田君，張鵬，袁平順

(1.中國水利水電建設(shè)工程咨詢北京公司，北京 100024;2.中國水利水電第七工程局有限公司二分局，四川成都 611730)

1 工程概況

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，是大渡河干流水電規(guī)劃調(diào)整推薦22級開發(fā)方案中的第9個梯級電站，引水發(fā)電系統(tǒng)布置于大渡河右岸，采用首部式地下廠房，電站裝機(jī)容量為4×425MW，總裝機(jī)容量為1700MW。

猴子巖水電站地下廠房縱軸線方向為N61°W，左上角距壩軸線鉛直面約100m，順壩軸線方向距右壩肩約200m，最小垂直埋深約380m，最小水平埋深約250m。廠房結(jié)構(gòu)尺寸為219.5m×29.2m ×68.7m(長 × 寬 × 高)，從左到右分別為副廠房、主機(jī)間及安裝間，其中副廠房長度為23m，跨度為25.8m;主機(jī)間及安裝間長度分別為140.5m和56m，巖錨梁以上開挖跨度為29.2 m，巖錨梁以下開挖跨度為25.8m。

2 工程地質(zhì)情況

根據(jù)勘探揭示，猴子巖水電站地下廠房裂隙優(yōu)勢方向主要有三組，多為剛性結(jié)構(gòu)面，閉合、起伏、間距較大。根據(jù)巖體結(jié)構(gòu)及構(gòu)造發(fā)育情況，圍巖初步分類為Ⅲ1～Ⅱ類，σ1最大值達(dá) 36.43 MPa，為高地應(yīng)力區(qū)?？紤]應(yīng)力折減后，以Ⅲ1類為主，成洞條件較好。在勘探及洞室開挖過程中揭示斷層及其影響帶、擠壓破碎帶和裂隙密集帶等的巖體為Ⅳ、Ⅴ類。

頂拱:巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、變質(zhì)灰?guī)r，巖體完整性好，以厚層狀～巨厚層狀結(jié)構(gòu)為主，局部為中厚層狀結(jié)構(gòu)，圍巖總體為Ⅲ1類。局部發(fā)育有緩傾角擠壓破碎帶，為Ⅳ類圍巖，對頂拱圍巖穩(wěn)定不利，中緩傾角的層面裂隙較發(fā)育，并與中陡傾角結(jié)構(gòu)面組合形成“人”字形塊體，將影響頂拱圍巖的局部穩(wěn)定。

上游側(cè)邊墻:巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、變質(zhì)灰?guī)r，巖體完整性較好，以厚層狀～巨厚層狀結(jié)構(gòu)為主，局部為中厚層狀結(jié)構(gòu)，圍巖總體為Ⅲ1類。但由于工程處于高地應(yīng)力區(qū)，一般實測地應(yīng)力在30 MPa左右，最高達(dá)36MPa，圍巖強(qiáng)度在80～130 MPa，開挖過程中易產(chǎn)生圍巖松弛變形，甚至產(chǎn)生破壞。

下游側(cè)邊墻:巖性為白云質(zhì)灰?guī)r、變質(zhì)灰?guī)r，巖體完整性好，以厚層狀～巨厚層狀結(jié)構(gòu)為主，局部為中厚層狀結(jié)構(gòu)，圍巖總體為Ⅲ1類。但由于工程處于高地應(yīng)力區(qū)，開挖過程中易產(chǎn)生圍巖松弛變形，甚至產(chǎn)生破壞。局部層間擠壓破碎帶和小斷層與邊墻小角度相交的小斷層、擠壓帶為Ⅳ類圍巖，對邊墻圍巖穩(wěn)定不利，此外，結(jié)構(gòu)面的不利組合，有發(fā)生小規(guī)模的掉塊和滑塌的可能。

3 廠房頂拱施工方案

3.1 頂拱層設(shè)計支護(hù)參數(shù)

頂拱設(shè)置系統(tǒng)錨桿φ32，L=9m及φ28，L=7 m，邊墻設(shè)置系統(tǒng)錨桿 φ32，L=8m 及 φ28，L=6 m，系統(tǒng)錨桿布置的間排距依據(jù)開挖揭示的圍巖類別，Ⅳ類、Ⅲ2類及Ⅲ1類圍巖布置間排距分別為1m ×1m、1.2m ×1.2m 及1.5m ×1.5m，拱座設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨桿φ32，L=9m。掛鋼筋網(wǎng)φ8@20cm×20cm，噴C20混凝土厚20cm。

