陽江抽水蓄能電站高壓岔管開挖支護質量控制

李 勇，賀 濤

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概況及項目背景

1.1 工程概況

陽江抽水蓄能電站是國內在建、已建水頭最高的水電項目，工程樞紐主要由上水庫、下水庫、輸水系統、地下廠房洞室群及地面開關站、場內交通道路等建筑物組成，工程為Ⅰ等工程，工程規模為大(1)型。

引水高壓岔管呈三岔型布置，岔口夾角60°，相鄰岔口距離為19.8m，高壓岔管總長44.055m。首端與引水隧洞下平段相連，末端分別與1#、2#、3#引水支管相連，斷面為圓形斷面，開挖半徑為3.75m～4.751m。

圖1 引水高壓岔管交叉示意

1.2 工程地質

高壓岔管位于微風化～新鮮花崗巖體中，巖體滲透性微弱，透水率<1Lu；附近斷裂不發育，僅f747、f720從南側通過，斷層為硅化碎裂巖，膠結較好，局部滲水，影響帶為弱硅化碎裂花崗巖，影響帶寬0.2m～1.1m，對圍巖影響較小，圍巖主要為Ⅰ類～Ⅱ類，工程地質條件較好。

1.3 施工難度

由于岔管平面小角度、多支管交叉具有跨度大、形體結構多變、受力復雜、圍巖應力集中、開挖成形困難、施工安全風險高，傳統的施工方法爆破振動導致岔口部位巖體開裂較為嚴重、圍巖松動圈影響范圍變大，岔口成形質量不佳，特別針對高水頭鋼筋混凝土岔管傳統的施工方法更無法滿足圍巖松動圈及岔管成形的高質量施工要求。

1.4 國內岔管施工

目前，國內在建及已建引水高壓混凝土岔管較多，但是最大靜水頭800m，動水頭700m級高壓引水鋼筋混凝土岔管施工很少，高壓岔管開挖成形質量及爆破松動圈影響將直接關系高壓岔管施工成敗。

已建引水高壓岔管岔口邊墻滑移、交叉口變形大及施工安全時有發生，水電行業急需進行高壓岔管開挖支護施工技術總結及新工藝的應用。

2 施工程序

岔管是引水系統最重要的結構，開挖體型復雜。岔管相貫洞室較多，存在“小洞貫大洞、大洞貫小洞”的情況[1]，洞室開挖順序及施工組織顯得尤為重要。本岔管開挖采取中導洞先行，保護層開挖適時跟進，錨桿與噴混凝土及時進行[2]。

施工程序為：2#岔管中導洞開挖→2#岔管保護層開挖及支護→底板開挖及支護→支岔管交叉口鎖口支護→3#岔管中導洞開挖→3#岔管保護層開挖及支護→1#岔管中導洞開挖→1#岔管保護層開挖及支護。

圖2 高壓岔管分區施工示意

3 爆破參數選擇

3.1 2#岔管

2#岔管開挖分中導洞、保護層[3]及底板三序進行開挖施工，保護層開挖滯后中導洞掌子面30.0m[4]，底板待2#岔管保護層開挖支護完成后進行。

中導洞開挖斷面尺寸4.6m×5.0m，保護層開挖厚度1.5m～2.501m，底板開挖厚度1.0m。

圖3 2#岔管開挖分區

3.1.1 中導洞

中導洞采用楔形掏槽，光面爆破成形，周邊孔嚴格按照結構面進行開挖質量控制。周邊孔孔距0.5m、抵抗線0.65m；輔助孔孔距0.8m、抵抗線0.5m，布置2排掏槽孔，孔距0.3m。爆破孔全部采用YT28手風鉆鉆孔，周邊孔綁竹片+導爆索方式爆破，輔助孔、掏槽孔采用非電毫秒管連接及起爆。掏槽孔孔深3.0m，輔助孔及周邊孔深2.6m。

圖4 中導洞爆破設計

表1 中導洞爆破參數

3.1.2 保護層

邊頂拱預留1.5m～2.501m保護層，采用YT28手風鉆鉆孔，輔助孔、周邊孔全部采用竹片+導爆索方式爆破，非電毫秒管起爆，周邊孔間距50cm，抵抗線50cm，輔助孔及周邊孔鉆孔深度3.5m。

