陳 俊 濤

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

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仙居抽水蓄能電站地下廠房穹頂開挖成型施工技術(shù)

陳 俊 濤

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

仙居抽水蓄能電站地下廠房跨度大且頂拱巖性為角礫凝灰?guī)r，巖體完整～較完整，部分受節(jié)理、巖脈切割影響，完整性差～較破碎；存在陡、緩傾角節(jié)理等不利組合產(chǎn)生的不穩(wěn)定楔體。介紹了仙居抽水蓄能電站地下廠房穹頂開挖順序、采取的控制措施和施工方法等，可為其它同類型工程的施工提供借鑒和參考。

仙居抽水蓄能電站；地下廠房；穹頂開挖；成型

1 工程概況

浙江仙居抽水蓄能電站位于浙江省仙居縣湫山鄉(xiāng)境內(nèi)，為日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，安裝4臺(tái)單機(jī)容量為375 MW的立軸單級(jí)混流可逆式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為1 500 MW，年平均發(fā)電量為25.125億kW·h，年平均抽水電量為32.63億kW·h。

主副廠房洞總長(zhǎng)176 m，下部開挖寬度為25 m，上部開挖寬度為26.5 m，最大開挖高度為55 m。副廠房、主廠房、安裝場(chǎng)從左到右呈“一”字型布置于主副廠房洞內(nèi)，其中主廠房長(zhǎng)113 m；安裝場(chǎng)長(zhǎng)44.5 m，開挖高度25.7 m；副廠房長(zhǎng)18.5 m，寬度上下相同，均為25 m，最大開挖高度為51.5 m。主廠房安裝4臺(tái)單機(jī)容量為375 MW的立軸單級(jí)混流可逆式水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組安裝高程107 m，機(jī)組間距為26.5 m。

2 工程地質(zhì)情況

工程地勘資料顯示廠房頂拱出露巖性為角礫凝灰?guī)r，巖體完整～較完整，部分受節(jié)理、巖脈切割的影響，完整性差～較破碎。斷層有f(48)和F(49)，其中，f(48)規(guī)模較小，F(xiàn)(49)雖有一定規(guī)模且性狀較差，但其傾角較陡，與洞軸線交角達(dá)75°～85°，對(duì)洞室整體穩(wěn)定不會(huì)有太大的影響，故廠房圍巖穩(wěn)定主要受結(jié)構(gòu)面組合控制。f(48)和βμ-⑤交角大，與其它陡傾角節(jié)理形成的組合為倒四棱錐體，對(duì)頂拱圍巖無大的不利影響，但兩者交接部位(斷層局部、巖脈的下盤巖體)可能出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象，需加強(qiáng)支護(hù)處理。根據(jù)結(jié)構(gòu)面組合分析，斷層或節(jié)理①或②與④、⑤互相組合可形成楔形體，PD10-2支硐中局部硐段呈“人”字狀硐頂即屬此類節(jié)理組合造成，從鉆孔揭示的地質(zhì)條件看，在頂拱高程附近有少量緩傾角節(jié)理發(fā)育，因此，在地下廠房頂拱局部可能存在陡、緩傾角節(jié)理不利組合產(chǎn)生的不穩(wěn)定楔體。其它主要節(jié)理(優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面)組合對(duì)頂拱圍巖基本無影響，僅有局部隨機(jī)節(jié)理與上述主要節(jié)理構(gòu)成隨機(jī)塊體。

邊墻部位圍巖穩(wěn)定性主要受結(jié)構(gòu)面組合控制，推測(cè)廠房區(qū)④、⑤組節(jié)理發(fā)育，與①或②組節(jié)理組合可在邊墻形成不穩(wěn)定塊體。另外，③組節(jié)理在PD10平硐內(nèi)密集發(fā)育，間距3～5 cm，其面充填鈣膜，出露于主廠房上游邊墻上游50 m外且與邊墻近平行，如該組節(jié)理發(fā)育范圍在深部向下游擴(kuò)大，則邊墻巖體可能較破碎并影響邊墻圍巖的穩(wěn)定，尤其是上游邊墻。主副廠房右端墻出露斷層f(48)和βμ-⑤巖脈，兩者交于右端墻。由于巖脈在平硐內(nèi)的性狀較差，與圍巖接觸面有擠壓現(xiàn)象，故該部位圍巖穩(wěn)定性差；①組節(jié)理與廠房左端墻呈小交角相交，受開挖卸荷影響，可沿節(jié)理產(chǎn)生卸荷拉裂并形成片幫。

