地下廠房頂拱出露大跨度緩傾角Fcf—1斷層安全處理技術(shù)研究

【摘要】敦化抽水蓄能電站地下廠房Ⅰ層開挖開挖尺寸為164×26.5×9.5m（長(zhǎng)×寬×高），廠房Ⅰ層整體巖性單一，存在弱風(fēng)化段、閃長(zhǎng)玢巖巖脈、長(zhǎng)大裂隙組合及較大規(guī)模斷層帶，不良地質(zhì)段較為普遍，在開挖和支護(hù)方面困難較大。本文詳細(xì)介紹了針對(duì)廠房I層開挖支護(hù)面臨的施工難度大、超前支護(hù)與加強(qiáng)支護(hù)所采取的一系列支護(hù)手段，保證了主廠房I層Fcf-1斷層的開挖質(zhì)量和巖石穩(wěn)定性，創(chuàng)立了工程品牌，為今后類似工程提供實(shí)例和施工經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】主廠房；斷層；支護(hù)

1、工程概述

敦化抽水蓄能電站地下廠房由主機(jī)間、安裝場(chǎng)和副廠房組成，整體呈“一”字形布置，地下廠房總開挖最大尺寸為164×26.5×60.5m（長(zhǎng)×寬×高），主機(jī)間長(zhǎng)101m，安裝場(chǎng)布置在主廠房左側(cè)，長(zhǎng)37m，副廠房布置在主廠房右側(cè)，長(zhǎng)20m。地下廠房?jī)?nèi)安裝4臺(tái)單機(jī)容量為350MW的混流可逆式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為1400 MW。主廠房洞室斷面采用圓拱直墻型，頂拱采用三心圓拱，開挖跨度較大，主廠房I層采用中導(dǎo)洞先行，兩側(cè)錯(cuò)開擴(kuò)挖的施工方式開挖。

2、地質(zhì)條件

根據(jù)前期勘探地質(zhì)條件，地下廠房區(qū)巖性單一，基巖為華力西晚期的中粗粒正長(zhǎng)花崗巖，巖石礦物成分、結(jié)構(gòu)均勻。受區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，巖體中次級(jí)斷層等結(jié)構(gòu)面發(fā)育。在擬定廠房區(qū)位置，發(fā)育3條控制性斷層，分別為廠房廠右側(cè)的Fcf-1斷層、廠房下游側(cè)的斷層fp35、廠房左側(cè)的斷層fp42。在Fcf-1斷層、斷層fp35、斷層fp42所包圍的區(qū)域內(nèi)，還有fp31、fp37、fp38、fp47、fp48、fp49等次級(jí)NEE、NWW向小斷層發(fā)育，上述斷層均為Ⅲ、Ⅳ級(jí)結(jié)構(gòu)面。

3、安全處理技術(shù)

3.1廠房第Ⅰ層施工程序及施工分區(qū)

3.1.1廠房第Ⅰ層分區(qū)開挖

根據(jù)廠房施工通道布置情況，地下廠房開挖按照自上而下逐層開挖的施工順序。第I層開挖高度為9.5m（EL638.5～EL629.0），第Ⅰ層施工程序?yàn)橄戎胁繉?dǎo)洞開挖、再進(jìn)行上游側(cè)擴(kuò)挖、最后擴(kuò)挖下游側(cè)，三個(gè)工作面開挖前后錯(cuò)距不低于30m。中導(dǎo)洞從位于通風(fēng)兼出線洞洞口廠右端墻的位置向廠左端墻方向進(jìn)行開挖，擴(kuò)挖區(qū)從廠房?jī)啥诉x擇開口工作面。

3.1.2針對(duì)Fcf-1斷層分區(qū)調(diào)整開挖方法

根據(jù)廠房第Ⅰ層廠左0+098～廠左0+122.5段斷層實(shí)際出露位置，該段開挖爆破進(jìn)行調(diào)整。將原中導(dǎo)洞開挖爆破高度9.5m調(diào)整為先掏心高度為7.5m，頂拱預(yù)留2m保護(hù)層，后對(duì)2m保護(hù)層進(jìn)行壓頂開挖 ，開挖爆破采用“短進(jìn)尺、弱爆破”的施工工藝進(jìn)行。

3.1.3 廠房第Ⅰ層開挖控制爆破

3.1.3.1爆破設(shè)計(jì)

爆破設(shè)計(jì)參數(shù)為初擬，在施工時(shí)先進(jìn)行爆破試驗(yàn)，并根據(jù)不同圍巖確定出相應(yīng)爆破參數(shù)。

采用楔形孔掏槽，間排距為50cm，光面孔間距為45cm，塌落孔間排距為1m，底孔間距為70cm。

3.1.3.2爆破效果檢查分析

爆破結(jié)束后，對(duì)爆破后的效果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，針對(duì)每排炮后的開挖輪廓線的伴孔情況進(jìn)行匯總，已達(dá)到理想效果。

