地下洞室開挖過程中的高邊墻安全與穩(wěn)定控制

張　華

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川 成都　610091)

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地下洞室開挖過程中的高邊墻安全與穩(wěn)定控制

張華

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川 成都610091)

以錦屏二級水電站地下廠房開挖為例，探討了如何對高邊墻地下洞室的安全與穩(wěn)定進(jìn)行有效控制的問題，對今后類似工程施工具有較好的借鑒意義。

地下洞室開挖；高邊墻；安全與穩(wěn)定；控制；錦屏二級水電站

1　概　述

錦屏二級水電站廠區(qū)樞紐工程主副廠房全長352.4 m，開挖跨度為25.8 m(機(jī)組段和安裝間巖錨梁以上跨度28.3 m)，總高度為72.2 m。由于主副廠房邊墻高度高，埋深大(200 m以上)，交叉洞室多，地應(yīng)力調(diào)整復(fù)雜，高邊墻的安全與穩(wěn)定問題尤為突出，必須采取有效的控制措施確保邊墻的安全和穩(wěn)定。施工過程中采取了系統(tǒng)支護(hù)(含錨索)跟進(jìn)、控制爆破、安全監(jiān)測及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等措施，確保了高邊墻開挖的安全和穩(wěn)定。

2　洞室開挖采用的施工方法

2.1開挖分層

主副廠房總高度為72.2 m，分Ⅸ層進(jìn)行開挖支護(hù)，其中第Ⅶ、Ⅷ層為機(jī)組開挖支護(hù)，第Ⅸ層為機(jī)組底板保護(hù)層開挖。各層分層高度見表1。

2.2主要施工方法

表1　主副廠房分層開挖特性表

(1)主副廠房分Ⅸ層開挖，第Ⅰ、Ⅱ?qū)娱_挖及巖壁吊車梁混凝土澆筑以通風(fēng)兼安全洞和廠1#施工支洞為施工通道，第Ⅲ、Ⅳ層開挖以進(jìn)廠交通洞為主要施工通道，第Ⅴ、Ⅵ層開挖以壓力管道下平段為主要施工通道，第Ⅶ～Ⅸ層開挖以尾水洞為主要施工通道。以上廠房各層施工通道均在廠房開挖至該層前貫通。

(2)主副廠房頂拱層開挖采用先導(dǎo)洞，后擴(kuò)挖的施工方法進(jìn)行，第Ⅱ～Ⅵ層采用先抽槽，后擴(kuò)挖兩側(cè)的施工方法進(jìn)行，第Ⅶ層采用溜渣施工方法進(jìn)行，第Ⅷ、Ⅸ層采用擴(kuò)挖和保護(hù)層的施工方法進(jìn)行。主廠房Ⅲ層上層在巖壁梁混凝土澆筑前完成爆破。

(3)控制梯段高度在6 m以內(nèi)，開挖完成一個(gè)梯段后及時(shí)進(jìn)行該梯段的錨噴、掛網(wǎng)及錨索支護(hù)。

2.3爆破控制方案

在梯段爆破施工過程中，嚴(yán)格控制爆破規(guī)模，爆破梯段高度不超過6 m，爆破排數(shù)不超過4排，孔排距為2.5 m×3 m，在主廠房Ⅱ?qū)印ⅱ髮由蠈娱_挖爆破施工期間，最大控制4孔一響，單孔最大單響藥量不超過60 kg，總裝藥量控制在300 kg以內(nèi)。巖錨梁混凝土澆筑和主廠房高邊墻形成后，在Ⅲ層下層、Ⅳ層、Ⅴ層開挖爆破施工期間，最大控制單孔單響、兩孔一響藥量單孔最大單響藥量不超過18～30 kg，總裝藥量控制在300 kg以內(nèi)。期間多次進(jìn)行爆破震動(dòng)監(jiān)測，高邊墻爆破振動(dòng)速度90%以上的測點(diǎn)小于設(shè)計(jì)技術(shù)要求的10 cm/s。