3 穹頂開挖思路

根據(jù)廠房地質(zhì)條件及巖石特性，借鑒國(guó)內(nèi)類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，仙居抽水蓄能電站地下廠房穹頂開挖施工的思路為：

(1)充分結(jié)合施工通道布置、開挖形體特征和設(shè)備生產(chǎn)性能，對(duì)地下廠房的施工進(jìn)行合理的分層。

(2)第Ⅰ層開挖施工時(shí)應(yīng)充分考慮穹頂?shù)姆€(wěn)定，進(jìn)行合理的分區(qū)、分段和錯(cuò)距施工。

(3)開挖過程中，盡早安裝多點(diǎn)位移計(jì)和錨桿應(yīng)力計(jì)，實(shí)施頂拱挖空后的變形監(jiān)測(cè)。

(4)盡早進(jìn)行頂拱支護(hù)施工，確保施工安全。

4 穹頂開挖爆破施工

4.1 開挖爆破施工程序

仙居抽水蓄能電站地下廠房開挖施工共分6層，地下廠房穹頂開挖位于第Ⅰ層開挖中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工通道布置情況和開挖設(shè)備的性能參數(shù)，為保證穹頂開挖成型質(zhì)量，第Ⅰ層開挖施工采用“中導(dǎo)洞先行，中導(dǎo)洞壓頂；上、下游刻槽；上下游擴(kuò)挖，上、下游擴(kuò)挖壓頂”的方式進(jìn)行層內(nèi)分區(qū)、分段、錯(cuò)距開挖施工。開挖分區(qū)情況見圖1。

圖1 廠房穹頂開挖分區(qū)示意圖

4.2 開挖爆破試驗(yàn)及爆破參數(shù)的選擇

在頂拱開挖施工前，為了確定頂拱開挖的掏槽方式，明確炮孔布設(shè)、孔深和方向以及裝藥量、裝藥結(jié)構(gòu)、炮孔的堵塞方式、起爆順序等，以提高爆破效率，仙居抽水蓄能電站地下廠房第Ⅰ層開挖時(shí)結(jié)合地勘資料，與監(jiān)理人員共同確定了爆破試驗(yàn)段，包括中導(dǎo)洞擴(kuò)挖爆破試驗(yàn)和上下游擴(kuò)挖爆破試驗(yàn)。

通過爆破試驗(yàn)，確定了基本的爆破參數(shù)：鉆爆均采用手風(fēng)鉆鑿孔，孔徑42 mm，光爆孔間距為50 cm，周邊孔采用φ25光爆藥卷，不耦合間隔裝藥，不偶合系數(shù)取1.68，光面爆破、楔形掏槽。主爆孔選用φ32炸藥，連續(xù)裝藥，非電導(dǎo)爆管連接，緩沖孔選用φ32炸藥，分段裝藥，分別用導(dǎo)爆管連接，相鄰段之間用巖屑填塞。

4.3 開挖施工方案的實(shí)施

仙居抽水蓄能電站地下廠房第Ⅰ層的開挖是在中導(dǎo)洞開挖約50 m后，根據(jù)巖石揭露的情況，頂拱上、下游側(cè)的刻槽施工選取在主副廠房交界的位置進(jìn)行?？滩坶_挖采取先下部掏槽，再開挖1.5 m保護(hù)層的方法進(jìn)行。刻槽開挖完成后，向兩端擴(kuò)挖，擴(kuò)挖至端墻前先進(jìn)行邊墻環(huán)向預(yù)裂，再進(jìn)行擴(kuò)挖。導(dǎo)洞及兩側(cè)擴(kuò)挖錯(cuò)距為30 m。詳細(xì)的頂拱側(cè)墻刻槽開挖程序見圖2。

圖2 頂拱側(cè)墻刻槽開挖程序圖

主副廠房Ⅰ層中導(dǎo)洞及兩側(cè)邊墻擴(kuò)挖主要采用手風(fēng)鉆鉆孔施工。將主爆孔、崩落鉆孔間排距控制在90～110 cm；掏槽孔間排距控制在60 cm；周邊光爆孔鉆孔間排距控制在50 cm，Ⅱ、Ⅲ類圍巖排炮循環(huán)進(jìn)尺約3.5 m，Ⅳ類圍巖排炮循環(huán)進(jìn)尺約1～1.5 m，對(duì)于地質(zhì)不良地段則根據(jù)實(shí)際情況確定。