圖5 保護層爆破設計

表2 邊頂拱保護爆破參數

3.1.3 底板

底板采用搭設樣架進行手風鉆定位鉆孔，嚴格控制鉆孔角度及鉆孔方向，非電毫秒管分段爆破成形，鉆孔深度3.5m。

圖6 底板爆破設計

表3 邊頂拱保護爆破參數

3.2 1#、3#岔管開挖

1#、3#岔管開挖分中導洞+周邊保護層擴挖成形方式施工方法。中導洞為全圓結構，采取直掏槽方式進行開挖，開挖半徑1.5m，保護層厚1.0m。

圖7 岔支管開挖分區

3.2.1 中導洞

中導洞掏槽孔深2.0m，輔助孔、周邊孔全部采用竹片+導爆索方式爆破，非電毫秒管起爆，周邊孔間距50cm，抵抗線50cm，輔助孔及周邊孔鉆孔深度2.0m。

圖8 岔支管爆破設計

表4 中導洞爆破參數

3.2.2 保護層

擴挖保護層鉆孔孔深3.0m，周邊孔采用竹片+導爆索方式爆破，非電毫秒管起爆，周邊孔間距50cm，抵抗線50cm。

圖9 保護層爆破設計

表5 保護爆破參數

4 錨噴支護

4.1 放樣

錨桿施工前采用全站儀進行按設計要求進行錨桿孔布孔。

4.2 造孔

鉆孔采用多臂鉆進行鉆孔，開孔的位置在任何方向的偏差均應小于100mm。錨桿孔的孔軸方向垂直于開挖面；局部隨機加固錨桿的孔軸方向應與可能滑動面的傾向相反，其與滑動面的交角應大于30°，鉆孔方位偏差不應大于3°。錨孔深度必須達到設計要求，孔深偏差值不大于100mm。

4.3 清孔及注漿

鉆孔完成后用風、水聯合清洗，將孔內松散巖粉粒和積水清除干凈；如果不需要立即插入錨桿，孔口加蓋或堵塞予以適當保護，在錨桿安裝前對鉆孔進行檢查以確定是否需要重新清洗。

錨桿采用“先注漿后插錨桿”，用GS40EB錨桿注漿機進行注漿，錨桿插送方向與孔向一致，插送過程中適當旋轉(人工扭送或管鉗扭轉)。錨桿插送速度緩、勻，有“彈壓感”時要做旋轉再插送，盡量避免敲擊安插。

5 安全監測

收集圍巖變形及爆破振動數據，全面分析圍巖變形及應力分布情況。施工期監測項目：圍巖變形收斂監測、爆破振動監測、圍巖松動圈檢測。

5.1 施工期圍巖變形觀測

5.1.1 收斂計的埋設

根據地質條件、圍巖應力大小，施工方法和支護形式，按一定間距(一般為50m)和地質條件差的部位布設觀測斷面和測點位置。初測觀測斷面應盡可能靠近開挖掌子面。基線的數量和方向應根據圍巖的變形條件和洞室的形狀大小確定。本工程選用下圖布線。

圖10 測點布置

5.1.2 測樁的埋設

(1)測點應牢固地埋設在圍巖表面，其埋設深度不宜小于20cm。

(2)清除測點埋設處的松動巖石。

(3)鉆孔工具垂直洞壁鉆孔，將測樁固定在孔內，并在孔口設保護裝置。

(4)測點埋設完畢、穩定后立即進行初始值的測定。觀測周期為：開始1～3天：3次/天。以后：1次/天。

5.1.3 收斂觀測

觀測前應在室內進行收斂計標定，測前必須將測樁端頭擦洗干凈，收斂計兩端分別固定在基線兩端的測樁上，按預定的測距固定尺長，并保證鋼尺不受扭。拉動裝置，使鋼尺達到已選定的恒定張力，讀記收斂值，然后放松鋼尺張力，三次讀數差不應大于收斂計的精度范圍。取三次讀數的平均值作為計算值，觀測的同時，測記收斂計的環境溫度。

5.1.4觀測資料的整理、分析

現場觀測記錄應在24h內及時進行校核、整理。按下列公式計算溫度修正的實際收斂值。

U=Ui+aL(ti-to)

式中：U——實際收斂值，mm；

Ui——收斂讀數值，mm；

a——收斂計系統溫度線脹系數；

L——基線長，mm；

ti——收斂計觀測時的環境溫度，℃；

to——收斂計標定時的環境溫度，℃。

5.2 爆破振動監測

地下洞室開挖均采用鉆爆法，為將爆破振動速度控制在允許值內，確保施工安全，洞內在開挖鉆爆作業時有選擇地進行爆破振動監測。根據監測結果選擇爆破參數，控制單爆藥量，確定開挖與支護、混凝土作業的安全距離。