3.2 頂拱層開挖施工程序

猴子巖水電站地下廠房頂拱層采用“先中導(dǎo)洞開挖支護(hù)，再進(jìn)行導(dǎo)洞底板及兩側(cè)擴(kuò)挖支護(hù)”的施工程序。廠房頂拱分層高度為13.5m(高程1717～1730.5m)，分為三個區(qū)域進(jìn)行開挖，第一區(qū)為中導(dǎo)洞開挖支護(hù)，中導(dǎo)洞寬度為13.2m，高度為9.26m;第二區(qū)為中導(dǎo)洞底板降底開挖，開挖寬度為13.2m，高3m;第三區(qū)為上下游側(cè)擴(kuò)挖，單側(cè)寬度8m，最大高度為12.26m。開挖分區(qū)情況見圖1。

圖1 廠房頂拱層開挖分區(qū)圖

3.3 施工工藝

頂拱層采用YT28手風(fēng)鉆在自制作業(yè)平臺車上進(jìn)行鉆爆，周邊孔光面爆破。采用導(dǎo)洞超前，分部分區(qū)開挖，液壓反鏟進(jìn)行危石清理，開挖石渣采用側(cè)卸裝載機(jī)配合20t自卸汽車出渣。Ⅱ、Ⅲ類圍巖循環(huán)進(jìn)尺2.5～3m，Ⅳ類圍巖循環(huán)進(jìn)尺控制在2m左右。錨桿采用多臂鉆鉆孔，人工自制反鏟平臺進(jìn)行錨桿安裝、注漿及掛鋼筋網(wǎng)，麥斯特噴漿車噴護(hù)混凝土。

4 猴子巖水電站地下廠房頂拱開挖施工出現(xiàn)的問題

(1)地下洞室群密集，開挖爆破震動干擾影響大，安全問題突出。

本工程地下洞室群密集，以主廠房、主變室、調(diào)壓室三大洞室為主體，包括母線洞、出線洞、主廠房頂部通風(fēng)洞、聯(lián)合排風(fēng)平洞、進(jìn)場交通洞、尾調(diào)交通洞、排水廊道等洞室在內(nèi)的大規(guī)模洞室群，廠房洞室結(jié)構(gòu)復(fù)雜，跨度大，各洞室之間開挖爆破震動干擾大，各洞室爆破施工時，相互震動干擾，圍巖受爆破擾動容易出現(xiàn)掉塊塌方現(xiàn)象，施工期安全隱患突出。

(2)地應(yīng)力高，巖爆現(xiàn)象突出。

本工程地下洞室群埋深較大，廠房水平埋深280～510m，垂直埋深400～660m，最大主應(yīng)力達(dá)36.43MPa，地應(yīng)力較高，巖爆發(fā)生率高，在進(jìn)行廠房頂拱層中導(dǎo)洞及上游側(cè)擴(kuò)挖時，(廠橫)0－020～(廠橫)0+070段巖爆現(xiàn)象突出，主要表現(xiàn)為:巖爆過程中持續(xù)出現(xiàn)較大聲響，邊墻拱座以下巖層成片狀剝落且持續(xù)時間較長;巖爆區(qū)域大，上游邊墻整個開挖面均存在巖爆現(xiàn)象。

(3)廠房挖空率高，頂拱及邊墻變形持續(xù)時間長。

在廠房頂拱層開挖支護(hù)完成后，受地應(yīng)力釋放不均勻影響，洞身拱肩偏壓，(廠橫)0+083.8、(廠橫)0+116.3處多點(diǎn)位移計測得變形較為嚴(yán)重，應(yīng)力計超量程達(dá)到402.7MPa，頂拱持續(xù)變形，無收斂跡象。廠房拱腳部位位移量大。

(4)廠房頂拱層開挖支護(hù)施工受不良地質(zhì)條件影響，塌方嚴(yán)重，廠房頂拱層開挖成型效果差。

由于廠房頂拱層開挖挖空率高，斷面積大，局部開挖區(qū)域受不良地質(zhì)條件影響，開挖后巖體應(yīng)力釋放，因受力擠壓，拱腳以下巖體大范圍層狀脫落，巖體超挖嚴(yán)重，頂拱層開挖成型效果差。

5 應(yīng)對措施

5.1 設(shè)計采取的措施

(1)對廠房頂拱層系統(tǒng)錨桿進(jìn)行調(diào)整。將廠房頂拱原設(shè)計的普通砂漿錨桿全部調(diào)整為帶墊板的砂漿錨桿;