每個(gè)孔在開孔后立即檢查該孔位是否符合設(shè)計(jì)要求，確?？孜粺o誤后繼續(xù)施鉆，并在鉆進(jìn)過程中注意檢查。光爆孔孔位偏差不得大于5 cm，主爆孔孔位偏差不大于10 cm。

Ⅰ層周邊孔間隔裝藥，采用φ25光爆專用藥卷，光面爆破。主爆破孔裝φ32炸藥，連續(xù)裝藥、非電雷管連接；崩落孔裝φ32炸藥，分段裝藥，用雷管連接，相鄰段之間用巖屑填塞。爆破后渣體采用ZL50C裝載機(jī)和挖掘機(jī)裝15 t自卸汽車運(yùn)輸至棄渣場(chǎng)。

穹頂開挖完成后，及時(shí)進(jìn)行頂拱多點(diǎn)位移計(jì)和錨桿應(yīng)力計(jì)的安裝施工，以便及時(shí)檢測(cè)廠房穹頂開挖后的變形情況，為支護(hù)參數(shù)的調(diào)整和后續(xù)施工安全提供可參考的數(shù)據(jù)。

5 穹頂支護(hù)施工

5.1 支護(hù)錨桿的參數(shù)

穹頂設(shè)置系統(tǒng)錨桿φ25，L=6 m及φ28，L=8 m；系統(tǒng)錨桿間排距為1.5 m×1.5 m，頂拱噴CF30鋼纖維混凝土，厚15 cm。在實(shí)際施工過程中，根據(jù)巖石揭露情況設(shè)置φ28@1 m×1 m，L=8 m帶墊板的鎖邊錨桿，用以置換原系統(tǒng)錨桿為帶墊板的錨桿；在出露巖脈部位增設(shè)φ32@1 m×1 m，L=9 m的預(yù)應(yīng)力錨桿，局部增設(shè)φ20@0.4 m×0.4 m的鋼筋網(wǎng)片。

5.2 支護(hù)采用的施工方法

Ⅱ、Ⅲ類圍巖的支護(hù)施工滯后掌子面30 m，Ⅳ、Ⅴ類圍巖及巖石較差部位緊跟掌子面施工。

(1)砂漿錨桿均采用“先注漿、后插桿”的施工工藝。

①帶墊板的錨桿根據(jù)其設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，先在鋼筋加工廠下料，并在端頭用滾絲機(jī)滾絲，滾絲的長(zhǎng)度不少于20 cm。

②錨桿鉆孔完成后，用壓力風(fēng)將孔內(nèi)的巖屑吹出孔外，并將孔口作臨時(shí)性封堵以防異物掉入孔內(nèi)。

③砂漿采用JJS-2型攪拌機(jī)拌制，并用YSB-2A型砂漿注漿機(jī)灌注。注漿時(shí)，將注漿管插到孔底，然后退出50～100 mm后開始注漿，注漿管隨砂漿的注入在注漿壓力的作用下緩慢勻速退出。帶墊板的錨桿孔安裝完成后適時(shí)在孔口做砂漿找平塊，待錨桿的砂漿具備3 d強(qiáng)度后再安裝墊板，上緊螺母，隨后按照規(guī)范進(jìn)行無損檢測(cè)。

(2)預(yù)應(yīng)力錨桿采用前端樹脂錨固、后端注漿的施工工藝。

①錨桿鉆孔采用多臂鉆鉆孔，鉆孔孔徑大于錨桿桿體直徑40 mm，孔深不小于桿體的有效長(zhǎng)度，也不應(yīng)大于桿體有效長(zhǎng)度30 mm。造孔達(dá)到預(yù)定深度后，將孔內(nèi)的巖粉沖洗干凈，確保藥卷或漿體與孔壁接觸完好。

②錨桿采用HRB400級(jí)鋼筋，一端加工成M30(φ36錨桿)或M28(φ32錨桿)、長(zhǎng)200 mm的螺紋，另一端加工成反麻花狀桿體，端頭切割成45°夾角，端頭切割長(zhǎng)度由試驗(yàn)確定并焊上擋圈；錨桿連接采用廠家購(gòu)買的成品連接套。

