清原抽水蓄能電站廠房巖壁吊車梁開挖質量控制技術

劉 蕊，余 健

（中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京100024）

1 工程概況

清原抽水蓄能電站位于遼寧省清原滿族自治縣境內，為Ⅰ等大（1）型工程，規劃6臺單機容量為300MW的豎軸單級混流可逆式水泵水輪機組，總裝機容量為1800MW，樞紐建筑物由上水庫、輸水系統、地下廠房系統、下水庫等組成。地下廠房采用中部布置方式，主機間、安裝間和副廠房呈“一”字形布置，地下廠房開挖尺寸為222.50m×27.50m（26.00m）×55.30m。主廠房開挖由上至下共分7層。按照機械設備作業性能參數、洞室空間結構形式、通道布設等多重因素考慮，為便于開挖支護施工機械設備布設及施工方便，第II層頂高程及底板高程分別為254.30m、244.30m，層高10.0m，最大開挖跨度為27.50m。主廠房巖壁吊車梁位于廠房II層開挖范圍內，巖壁吊車梁全長202.80m、高2.53m、寬1.90m。

2 地質條件

廠房巖錨梁所在位置的地層巖性主要為元古界侵入巖花崗巖，局部有角閃巖巖脈。根據已開挖地質資料，揭露裂隙的主要發育方向有NWW，NW和NEE等3組，裂隙傾角主要以陡傾角為主，局部有緩傾角裂隙發育。有發育Σ1、Σ2、Σ3等3條規模較大的角閃巖巖脈，同時有較多緩傾角裂隙出露。地下廠房地下水類型為基巖裂隙水，從揭露情況看，廠房區地下水不豐富，圍巖多干燥，局部潮濕，僅局部沿結構面有滴水現象，基巖裂隙水滲水量隨季節變化不明顯。

3 廠房巖錨梁開挖程序及方法

3.1 廠房Ⅱ層開挖分區及施工流程

清原抽水蓄能電站地下廠房Ⅱ層開挖分區規劃如圖1所示。該層采用中間拉槽，兩側預留保護層的施工方法開挖。為減小爆破振動對巖壁梁部位圍巖的影響，在梯段爆破與保護層開挖的分界線采用預裂爆破，中部拉槽分2層開挖，開挖寬度為18.00m，梯段爆破層高6.00m，兩側保護層分3層開挖，單側寬4.75m/4.00m，保護層開挖層高的選擇是在考慮為保證巖壁梁巖面整體完整以及混凝土澆筑要求而確定的[1]。采用第一層中部拉槽II1層向安裝場側梯段爆破推進30.00m后開始進行邊墻第一層保護層II1-1層開挖，第二層中部拉槽II2層向安裝場側梯段爆破推進30.00m后開始進行邊墻第二層保護層II2-1層開挖，最終形成中部拉槽推進，兩側保護層滯后30.00m跟進開挖程序。II2-1層穩步推進后，開始第三層保護層II2-2層開挖，滯后II2-1層30.0m并同步跟進，當II2-2層錨噴支護完成后方可進行巖臺保護層II2-3層開挖[2]。

圖1 地下廠房Ⅱ層開挖分區（高程單位：m；尺寸單位：cm）

3.2 開挖施工程序

巖壁吊車梁的安裝位置要與設備特性相匹配，地下廠房Ⅱ層采取兩側預留保護層，中間梯段爆破，三角巖臺區一次性光面爆破切割成型。針對地下廠房自身結構特性、地勘資料、施工機械選型、洞室空間結構形式、通道布設，巖壁吊車梁開挖需與其保護層開挖相結合，巖壁吊車梁第一層保護層II1-1在第一層中部拉槽開挖施工完成30.00m后進行施工，期間進行光爆孔①的鉆設。第一層保護層開挖結束后搭設一期樣架并進行巖臺上部邊墻豎直光爆孔②及保護層豎直光爆孔③的鉆設。第二層保護層II2-1在第二層中部拉槽開挖施工完成30.00m后進行施工，第三層保護層II2-2緊跟第二層保護層施工，期間進行光爆孔④的鉆設[3]。所有保護層開挖完成后搭設二期樣架進行巖臺光爆孔⑤鉆設，最后分段進行巖臺開挖、支護施工，巖壁吊車梁施工順序見圖2。