3　施工過程中的主要控制措施

3.1支護(hù)施工

適時(shí)支護(hù)是控制高邊墻圍巖穩(wěn)定的一個(gè)最重要的因素。我們在進(jìn)行高邊坡開挖時(shí)，本著“上層未完成支護(hù)前，不得進(jìn)行下層開挖”的原則進(jìn)行支護(hù)施工。同一層Ⅱ類圍巖支護(hù)滯后開挖不大于50 m，Ⅲ類圍巖支護(hù)滯后開挖不大于30 m，Ⅳ類及以上圍巖支護(hù)緊跟開挖工作面。支護(hù)施工程序：巖面驗(yàn)收→初噴5 cm厚混凝土→錨桿施工→掛鋼筋網(wǎng)→錨索→噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度→養(yǎng)護(hù)。

相應(yīng)層開挖至設(shè)計(jì)錨索部位出露立即開始錨索施工；對于揭露出來的地質(zhì)缺陷所顯現(xiàn)的局部不穩(wěn)定巖體，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)理工程師的要求隨時(shí)布置隨機(jī)錨桿進(jìn)行支護(hù)；對于較大的地質(zhì)缺陷則邀請參建四方現(xiàn)場確定施工方案后及時(shí)進(jìn)行處理；在特別松散、軟弱破碎的巖體中開挖洞室時(shí)，采取“一掘一支護(hù)”的方式進(jìn)行支護(hù)施工，開挖一循環(huán)先噴混凝土，然后進(jìn)行錨桿鉆孔制安、掛網(wǎng)，再噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度；對設(shè)計(jì)預(yù)測可能出現(xiàn)不良地質(zhì)情況的洞段采用超前勘探，開挖后及時(shí)進(jìn)行一次支護(hù)，保證施工安全，減少圍巖變形。局部破碎帶在開挖前采取超前預(yù)支護(hù)，開挖后及時(shí)支護(hù)。與廠房相交的洞室在廠房開挖至該層之前提前開挖并做好鎖口支護(hù)。

3.2爆破控制措施

爆破控制是影響圍巖安全與穩(wěn)定的又一個(gè)重要因素。為控制爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，我們主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行控制：

(1)在每層開始施工時(shí)均進(jìn)行反復(fù)質(zhì)點(diǎn)爆破振動(dòng)試驗(yàn)，以確定不同齡期下建筑物(如巖錨梁)或支護(hù)項(xiàng)目(如錨桿灌漿和噴混凝土)距離爆破工作面的最近距離和爆破的最大單響藥量，用于指導(dǎo)施工。通過質(zhì)點(diǎn)爆破振動(dòng)試驗(yàn)，在混凝土建筑物(已澆筑混凝土7～28 d齡期期間，安全允許質(zhì)點(diǎn)振速為5～7 cm/s；28 d以上<10 cm/s)距離爆破區(qū)最近距離為10 m、已開挖未支護(hù)洞壁(已開挖的地下洞室洞壁安全允許質(zhì)點(diǎn)振速為：V≤10 cm/s)距離爆破區(qū)最近距離為10 m和錨桿(3 d齡期后錨桿注漿體允許的安全允許質(zhì)點(diǎn)振速為：V≤1.5 cm/s)距離爆破區(qū)最近距離為30 m的情況下，最大單響藥量應(yīng)控制在30 kg左右。

(2)采用中間抽槽、兩側(cè)預(yù)留保護(hù)層的開挖方法。在抽槽施工的同時(shí)，采用預(yù)裂爆破先在抽槽和保護(hù)層之間形成貫穿性裂隙，以達(dá)到保護(hù)保護(hù)層和永久結(jié)構(gòu)的目的。

(3)嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行鉆孔和裝藥，規(guī)范施工，每次爆破均有爆破設(shè)計(jì)方案，技術(shù)員和質(zhì)檢員嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行控制并不斷調(diào)整爆破參數(shù)，以求達(dá)到最佳的爆破效果。

(4)斷層及破碎帶段開挖時(shí)，按照“短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)”的原則進(jìn)行施工，以減少對圍巖的擾動(dòng)。對于穩(wěn)定性很差的圍巖，按照設(shè)計(jì)圖紙要求先進(jìn)行加強(qiáng)錨桿支護(hù)，初噴5 cm厚混凝土后再進(jìn)行下道工序施工。不良地質(zhì)洞段的開挖嚴(yán)格控制爆破參數(shù)，采用小藥量爆破，以確保圍巖的穩(wěn)定。

