仙居抽水蓄能電站地下廠房巖錨梁開挖爆破施工

2017-06-23 09:38:20仵海強，李亞東

四川水力發電 2017年3期

仵海強，李亞東

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都 610066)

仵海強，李亞東

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都 610066)

結合浙江仙居抽水蓄能電站實際情況，地下廠房巖錨梁開挖通過多次爆破試驗確定了最終的爆破參數，使巖臺超欠挖及半孔率得到了有效控制，取得了良好的爆破效果，可為今后類似圍巖的巖錨梁開挖提供施工經驗。

仙居抽水蓄能電站；巖錨梁開挖；爆破設計

1 工程概況

浙江仙居抽水蓄能電站地下廠房最大開挖尺寸為176 m×26.5 m×55 m(長×寬×高)，主副廠房(廠左0+021～廠右0+136.5)Ⅱ層為巖錨梁層，開挖高度9.9 m(高程138.5～128.6 m)，巖臺高度為1.441 m，寬度為0.75 m，水平夾角為62.5°，巖臺拐角頂、底高程分別為131.6 m和133.041 m。

地下廠房巖錨梁區域圍巖主要為灰紫色含礫熔結凝灰巖、灰綠色角礫凝灰巖和凝灰質砂巖，局部有碎裂結構霏細斑巖(vqπ-4)，但含礫熔結凝灰巖、角礫凝灰巖巖體新鮮、堅硬，塊狀結構，完整～較完整。上游邊墻出露斷層f(48)和βμ-⑤巖脈，兩者交于右端墻。由于巖脈在平硐內的性狀較差，與圍巖接觸面有擠壓現象，故該部位圍巖穩定性差；出露F(49)斷層與下游邊墻呈小交角相交，受開挖卸荷影響可沿節理產生卸荷拉裂或形成片幫。總之，地下廠房巖錨梁區域圍巖主要以Ⅱ、Ⅲ大類為主，局部存在不利組合結構面，圍巖穩定性好。

地下廠房巖錨梁區域開挖過程中可能會受到地質缺陷影響，局部存在超欠挖、巖臺成型效果差等現象。為確保巖臺的成型效果，該工程主要針對分層分塊的設計、爆破試驗及過程控制等方面進行了分析研究，從而確定了相應的控制措施，使爆破取得了良好的效果。

2 開挖分層與分塊設計

根據該工程第二層第1小層爆破震動檢測試驗結果得知：爆破松動圈范圍在1 m左右；若第二層第1小層層高過大、距上拐點太近，將會影響上拐點垂直面的成型效果；若第二層第2小層層高過大或過小，都將不利于手風鉆上斜孔的鉆孔作業。因此，地下廠房巖錨梁區分層分塊高度對于巖錨梁成型效果影響較大。綜合考慮各方面因素，最終確定了分層分塊開挖方案，具體參數如下：

巖錨梁層為主副廠房Ⅱ層(高程138.5～128.6 m)，開挖高度為9.9 m，巖臺以上廠房開挖寬度為26.5 m，巖臺以下開挖寬度為25 m，巖臺寬度為75 cm，巖臺上下拐點垂直距離為1.441 m。主副廠房Ⅱ層開挖分中部拉槽區、保護層區及巖錨梁區，共為兩層、十二個區域分段錯距開挖，預留保護層厚度為3 m。主副廠房Ⅱ層開挖分層分塊情況見圖1。

圖1 主副廠房Ⅱ層開挖分層分塊圖

3 爆破設計

3.1 爆破試驗參數的選擇

為了確保地下廠房巖錨梁的開挖質量，在開挖前進行了巖錨梁開挖模擬爆破試驗，其目的是確定巖錨梁開挖合理的施工方法和合理的鉆爆參數，有效控制超欠挖及防止爆破裂縫的產生及爆破破壞。模擬爆破試驗主要針對保護層和巖錨梁區的爆破參數進行試驗，主要過程如下：

試驗地點應與巖錨梁部位地質情況相同或相近，要具有較高的代表性；試驗地點選在廠房第Ⅱ層上游側高程138.5～133 m、廠左0+021.5～廠左0+035范圍內。施工方法：保護層區采用手風鉆垂直造孔；巖錨梁區垂直孔采用手風鉆造孔，孔底距上拐點5 cm，光面爆破，鉆孔外偏角2°、超挖值≦15 cm；巖臺斜孔采用手風鉆沿巖臺斜面自下向上造孔，孔底鉆至上拐點處，光面爆破。為了保證巖臺底部不產生欠挖，斜孔開孔位置法線方向低于設計開挖線5 cm(垂直方向低于設計開挖線11 cm)，起鉆角度為62.5°；垂直孔和斜孔采用樣架控制鉆孔方向且同時起爆。