3.2超前支護(hù)與加強(qiáng)支護(hù)措施

廠房第Ⅰ層廠左0+098～廠左0+122.5段斷層出露，為保證施工安全、工程安全和開挖成型質(zhì)量，嚴(yán)格遵循針對(duì)不良地質(zhì)段開挖及時(shí)支護(hù)的原則。在中導(dǎo)洞、上下游兩側(cè)擴(kuò)挖前后過程中每循環(huán)緊跟超前支護(hù)及系統(tǒng)支護(hù)。

3.2.1 超前支護(hù)

在廠房1層Fcf-1斷層出露段中導(dǎo)洞及兩側(cè)擴(kuò)挖進(jìn)行開挖之前，對(duì)頂拱部位增加以下超前錨桿支護(hù)，得以保證每循環(huán)開挖爆破頂拱的開挖質(zhì)量及斷層巖石的穩(wěn)定性。

3.2.2 加強(qiáng)支護(hù)

3.2.2.1廠房上、下游廠左0+105～廠左0+128.5段，自拱肩以上Fcf-1斷層帶已出露上盤巖體，下盤區(qū)巖體部分已發(fā)生墜落，發(fā)生部分地質(zhì)超挖。處理措施，在斷層帶上盤巖石原系統(tǒng)錨桿之間，按間排距1.5m（個(gè)別位置間距可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況靈活控制）進(jìn)行錨桿加密（C25，L=5m，入巖4.85m，@1.5m×3m砂漿強(qiáng)度為M30），加密錨桿呈梅花形布置。

3.2.2.2廠左0+098～廠左0+125段揭露出Fcf-1斷層，斷層面傾角15°，走向?yàn)镹E5°，傾向NW，寬2～20cm。造成廠房右端墻頂拱巖石呈層狀結(jié)構(gòu)且張裂，裂隙面輕微蝕變，發(fā)生部分地質(zhì)超挖。處理措施，該段頂拱部位除完成系統(tǒng)錨桿支護(hù)外增設(shè)張拉力100KN的預(yù)應(yīng)力樹脂錨桿（C28，L=8m，入巖7.85m，間距1.5m T=100KN）。

3.2.2.3在廠左0+105～廠左0+128.5段斷層帶下盤巖石已安裝的預(yù)應(yīng)力樹脂錨桿之間，按間排距1.5×3m（個(gè)別位置間距可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況靈活控制）進(jìn)行預(yù)應(yīng)力樹脂錨桿之間加密，加密預(yù)應(yīng)力樹脂錨桿呈梅花形布置；在廠房Ⅰ層中導(dǎo)洞廠左0+125m處頂拱部位增加4根預(yù)應(yīng)力樹脂錨桿（C28， L=8m，入巖7.85m，T=100KN）

3.2.2.4廠房1層中導(dǎo)洞廠左0+110～廠左0+128.5段頂拱部位錨桿施工完成后，在系統(tǒng)和隨機(jī)錨桿之間增設(shè)橫向和縱向的C16鋼筋拱肋，鋼筋拱肋與錨桿外露部位焊接，A8鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)在鋼筋拱肋和基巖面之間。

3.2.2.5廠房1層廠左0+098m～廠左0+128.5m段頂拱及邊墻超挖部位利用濕噴機(jī)噴C25混凝土噴混并找平，噴混厚度15cm。

4、效果評(píng)價(jià)

主廠房Ⅰ層在開挖過程中，先后遇到斷層、緩傾角裂隙帶組合，F(xiàn)cf-1斷層帶的不利影響對(duì)主廠房第Ⅰ層穩(wěn)定影響較大，變形受多種因素的制約，尤其是在不良地質(zhì)由于支護(hù)的及時(shí)跟進(jìn)和加強(qiáng)支護(hù)的及時(shí)完成，收斂變形已經(jīng)很小，圍巖已趨穩(wěn)定，使斷層處具有了較高的安全性。證明不良地質(zhì)段加強(qiáng)支護(hù)效果明顯。

5、結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)頂拱Fcf-1斷層富足的加強(qiáng)支護(hù)后，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和觀察，巖石收斂變形已經(jīng)很小，圍巖穩(wěn)定達(dá)到了預(yù)期理想的效果，奠定了后續(xù)施工的良好的基礎(chǔ)。根據(jù)監(jiān)測(cè)回歸數(shù)據(jù)分析， Fcf-1斷層處支護(hù)比較富足，而且不良地質(zhì)段的圍巖變形監(jiān)測(cè)并及時(shí)地反饋信息是一種有效的指導(dǎo)施工。針對(duì)廠房Ⅰ層頂拱出現(xiàn)大跨度斷層等不良地質(zhì)段的開挖支護(hù)施工，值得以后類似工程借鑒。