圖2 地下廠房巖壁吊車梁施工順序圖（尺寸單位：cm）

3.3 爆破試驗

巖錨梁開挖質量直接影響后期橋機的安全運行，因此在巖錨梁施工前，通過爆破工藝性試驗確定合理爆破參數、適宜的開挖分段，用于指導巖錨梁開挖施工。地下廠房Ⅱ層中部梯段開挖完成后，在第二層保護層選取巖石較差、豎向節理較多的部位作為試驗區進行爆破工藝性試驗。通過不同線裝藥密度進行爆破試驗，動態優化爆破設計，提高開挖面爆破半孔率和平整度，有效降低爆破振動對圍巖的不利影響，最終選擇爆破開挖質量最佳的孔距、線裝藥密度作為巖錨梁開挖時的控制標準[4]。為達到此次工藝性試驗目的，爆破試驗時完全模擬巖錨梁開挖結構形式進行試驗，試驗區中光面爆破孔采用YT-28手風鉆鉆孔，孔位、孔向、孔斜、孔深采用樣架控制。巖錨梁爆破試驗主要參數如表1所示。

表1 地下廠房巖壁吊車梁爆破試驗主要參數對比表

經過對3次爆破試驗后的爆破效果綜合對比分析，最終確定采用第3次爆破參數組織施工，即鉆孔孔徑為42mm，凈孔距為34cm，豎直光爆孔線裝藥密度為77g/m和巖臺的光爆孔線裝藥密度均為77g/m。巖壁吊車梁豎向光爆孔及斜向光爆孔裝藥結構如圖3、圖4所示。

圖3 巖壁吊車梁豎向光爆孔裝藥結構（單位：cm）

圖4 巖壁吊車梁斜向光爆孔裝藥結構（單位：cm）

4 開挖過程質量控制

4.1 質量控制目標

巖臺保護層開挖是巖壁吊車梁控制的關鍵環節，施工中采用光面爆破技術，采取密孔打眼、隔孔裝藥、多循環、小進尺，并嚴格控制單次起爆裝藥量。巖壁吊車梁開挖質量管控目標：圍巖爆破松動范圍小于40cm；斜面進行修整后應達到設計角度，角度偏差控制在+1°以內；巖壁吊車梁部位巖面不允許欠挖，嚴格控制超挖，最大超挖值應控制在15cm以內；巖壁吊車梁光爆孔鉆孔的孔位偏差不大于2cm，孔深偏差不大于2cm，孔向偏差不大于1.5°，孔距偏差不大于3cm；兩孔間不平整度不大于8cm；殘留炮孔痕跡在開挖輪廓面上均勻分布，炮孔殘留率在Ⅲ類圍巖中不少于90%，在Ⅳ類圍巖中不少于80%[5]。

4.2 質量控制技術措施

4.2.1 測量放樣

巖錨梁開挖施工放樣測量點均以控制網點為基礎。巖錨梁光面爆破孔必須逐孔放樣，記錄孔口高程、半寬，樣架搭設完成后測試樣架導向管頂口及底孔樁號、高程、半寬，用以控制樣架設計角度、鉆孔深度。鉆孔過程中及時抽查樣架是否移動、傾斜，防止樣架因固定不牢靠導致移位，而造成鉆孔偏移。

4.2.2 樣架搭設

巖錨梁開挖的光面爆破孔必須搭設樣架，利用樣架控制光爆孔間排距、孔深及鉆孔角度。巖錨梁樣架分二期布置，巖臺頂部及保護層豎直光爆孔為一期樣架，巖臺斜向光爆孔為二期樣架。樣架均采用?48mm鋼管制作，主管兩端管口內套加限位器。導向管安裝完成后測量放樣的頂口及底孔樁號、高程、半寬，控制鉆孔深度、插入角度符合施工要求，樣架位置測試完畢后利用錨筋連墻件及斜撐進行加固。

