龍灘電站地下廠房巖錨梁施工

張生芹 郭松飛 周 飛

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都610081）

0 概述

（1）工程簡介

龍灘電站地下廠房為國內目前在建的最大的地下廠房，廠房長398.9m，寬30.7m（28.9m），高77.4m。主廠房上下游側EL243.75高程各布置一條巖錨梁，單條巖梁梁長388.9m（HR0+60～HL0+318.7）在廠房右端HR0+60～HR0+70.2為巖臺梁。巖錨梁體型見圖1,地下廠房巖錨梁的施工有其共同的特點，每個地下廠房所處的地質條件不同，圍巖類型的差別，又各具特殊性。針對龍灘地下廠房的地質特點及地下廠房的體型尺寸，采用現場試驗結合工程類比的方法尋求施工措施、確定施工工藝和各項技術指標。

（2）施工措施綜述

地下廠房巖錨梁的施工都有其共同的特點，每個地下廠房因所處的地質條件不同，圍巖類型的差別，又各具特殊性。針對龍灘地下廠房的地質特點及地下廠房的體型尺寸，采用現場試驗結合工程類比的方法尋求施工措施，確定施工工藝和各項技術指標。

圖1 巖錨梁體型

1 施工措施

1.1 爆破松動圈確定

在地下洞室施工中采用鉆爆法，任何一種爆破方式均會對圍巖產生影響。爆破松動圈是評價爆破成功與否的技術指標之一。在其它條件相同的情況下，松動圈的大小影響了支護的方式、支護時機。巖錨梁是通過深錨桿附著在巖面上的一個構筑物，巖錨梁為一超靜定結構，巖臺的成型直接關系到錨桿受力和梁體穩定。巖臺的成型包括兩個方面：（1）爆破后的巖臺成型，（2）巖梁砼入倉前的巖臺成型。巖臺爆破成型后，表層基巖通常會產生掉塊，龍灘電站地下廠房圍巖結構面、節理面產狀不利于巖臺的最終成型，開挖后，掉塊現象將會加劇。施工中應減小因爆破對圍巖產生的破壞。因而在巖臺開挖前應確定兩個方面的爆破對巖錨梁范圍內的巖石產生的影響范圍：（1）巖臺爆破開挖時產生爆破松動圈；（2）巖臺開挖前相鄰部位爆破產生的松動圈。

在龍灘電站地下廠房巖錨梁巖臺開挖前在廠房I層已成形巖面及預留中柱，廠房II層拉槽所預留的保護層，對不同的圍巖類別做了爆破松動圈的測定。爆破松動圈測定采用雙孔法，水偶合，測孔深6m。采樣頻率0.1m。測定成果見表1。

表1 廠房爆破松動圈測定成果

從表1可看出，采用控制爆破后，爆破松動圈基本在0.8m以內，未采用控制爆破的廠房巖柱上的爆破松動圈在2.9m。根據實測結果，首先確定巖臺預留保護層的尺寸，以廠房巖柱的松動圈范圍為基礎，考慮到廠房II層中部拉槽應用梯段爆破，爆破對巖石產生的破壞范圍高于掘進爆破，保護層預留了5.9m。廠房II層拉槽完成后對上下游保護層進行了松動圈測定，廠房III類、II類圍巖松動圈小于3.5m，IV類圍巖小于4m。

1.2 爆破參數及工工藝確定

根據龍灘電站地下廠房圍巖地質條件、廠房II層開挖措施及現有設備結合巖臺開挖技術要求，初步擬定巖臺開挖采用四種方案進行工藝性試驗，即：

（1）353E水平鉆孔，光面爆破，全斷面一次成型；

（2）預留保護層，手風鉆鉆垂直、斜孔光面爆破成型；

（3）預留保護層，臺車鉆水平孔、手風鉆鉆斜孔光面爆破成型；

新型藍印花布圖像數據庫搜索空間樹主要是將時間與傳統二叉樹相結合，以時間參數為主索引，構造出一個二叉樹結構；隨后再在各個時間塊內，利用藍印花布識別比對值，構造出一個基于藍印花布紋樣識別比對值的鏈表結構，從而在整體上形成一種空間二叉樹的結構。其步驟示意如圖1所示。