3.3安全監(jiān)測和支護(hù)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

安全監(jiān)測的主要工作內(nèi)容是主要監(jiān)測儀器設(shè)備及材料的檢驗(yàn)、率定、埋設(shè)安裝與調(diào)試，以及本合同項(xiàng)目移交前的觀測及監(jiān)測資料的整理、移交，為業(yè)主永久觀測人員接收施工期觀測工作提供必要的便利條件，為設(shè)計(jì)單位圍巖支護(hù)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

通過讀取安全監(jiān)測數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，及時(shí)掌握已開挖洞室的圍巖變形情況和錨桿、錨索等支護(hù)項(xiàng)目的荷載狀態(tài)，便于設(shè)計(jì)增加和調(diào)整支護(hù)參數(shù)，也便于施工單位及時(shí)對異常部位進(jìn)行支護(hù)，合理的進(jìn)行配置。

主副廠房安全監(jiān)測工程布置的監(jiān)測儀器：106套多點(diǎn)位移計(jì)、160組錨桿應(yīng)力計(jì)、40支錨索測力計(jì)、77個(gè)收斂測點(diǎn)、24支壓應(yīng)力計(jì)、60支鋼筋計(jì)和24支測縫計(jì)。地下廠房洞室群布置的監(jiān)測儀

器：59套多點(diǎn)位移計(jì)、97組錨桿應(yīng)力計(jì)、38支錨索測力計(jì)、69個(gè)收斂測點(diǎn)、24支壓應(yīng)力計(jì)、60支鋼筋計(jì)和24支測縫計(jì)。

為了更好地反映地下洞室高邊墻的變形與圍巖的穩(wěn)定，施工期間，輔以收斂變形監(jiān)測，加強(qiáng)了對隧洞內(nèi)、外及圍巖軟弱部位的巡視檢查。

收斂變形監(jiān)測采用鋼尺收斂計(jì)，以便總體掌握隧洞頂拱、邊墻的穩(wěn)定情況以及支護(hù)效果，原則上每間隔50 m設(shè)置一個(gè)收斂變形監(jiān)測斷面，每個(gè)斷面設(shè)3個(gè)對測點(diǎn)。根據(jù)變形速率推斷以后的變形量，及時(shí)掌握隧洞斷面尺寸的變形情況，了解圍巖的松馳程度和影響范圍，將實(shí)測值與允許值進(jìn)行比較后調(diào)整支護(hù)參數(shù)，進(jìn)行安全預(yù)報(bào)。

另外，經(jīng)常進(jìn)行安全巡視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測儀器沒有覆蓋區(qū)域的圍巖變形情況也是安全監(jiān)測的重要內(nèi)容，項(xiàng)目部安排專職安全人員(專職安全副經(jīng)理、安全部長，各部位還有兩個(gè)專職安全員)每天對各個(gè)部位進(jìn)行安全巡視，督促各工作面適時(shí)進(jìn)行支護(hù)施工，發(fā)現(xiàn)異常情況組織內(nèi)部技術(shù)人員和地質(zhì)人員并由技術(shù)人員和地質(zhì)人員組織參建各方相關(guān)人員現(xiàn)場協(xié)商處理，有效地配合了安全監(jiān)測工作，減少了圍巖安全穩(wěn)定問題。

4　結(jié)　語

實(shí)施結(jié)果表明：上述開挖方法、支護(hù)措施和監(jiān)測及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)理論能夠較好地控制邊墻變形，達(dá)到了高邊墻安全穩(wěn)定的目的，確保了錦屏二級水電站主副廠房高邊墻的安全與穩(wěn)定，為工程的優(yōu)質(zhì)、按期完工提供了技術(shù)支持，對于今后類似工程施工具有較好的借鑒意義。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-05-20

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1001-2184(2016)04-0087-02

張華(1980-)，男，江西修水人，項(xiàng)目副經(jīng)理，高級工程師，一級建造師，從事水電工程施工技術(shù)與管理工作.