復雜地質條件下地下廠房巖壁吊車梁開挖質量控制措施

（河北豐寧抽水蓄能有限公司，河北省承德市 068350）

0 引言

巖壁吊車梁是地下廠房的關鍵受力結構，其施工質量的好壞，將直接影響巖壁吊車梁的荷載受力情況，進而影響橋機的安全穩定運行和機組結構安全[1]。因此，必須引起高度關注巖壁吊車梁開挖質量的控制。

1 工程概況

河北豐寧抽水蓄能電站位于河北省承德市豐寧滿族自治縣境內，工程樞紐總體布置由上水庫、下水庫、水道系統、開關站和地下廠房系統組成。工程規劃裝機容量360萬kW，具有周調節性能，為一等工程，大（1）型規模。電站分兩期建設，一、二期工程裝機容量分別為1800MW，均安裝6臺單機容量300MW的立軸單級混流可逆式水泵水輪機，電站建成后，在京津唐電網系統中承擔調峰、調頻、調相和事故備用任務。

河北豐寧抽水蓄能電站地下廠房巖壁吊車梁布置在一、二期工程主機間及安裝場上下游側，長度為374m，其中一期工程長度為221.91m，二期工程長度為152.09m，最大寬度為1.65m，最大高度為2.53m，巖臺水平寬度僅為0.75m。巖壁吊車梁層（見圖1）為中粗粒花崗巖，出露有斷層及節理裂隙密集帶，屬于典型的陡傾角、小交角不利組合，地質條件變化沒有規律，隨機不穩定塊體較多，巖體開挖面揭露后，不利于巖壁吊車梁的開挖成型。

圖1 巖壁吊車梁層地質照片Fig.1 The geological picture of rock-anchored crane beam

為確保巖壁吊車梁巖臺成型質量，提高巖臺巖體完整性以及廠房邊墻圍巖的安全與穩定，河北豐寧抽水蓄能有限公司（以下簡稱豐寧公司）采取了一系列技術和管理等創新舉措，確保了巖錨梁開挖成型質量。

2 巖壁吊車梁開挖施工技術措施

（1）地質超前預報。針對電站復雜的地質條件，豐寧公司在地下廠房二層開挖時，要求設計院地質工程師每天到地下廠房進行檢查分析，對廠房第二層進行地質素描，利用地質雷達對地下廠房巖壁吊車梁層進行預報判斷，提前摸清巖壁吊車梁附近的地質情況（見圖2），為后續工程施工提供相關技術支持。

圖2 巖壁吊車梁層地質預報圖Fig.2 Geological forecast map of rock-anchored crane beam

（2）仿真開挖試驗。在地下廠房二層開挖施工時，在一、二期地下廠房上游側各選擇1～2段具有代表性的圍巖進行預灌、預錨固和仿真爆破試驗，驗證灌漿效果和玻璃纖維錨桿的錨固效果，確定預灌、預錨參數和巖臺豎向孔、斜面孔的孔距和線裝藥密度等爆破參數，為后續巖壁吊車梁開挖奠定基礎。實驗結果表明，玻璃纖維錨桿錨固、預灌漿等技術措施對巖壁吊車梁巖臺成型具有良好的控制效果。

（3）優選開挖方案。結合地下廠房巖壁吊車梁巖臺結構特征和揭露的地質條件，確定地下廠房三層分中部拉槽、保護層、巖臺三個區域開挖，為了減少巖錨梁在中部拉槽過程中的爆破影響，中部拉槽寬度按8m進行，剩余兩側保護層（8.5m寬）分三次依次采取光爆剝離；巖臺一次爆破成型，同時控制其光爆孔間距，見圖3。