4.2.3 鉆孔工藝

1）孔位控制。巖錨梁炮孔鉆設必須按照測量放樣的孔位開孔，垂直孔與斜向孔孔位控制均采用測量放出兩端點后進行兩端孔鉆孔施工，在端孔檢查合格后立上標志桿，由測量人員對標志桿進行復合、標記、拉線，通過此方式校核各個孔位點，確保孔位在一條直線上。開孔時，配備鉆工按照測量放樣的開孔位置扶桿定位，防止鉆頭滑動、偏移。

2）角度控制。垂直孔鉆孔垂直度采用垂線球方法進行控制，在孔內插入一個2倍于孔深長度的標桿，量測標桿外露部分的垂度即為鉆孔角度。斜孔鉆孔角度控制在實施鉆孔作業時難度較大，涉及到垂直方向上的巖臺斜面角度及巖臺斜面內的角度控制。垂直方向上的巖臺斜面角度控制采用鋼架管搭設鉆機平臺的方法，鉆機平臺的角度與高度控制采用測量放線及木制三角樣板的方法，巖臺斜面內角度控制采用木制直角樣板進行。

3）間距控制。鉆孔間距控制偏差不超過3cm，鉆孔間距過大會在爆破后造成孔間起伏差過大，爆破孔的線裝藥密度大，對巖體的爆破損害大。

4）深度控制。深度檢查采用以15.00m為一段的兩端孔立上標志桿，在巖臺上方50～100cm處注上標記、拉線，然后量測的方法。鉆孔前在鉆桿上標記鉆孔深度，鉆桿進尺至孔深標記處立即停止鉆孔。孔淺則重新施鉆，孔深則在孔底墊巖粉。

4.2.4 裝藥工藝

光爆孔孔內采用導爆索起爆，末端最后一節藥卷設置1發非電毫秒延時雷管，采用薄竹片綁扎實現間隔裝藥；主爆孔孔內采用毫秒微差導爆管起爆，孔外采用導爆管按照設計分段將光爆孔、主爆孔連成爆破網絡，巖臺豎直孔與斜向孔導爆管連接一同起爆。巖錨梁光爆孔炸藥采用2號巖石乳化炸藥，現場采用?25mm藥卷切割成小藥卷間隔裝藥。

4.3 質量控制成果

巖錨梁開挖后，按2.50m間距測量開挖斷面，巖錨梁開挖質量檢測成果如表2所示。從表2可知，巖錨梁超欠挖得到有效控制，無欠挖情況，爆破半孔率及不平整度質量控制較好。巖錨梁開挖3個面上的殘孔實現了“三線一面”，整體開挖質量達到預期效果。

表2 地下廠房巖壁吊車梁開挖質量檢測統計表

5 結語

清原抽水蓄能電站地下廠房Ⅱ層采取兩側預留保護層，中間梯段爆破，三角巖臺區一次性光面爆破切割成型。巖錨梁巖臺爆破開挖是地下廠房最為關鍵且難度最大的部位，施工過程中，依據地質條件的變化和爆破效果及時對爆破設計參數動態調整優化，通過測量放樣、鉆孔工藝、裝藥結構、爆破網絡等質量工藝控制措施，確保了巖錨梁整體開挖成型質量達到預期效果，滿足電站安全穩定運行要求，巖錨梁開挖面平整度、半孔率、超欠挖均滿足規范要求，巖臺設計開挖輪廓成型規整，充分說明了地下廠房巖壁吊車梁的開挖規劃、爆破設計、施工方法、工藝參數的選擇是科學合理的。同時，清原抽水蓄能電站巖錨梁施工成果也為國內同類型電站巖錨梁開挖提供了工程實例和技術經驗。