（4）預留保護層，手風鉆造垂直、斜面套管光爆成型。

在工藝性試驗的同時完成在各類圍巖段爆破參數的確定。

通過試驗結果對比，龍灘地下廠房巖錨梁巖臺采用了預留保護層，巖臺上、下拐點直墻手風鉆垂直預裂，巖臺斜面斜孔光爆，巖臺下拐點欠10cm的施工工藝。光爆參數見下表

表2 巖臺斜面光爆參數表

巖臺開挖完成后，對上下游側巖錨梁EL243.75～EL246.55范圍內圍巖進行松動圈測定，III類、II類圍巖松動圈小于50cm，IV類圍巖小于80cm。

巖臺開挖前期，上下游側均出現表層巖石掉塊，在上游側HR0+20樁號段，巖臺開挖12小時后便發生大面積掉塊。經分析，上游側的巖層傾角較大，傾角在65°～80°之間，巖層傾向與廠房軸線交角大。HR0+00～HR0+70樁號段圍巖多為泥板巖、灰巖夾泥板巖、粉砂巖互層及少量砂巖，圍巖的節理、裂隙發育，存在一定量的隱性節理，巖石的完整性較差。爆破后圍巖在應力調整的過程中導致了掉塊，爆破時爆破振動對圍巖的擾動使圍巖節理產生擴張，也是導致掉塊的因素之一。下游側邊墻巖層為緩傾角，并且圍巖的應力變化大（根據安裝埋設的監測儀器所得數據）是導致掉塊的主要因素。據此，采取了在巖臺斜面開挖前先施工巖臺上下直墻的系統錨桿，并在巖臺下拐點EL243.75高程以下25cm位置增設一排隨機錨桿（錨桿直徑Φ25，間距1.5m，入巖4.5m）的措施，有效地減少了邊墻的表層巖石掉塊。在圍巖變形較大、圍巖應力調整期短的層狀圍巖中，地下廠房的巖錨梁段施工分層，在滿足施工巖梁錨桿的大型機具的作業空間的基礎上，應盡量降低分層高度。巖臺斜面光爆孔的方向角與圍巖結構面走向能有30～40度交角，能減小因爆破造成的節理、裂隙擴張程度。

1.3 爆破振動測定

巖錨梁砼施工后,爆破作業時必須對爆破質點振動速度采取控制。龍灘電站設計提出的地下洞室爆破質點振動速度控制要求見表3。

表3 允許爆破質點振動速度（cm/s）

從上表可看出設計對龍灘電站地下廠房爆破質點點振動速度的控制要求較高的，并且受保護的構筑物較多，爆破作業時所受的約束條件也多。

Ⅱ層開挖前，選擇在主廠房、主變室進行了爆破振動試驗，預裂縫降低爆破振速比例試驗，以確定爆破振動預控的相關參數，對施工方案進行優化調整。

圖2 爆破振動測試V～R關系圖

根據試驗測試成果分析，形成預控方案為：爆破安全距離大于15-18m，取單響藥量為15kg～25kg，爆破安全距離小于10m，則最大單響藥量須在5kg以下。各段爆破間隔時間宜大于60ms。

為減小開挖爆破對巖錨梁新澆砼的擾動，在巖錨梁砼未施工前，先完成Ⅲ1層6m高度拉槽開挖，為提供巖錨梁砼施工場地，采取爆破后不出碴；邊開挖邊回填的方法施工。巖錨梁砼澆筑凝期達到28天，Ⅱ層邊墻支護完成后，在安全距離≥100m范圍外，進行Ⅲ1層保護層及下部分層開挖，在開挖過程中，通過參照爆破振動試驗成果和現場爆破振動監測數據資料的概率分析，優化爆破參數。其爆破規模及安全范圍控制方法為：中槽開挖按爆破單響藥量≤22kg，保護層開挖爆破單響藥量≤5kg，爆破安全距離≥20進行控制。