圖3 巖壁吊車梁開挖分區圖Fig.3 Partition diagram of rock-anchored crane beam

（4）巖臺保護層提前錨固。地下廠房巖壁吊車梁預錨及仿真開挖試驗完成后，通過巖壁吊車梁成型效果顯示，采取的巖壁吊車梁開挖技術方案和工藝措施是切實可行的。根據現場地下廠房揭露的復雜地質條件，針對不同的裂隙組合和不利結構面，采用四排玻璃纖維錨桿+隨機玻璃纖維錨桿的方式對巖臺進行預錨，見圖4。

圖4 巖臺錨固圖Fig.4 Anchor diagram of protective layer

（5）對巖壁吊車梁巖臺下拐點和臨時邊墻加強支護。下拐點開挖前，對巖壁吊車梁下拐點增加一排帶墊板錨桿進行鎖腳支護[2]。同時，下拐點以上巖臺臨時邊墻采用噴厚5cm的C30鋼纖維混凝土的方式進行臨時支護，避免滑塌后巖臺面無法成型。在巖壁吊車梁基礎遇到斷層時，采取回填鋼筋混凝土+錨桿的措施進行處理。

（6）光爆孔提前造孔。為降低中部拉槽及保護層爆破對巖臺拐點區域造成影響，提前對巖臺拐點區域進行應力釋放，在對應區域中部拉槽施工前，先將上下拐點對應區域的結構進行光爆孔（巖壁吊車梁上拐點、下拐點對應的豎直孔）提前造孔，并利用PVC管進行插管保護，結果顯示光爆孔提前造孔對不良地質帶的巖臺成型質量有明顯提升作用[3]。

3 巖錨梁開挖質量控制措施

（1）巖壁吊車梁上、下拐點及斜面孔搭設樣架，由測量人員對導向管逐孔校正，架子工及時進行調整加固，確保孔向及導向管頂高程精度。鉆工根據導向管頂高程及孔底高程確定鉆桿長度，截取鉆桿，保證光爆孔孔底在同一水平面上。造孔時，為提高孔向及爆破后的巖面平整度，采用在DN48樣架管內增加DN32小套管，同時在開孔困難部位（如斜巖面），先鑿3～5cm開孔槽再進行造孔，造孔過程中“三檢人員”進行孔位、孔向、孔深的檢查，發現偏差時，及時糾偏，必要時重新造孔，保證造孔質量[4]。

（2）在鉆孔完成后采用插PVC管的形式檢查孔深、孔向、孔斜、孔距，并對成孔進行有效防護，盡量避免塌孔、堵孔等現象發生。當自檢合格后，填寫鉆孔檢查驗收表，通知監理工程師和業主人員進行驗收，驗收合格后方可進入下一道工序施工。

（3）裝藥爆破過程嚴格按照爆破設計進行爆破孔間距控制、藥卷加工、裝藥、黃泥堵孔、閉合聯網、起爆等程序。保護層采用全光爆裝藥結構，即主爆孔、光爆孔全部采用導爆索+PVC管綁扎間隔均勻裝藥，控制主爆孔裝藥量，減少爆破振動[3]。

4 巖壁吊車梁層開挖管理措施

（1）成立質量領導小組和工作小組，明確主要職責、工作計劃及管理措施，確保巖壁吊車梁層開挖一次成型，并創建樣板工程。此外，豐寧公司結合地下廠房第一層揭露的復雜地質條件，在第二層開挖時，超前謀劃巖壁吊車梁層開挖，籌劃開展仿真實驗[5]。

（2）嚴格審查地下廠房開挖施工方案。地下廠房開挖施工方案是施工質量的重要影響因素[6]。施工方案經施工單位后方技術負責人審核后，報送監理中心，監理中心組織召開業主、設計、監理和施工單位參加的四方施工方案審查會，對施工方案進行修改完善。

（3）開展專家咨詢，解決技術質量難題。豐寧公司非常重視專家對工程建設的指導作用，組織成立了豐寧抽水蓄能電站內部專家技術委員會，充分發揮了專家在豐寧抽水蓄能電站建設中的技術指導、咨詢和總結作用。此外，豐寧公司還邀請設計、施工單位后方專家和水電行業資深專家到工地進行現場咨詢，解決了地下廠房巖壁吊車梁層開挖等施工中存在的諸多技術質量難題，為豐寧抽水蓄能電站工程建設提供了寶貴的建議。

