)，受風化、溶蝕影響及次生充填物，帶內物質性狀差，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，發現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層分層高度6.85m，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構見圖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值模擬，以選擇最優方案。

“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域，分塊逐步拆除，這樣對拱座圍巖、錨桿拆除質量有利。

為了選擇最優方案，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值模擬。結果如下：

兩種頂拱拆除方案的洞室開挖數值模擬結果：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，對圍巖穩定有利。從位移矢量圖看，兩種方案拱座處位移均向內變形，較符合規律。綜上所述，采用“頂拱分段拆除”方案對圍巖穩定影響較小，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，帶內分區，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。根據有限元分析結果，廠房混凝土頂拱爆破拆除按“縱向分帶，帶內分區，先中拱，后拱座”的原則進拆除施工。頂拱拆除分區見圖3、4。

圖3 頂拱拆除分區平面示意

圖4 頂拱拆除分區剖面示意

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。鉆孔布置及網絡見圖5。

4 結束語

從實際施工完成情況看，對薄頂拱采用“縱向分帶，帶內分區，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日結束。目前，坪頭水電站已投入運行。

圖5 爆破鉆孔布置及網絡示意