3.1.1 保護層

保護層主要布置有主爆孔、輔助孔和光爆孔。按照初步擬定的兩種方案進行試驗，其參數見表1。

3.1.2 巖錨梁區

巖錨梁區主要布置有斜孔、垂直孔及輔助孔，按照初步擬定的兩種方案進行試驗，試驗參數見表2。

表1 保護層爆破參數匯總表

表2 巖錨梁區爆破參數匯總表

3.2 試驗結果

3.2.1 保護層

兩種方案的爆破效果基本上沒有太大的區別，對預留的巖錨梁區沒有造成破壞，巖錨梁區均保留完整。但方案一的不足之處是下拐點光爆面平整度稍差，相鄰光爆孔間有鼓包現象；另外，因廠房邊墻局部陡傾角節理發育，為防止意外爆破拉裂巖錨梁區的情況發生，意向選取方案二。保護層各炮孔布置情況見圖2。

保護層輔助孔單孔(孔深2 m、2.4 m)裝藥250 g、320 g，主爆孔單孔裝藥480 g、600 g，輔助孔及主爆孔裝φ32乳化炸藥，均連續裝藥；下拐點垂直面光爆孔每孔裝藥，線裝藥密度為80 g/m，光爆孔裝φ25乳化炸藥，均間隔裝藥。保護層光爆孔裝藥結構見圖3。

3.2.2 巖錨梁區

巖錨梁區直墻面和斜墻面爆破效果好，光爆面平整、殘孔率高、光爆孔孔口及孔壁沒有明顯的破壞。經統計，方案一試驗段直墻面光爆孔共計45個，其中殘孔個數43個，殘孔率為95%，半孔率為88%；斜墻面光爆孔共計45個，其中殘孔個數為42個，殘孔率為93%，半孔率為88%。根據現場統計，無殘孔主要集中在裂隙發育部位。考慮到巖錨梁部位圍巖地質情況，意向選取方案一。巖錨梁區各炮孔布置情況見圖4。

圖2 保護層各炮孔布置圖

圖3 保護層光爆孔裝藥結構圖

圖4 巖錨梁區各炮孔布置圖

巖錨梁區斜孔孔距為25 cm，線裝藥密度為50 g/m，每孔裝藥；垂直孔孔距為25 cm，線裝藥密度為62.5 g/m，每孔裝藥；輔助孔距垂直光爆孔40 cm，孔距80 cm，孔底距上拐點10 cm，單孔裝藥300 g。巖錨梁區均采用φ25乳化炸藥，間隔裝藥。巖錨梁區光爆孔裝藥結構見圖5。

因試驗地點的選取和巖錨梁部位地質情況相同或相近，故本試驗段具有較高的代表性。在施工過程中按照以上參數進行巖錨梁區的開挖施工，若遇到不良地質段，則根據圍巖狀況及裂隙發育情況可做適當調整。

3.3 施工過程中方案的調整

3.3.1 保護層

保護層爆破開挖過程中，前兩次循環按照試驗結果得到的爆破參數進行鉆孔、裝藥及爆破連線，但受橫跨廠房的不利結構組合面影響，保護層爆破效果不是很理想，特別是第2小層光爆面存在超欠挖現象，對巖錨梁區的開挖厚度有一定影響。通過幾個循環的爆破，由分析可知造成保護層開挖厚度超欠挖的主要原因為保護層主爆孔、輔助孔的炮孔布置及裝藥結構，為此，對其進行了相應調整，使保護層開挖取得了良好效果，使巖錨梁區得到了有效保護。對光爆孔參數未做調整。調整后的保護層層高2 m，其主爆孔及輔助孔炮孔布置及裝藥結構見圖6。保護層層高2.4 m，其主爆孔及輔助孔炮孔布置及裝藥結構見圖7。保護層光爆孔參數不做調整，按照試驗成果確定的參數施工。

圖5 巖錨梁區光爆孔裝藥結構圖

圖6 保護層層高2 m的主爆孔及輔助孔炮孔布置及裝藥結構圖

圖7 保護層層高2.4 m的主爆孔及輔助孔炮孔布置及裝藥結構圖

3.3.2 巖錨梁區

根據垂直光爆孔的距離，對巖錨梁區輔助垂直孔裝藥參數進行了相應調整。如若輔助孔距垂直光爆孔距離小于30 cm，則采用較小的裝藥量；如若距離大于30 cm、小于40 cm，則不裝藥；如若巖錨梁區的厚度小于25 cm，豎直光爆孔不裝藥，只裝一根導爆索，其余參數不變。通過采用上述方法進行爆破參數調整，使得巖臺成型效果得到了有效控制，爆破殘孔率為92.6%，半孔率為88%，得到了業主、監理的一致好評。

4 爆破效果

通過對爆破參數進行不斷優化調整及采取各項控制措施，使巖臺成型效果得到了有效控制。根據現場統計，巖臺斜面光爆孔與下直墻光爆孔能夠滿足孔對孔達成一條線的要求，兩孔間距均勻，孔位偏差不大于2 cm，兩孔之間巖面的平整度不大于5 cm，巖臺無欠挖，超挖平均值為4.5 cm，爆破殘孔率為92.6%，半孔率為88%。巖臺成型效果見圖8。