1.4 巖錨梁錨桿

巖錨梁主要設計了3排受力錨桿，錨桿參數見表4。

目前施工中利用大型鉆孔機具，機械注漿設備進行巖梁的鉆孔、注漿作業，采用先注漿后插桿工藝施工。龍灘地下廠房巖錨梁錨桿施工完畢后，對巖梁錨桿按100%檢測率進行了注漿密實度無損檢測，合格率100%，優良率98.1%。

表4

1.5 巖錨梁砼

龍灘電站地下廠房巖錨梁砼強度為C2830。單條梁長388.9m，分為26個塊號施工，最大澆筑長度22m（一塊），最小澆筑長度15m。上下游巖梁各設置了4條結構縫，23條施工縫。施工時采用跳塊法。施工中對巖梁環向筋的加工、安裝進行了改進，環向筋加工如圖，圖3中②為其它電站巖梁環向筋加工圖，①為龍灘電站巖梁環向筋加工圖。從圖中可看出①圖中的鋼筋接點數比②圖中的鋼筋接點少了一半，焊接工作量相差一倍，改進后施工效率提高了。

圖3 環向筋加工示意圖

1.6 巖錨梁前期變型分析

巖錨梁于2003年4月20日施工完畢。由于還未做橋機荷載試驗，目前的監測數據只能反映梁體在靜態條件下隨圍巖變型產生的變型量、梁體與基巖面的開合度以及巖梁錨桿因圍巖應力變化產生的應力改變量。

巖錨梁內共埋有38組錨桿應力計，其中有6組應力計發生應力異?，F象。主要表現為受壓錨桿轉為受拉，受拉錨桿轉為受壓見曲線圖。從曲線圖中可看出，在錨桿入巖6m，3.5m兩個位置的應力計變化異常，應力增值大，速率快。同一樁號的測縫計所獲得的巖梁開合度數值為0.28mm，0.28mm這一數值從2003年4月3日一直穩定至2003年4月23日，從2003年4月26日至2003年5月14日開合度增大至0.43mm，開合度曲線見圖。從錨桿應力變化曲線及開合度曲線圖中可得出，圍巖深處的應力變化與巖梁開合度的變化無直接聯系。巖梁開合隨開挖層高的降低，邊墻高度的增加而增大。爆破時爆破振動波對梁體的影響較小，雖然在龍灘地下廠房III層以下開挖爆破作業時出現了超標的爆破，最大的爆破質點振速達14cm/s，但爆破質點振速的增大并沒增大巖梁與基巖面的開合度，就巖錨梁的爆破質點振速控制而言，目前龍灘電站7cm/s的質點振速控制標準的合理性有待商討。

圖4 廠房上游側巖梁受拉錨桿應力曲線圖

圖5 廠房下游側巖梁受壓錨桿應力曲線圖

圖6 廠房下游側巖梁受拉錨桿應力曲線圖

圖7 廠房上游側巖梁受壓錨桿應力曲線圖

2 結束語

（1）巖錨梁施工前，必要的相關現場試驗有利于指導巖錨梁的施工，有針對性的提出解決方案；

（2）減小廠房巖錨梁開挖層的層高，是解決巖臺最終成型的一個方法，分層應由圍巖的變位量、圍巖的地質條件、施工機械的有效作業范圍確定；

（3）對巖錨梁的爆破質點振動速度控制標準能否放寬，龍灘地下廠房III層開挖爆破施工時，在巖梁上實測超標炮次為38次，超標炮次中,最大質點振動速度達14cm/s，最小的也有7.22cm/s，從開合度曲線可看出，開合度的增加是隨高邊墻的增高而增加的。