(2)增加了Ⅳ類圍巖的支護(hù)參數(shù)。針對開挖揭露的Ⅳ類圍巖，除加密錨桿間距外，對圍巖進(jìn)行了超前固結(jié)灌漿，采用C25鋼筋混凝土置換破碎巖體;

(3)將頂拱噴混凝土厚度從15cm調(diào)整為20 cm;

(4)在上下游拱座各設(shè)置一排PB32，L=9 m，T=12t的預(yù)應(yīng)力錨桿;

(5)廠房頂拱開挖后期，根據(jù)廠房頂拱層變形監(jiān)測的情況，在廠房頂拱增加隨機(jī)錨索，在上下游拱座各增加了一排系統(tǒng)錨索。錨索參數(shù)為:T=2000kN，L=20m，間距3～4m。

5.2 施工采取的措施

針對猴子巖水電站洞室群密集、廠房頂拱跨度大、地應(yīng)力高、地質(zhì)條件差、巖爆現(xiàn)象突出的特點(diǎn)，項目部對此高度重視，主要采取了以下措施用以保證廠房頂拱的開挖成型及穩(wěn)定安全:

(1)為減少爆破圍巖擾動，施工過程中嚴(yán)格按照拱層開挖時確定好的開挖程序分層分區(qū)進(jìn)行開挖，減小一次性開挖鏤空面積，開挖后及時做好各層(區(qū))支護(hù)。

(2)優(yōu)化爆破設(shè)計，減小爆破震動對圍巖的損壞。開挖爆破前進(jìn)行爆破試驗，確定基本的爆破參數(shù);開挖過程中，根據(jù)不同的圍巖情況動態(tài)優(yōu)化調(diào)整爆破參數(shù)。猴子巖水電站廠房頂拱周邊孔光面爆破參數(shù)為:孔徑42mm，孔距40cm，線裝藥密度80g/m。

(3)針對地應(yīng)力高，巖爆現(xiàn)象突出的問題，本工程主要采取了以下措施:

①采取“短進(jìn)尺、弱爆破”，以減小爆破對圍巖的擾動。

②掌子面施工超前應(yīng)力釋放孔，在隧道工作面附近噴水，用以改善圍巖應(yīng)力狀態(tài)，減緩巖爆程度;

③掌握巖爆發(fā)生的規(guī)律，避開巖爆高發(fā)期施工，以減小巖爆的危害;

④對開挖面及掌子面采用噴混凝土進(jìn)行封閉，優(yōu)先施工φ25，L=4.5m的隨機(jī)錨桿;

⑤緊跟施工設(shè)計的系統(tǒng)錨桿、掛網(wǎng)及噴混凝土施工;

(4)加強(qiáng)施工期臨時監(jiān)測和永久監(jiān)測，建立預(yù)警機(jī)制。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，立即停止開挖爆破作業(yè)，對變形較大的部位進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，確保安全。

(5)針對Ⅳ類圍巖及軟弱破碎帶，嚴(yán)格貫徹“短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的原則。在開挖前采用超前固結(jié)灌漿和超前錨桿進(jìn)行超前錨固，開挖揭露后及時施工系統(tǒng)支護(hù)及加強(qiáng)支護(hù)，保證“一炮一支護(hù)”。

6 結(jié)語

猴子巖水電站廠房頂拱層于2011年11月1日正式開始開挖，2012年5月31日開挖完成，2012年6月15日支護(hù)完成，共計用時7.5月，創(chuàng)造了國內(nèi)同規(guī)模地下廠房頂拱開挖工期最短的最好成績。筆者就猴子巖水電站廠房頂拱層開挖施工中存在的問題有以下幾點(diǎn)體會。

(1)施工中加強(qiáng)現(xiàn)場的組織是關(guān)鍵。洞室的開挖、支護(hù)施工工序較多，施工現(xiàn)場必須進(jìn)行科學(xué)組織，才能保證施工進(jìn)度、洞室穩(wěn)定及施工安全。

(2)針對高地應(yīng)力導(dǎo)致的巖爆現(xiàn)象，采用“快速錨固，及時封閉”是行之有效的措施。

(3)洞室開挖施工監(jiān)測至關(guān)重要。一方面需要超前或及時埋設(shè)監(jiān)測儀器;另一方面，監(jiān)測數(shù)據(jù)必須及時反饋給施工單位，以指導(dǎo)施工;第三，必須建立監(jiān)測預(yù)警機(jī)制，出現(xiàn)異常，立即采取措施進(jìn)行處理。

(4)業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計及施工單位必須建立應(yīng)急處理機(jī)構(gòu)，及時解決施工現(xiàn)場出現(xiàn)的問題，對工程施工進(jìn)度特別有利。