（4）嚴格過程管理措施，確保開挖施工質量。巖壁吊車梁層開挖嚴格執行“一炮一設計”原則，其爆破設計由施工單位總工、主管副總監親自審核并嚴格按照爆破設計進行施工，爆破孔驗收合格后方可裝藥爆破。爆破完成后，參建各方相關負責人及時到作業面進行檢查，根據爆破效果進行分析總結，不斷優化爆破參數[3]。

5 結束語

豐寧抽水蓄能電站一、二期地下廠房巖壁吊車梁開挖施工，克服了地質條件較差、巖臺開挖不易成型，質量控制難度較大等困難，巖壁吊車梁開挖成型效果較好，見圖5。

圖5 巖壁吊車梁開挖效果圖Fig.5 Excavation rendering of rock-anchored crane beam

施工過程中增加預留保護層寬度、玻璃纖維錨桿超前支護、下拐點鎖腳支護及臨時邊墻噴混凝土封閉等措施，使成型巖臺斜面開挖半孔率達到93%以上，平均超挖控制在9cm左右，無欠挖，質量評定達到優良標準。對于復雜地質條件下巖壁吊車梁開挖技術和質量管控積累了一些成功的經驗，希望能對后續類似工程有借鑒意義。

[1] 徐文仙. 棉花灘水電站地下廠房巖壁吊車梁施工質量控制[J].水力發電，2000（1）：15-16.XU Wenxian. Construction quality control of crane beams on rock wall of underground powerhouse at mianhuatan hydropower Station [J]. Hydroelectric Power，2000（1）：15-16.

[2] 彭相國，佟陽，石顯接，等. 呼蓄電站巖壁吊車梁精細爆破及支護技術 [J]. 中國三峽，2013（12）：29-32.PENG Xiangguo，DONG Yang，SHI Xianjie，et al. Fine blasting and supporting technology of crane beam on the rock wall of Huzhun Hydropower Station [J]. China Three Gorges，2013（12）：29-32.

[3] 冉龍武，劉正軍. 復雜地質條件下地下廠房巖壁吊車梁的開挖施工 [J]. 四川水力發電，2011，30（s2）：209-211.RAN Longwu，LIU Zhengjun. Excavation construction of crane beam on rock wall under complex geological conditions [J].Sichuan Hydroelectric Power，2011，30（s2）：209-211.

[4] 王巖，王永，滿銳. 地下廠房巖壁吊車梁的爆破試驗[J]. 黑龍江水利科技，2012（1）：125-127.WANG Yan，WANG Yong，MAN Rui. Blasting test of crane beam on rock wall of underground powerhouse [J]. Heilongjiang Science of Water Conservancy，2012（1）：125-127.

[5] 張洪寶，楊雷，沈志強. 淺談瑯琊山蓄能電站地下廠房巖壁吊車梁施工質量控制[C]// 浙江抽水蓄能電站建設管理技術研討會論文集. 2005.ZHANG Hongbao，YANG Lei，SHEN Zhiqiang. Discussion on construction quality control of rock wall crane beam in underground powerhouse of Lanshan Pumped-storage Power Station [C]// Proceedings of Zhejiang Pumped Storage Power Station Construction Management Symposium，2005.

[6] 汪易森，李小群. 天荒坪抽水蓄能電站地下廠房洞室群圍巖三維彈塑性有限元分析及施工方案優化[J]. 華東水電技術，2000（3）：100-105.WANG Yisen，LI Xiaoqun. Three-dimensional elastoplastic finite element analysis and optimization of construction scheme for surrounding rock masses of underground powerhouse of Tianhuangping Pumped-storage Power Station [J]. East China Hydropower and Water Treatment，2000（3）：100-105.