5.3 圍巖松動圈測試

巖石松動范圍可采用鉆孔聲波測試儀進行觀測，觀測部位及孔位應在現場與監理人員共同確定，由監理人員核實工作量，當某個部位檢測完后及時提供觀測報告。根據爆破前后聲波波速的變化確定爆破破壞的范圍和強弱，確定合理的爆破藥量和開挖方案。

6 岔管開挖質量控制重點及措施

6.1 測量放樣

施工測量采用全站儀進行。測量作業由專業人員實施，每一排炮要求準確放出中心十字線和周邊線，并根據爆破設計逐孔放點，后視點必須逐孔放樣，采用“+”、“-”標示超欠挖情況及周邊孔鉆孔軸線，洞軸線中心線標識清楚，孔位中心線與前一排炮殘孔對齊，誤差應在±5cm以內。

6.2 鉆孔及裝藥

(1)由合格鉆工嚴格按照測量定出的中線、腰線、開挖輪廓線和測量布孔進行鉆孔作業。各鉆工分區、分部位定人定位施鉆，實行嚴格的鉆工作業質量經濟責任制。

(2)技術人員現場旁站，便于及時發現和解決現場技術問題。每排炮由值班工程師按“平、直、齊”的要求進行檢查，做到炮孔的孔底落在爆破規定的同一個垂直斷面上。為了減少超挖，周邊孔的外偏角控制在設備所能達到的最小角度。光爆孔及掏槽孔的偏差不得大于1°，其他炮孔孔位偏差不得大于2°。

(3)鉆孔過程中技術人員利用地質羅盤儀+水平靠尺及方向桿檢查鉆孔角度及進行鉆孔驗收，對于不合格的孔采用M30砂漿封堵，重新在該孔旁50mm鉆孔。

6.3 裝藥、連線、爆破

(1)裝藥前用高壓風沖掃孔內，炮孔經檢查合格后，方可進行裝藥爆破。炮孔的裝藥、堵塞和引爆線路的聯結，由考核合格的炮工嚴格按批準的鉆爆設計進行施作，裝藥嚴格遵守爆破安全操作規程。

(2)光爆孔用小藥卷捆綁于竹片上間隔裝藥。利用臺車安全平臺或平臺車作為登高設備裝藥，掏槽孔、擴槽孔和其他爆破孔裝藥要密實，堵塞良好，嚴格按照爆破設計圖(爆破參數實施過程不斷調整優化)進行裝藥、用非電雷管聯結起爆網絡，最后由炮工和值班技術員復核檢查，確認無誤，撤離人員和設備，炮工負責引爆。

6.4 岔支管交叉口

主洞段開挖支護完成后及支管開挖前進行鎖口錨桿支護施工，鎖口錨桿采用多臂鉆進行鉆孔，采取先注漿后插桿施工工藝施工。岔支管交叉口布置兩排鎖口錨桿，錨桿間距50cm，梅花形布置，鎖口錨桿采用φ25、L=4.5m砂漿錨桿，鎖口錨桿能有效降低交叉口因爆破損壞洞口巖體[4]。

因洞室開挖完成后巖體應力重新分布，交叉口應力較集中，交叉口巖柱需加強支護以降低圍巖變形及順層巖體開裂，采用φ25、L=4.5m砂漿錨桿對穿設置，能有效降低巖體變形及巖體松弛的影響。

6.5 爆破試驗

岔支管交叉口及岔管爆破參數、鉆孔形式及裝藥結構都必須進行爆破試驗確定，根據本工程地質及巖石飽和抗壓強度選定幾種不同爆破參數、鉆孔參數及裝藥結構形式進行現場試驗，根據試驗結果選擇最優爆破效果及經濟效益爆破設計作為現場施工使用。

7 結語

在本次陽江抽水蓄能電站引水高壓岔管開挖支護控制，合理運用中導洞、保護層開挖方法及交叉口提前鎖口、加強支護方法，高壓引水岔管殘孔率達96.2%，拱頂不平整度±10cm，取得優良開挖效果。

(1)岔支管開挖前提前進行交叉口鎖口支護及交叉段巖體加強支護，能有效提高交叉口洞室成形質量及降低巖體變形。

(2)岔支管交叉口開挖采取“短進尺、弱爆破”方式開挖作業，必要時根據巖層走向及三維模擬應力分布情況，提出專門爆破設計是開挖質量控制的重點。