③利用鉆爆臺(tái)車或多臂鉆工作平臺(tái)配合人工安裝樹脂錨固劑和錨桿。首先將完好的樹脂藥卷膠囊放進(jìn)已驗(yàn)收合格的錨桿孔內(nèi)，在保證樹脂藥卷膠囊不被捅破的前提下緩慢將其推送至孔底；隨后推送錨桿至樹脂錨固段位置，此時(shí)將錨桿接上連接器并連上攪拌器(353E多臂鉆)，攪拌時(shí)應(yīng)緩緩?fù)七M(jìn)桿體，連續(xù)攪拌30 s，轉(zhuǎn)速為300 r/min，攪拌結(jié)束后，輕輕卸下連接器并臨時(shí)固定錨桿，對(duì)其加以保護(hù)，確保錨桿不受擾動(dòng)。

④錨桿安裝結(jié)束后孔口處用M40干硬預(yù)縮砂漿找平，面積不小于30 cm×30 cm,最小厚度為5 cm，然后安裝注漿管和排氣管。在錨桿注漿前安裝托板和螺帽。

⑤錨桿采用扭力扳手進(jìn)行扭力檢測(cè)，合格后再用YSB-2A型注漿機(jī)注漿。

(3)掛網(wǎng)鋼筋在加工廠加工成型，采用鉆爆臺(tái)車人工安裝、掛鋼筋網(wǎng)。

(4)噴混凝土在拌和站集中拌制后用混凝土罐車運(yùn)輸至施工現(xiàn)場(chǎng)，采用Meyco Potenza型混凝土濕噴臺(tái)車噴射施工。噴射作業(yè)分段、分片依次進(jìn)行。為防止回彈物附著在未噴的圍巖面上而影響噴層與巖面的粘結(jié)力，采用從下往上施噴的方法，噴射時(shí)噴嘴距噴混凝土接觸表面的距離應(yīng)在1 m左右且盡可能垂直；噴前先找平受噴面的低凹處，再將噴頭成螺旋形緩慢均勻移動(dòng)，每圈壓至前面半圈，繞圈直徑約30 cm,力求噴出的混凝土層面平順光滑。噴混凝土有序推進(jìn)，盡量減少回彈。

5.3 特殊部位的支護(hù)措施

在實(shí)際施工過程中，根據(jù)巖石揭露的情況在頂拱不利結(jié)構(gòu)面相互切割的部位按照設(shè)計(jì)修改通知單的要求在結(jié)構(gòu)面出露線下盤布置兩排φ28@1 m×1 m，L=8 m帶墊板的鎖邊錨桿，鎖邊錨桿距離結(jié)構(gòu)面出露邊線1 m布置。施工時(shí)，錨桿須與結(jié)構(gòu)面成大角度相交且將該結(jié)構(gòu)面附近的系統(tǒng)錨桿更換為帶墊板的錨桿。在廠房頂拱安山巖脈和擠壓破碎帶的位置將系統(tǒng)錨桿替換為帶墊板的錨桿，然后沿安山巖脈增設(shè)2排預(yù)應(yīng)力鎖邊錨桿，錨桿參數(shù)為：φ32@1 m，L=9 m，預(yù)應(yīng)力錨桿施工時(shí)垂直于巖脈的出露線，與巖脈面夾角不小于45°。在頂拱斷層和破碎帶出露線兩側(cè)各布置1排相互交叉的預(yù)應(yīng)力鎖邊錨桿φ32，L=9 m，并沿破碎帶和斷層出露線兩側(cè)共9 m范圍內(nèi)增加一層鋼筋網(wǎng)φ20@0.4 m×0.4 m。

6 穹頂開挖支護(hù)成型效果

仙居抽水蓄能電站穹頂開挖完成后，巖面平整，半孔率高達(dá)92%；頂拱支護(hù)錨桿注漿密實(shí)度全部達(dá)到85%以上，噴混凝土表面平順，厚度保證率達(dá)100%，布置在廠房頂拱的3組多點(diǎn)位移計(jì)的多組檢測(cè)結(jié)果顯示廠房頂拱的最大累計(jì)位移為1.77 mm，頂拱的3組錨桿應(yīng)力計(jì)多組檢測(cè)結(jié)果顯示的最大應(yīng)力值為15.51 MPa，穹頂圍巖的變形和圍巖錨桿應(yīng)力的變化較小，穹頂施工安全，開挖成型質(zhì)量較好。

7 結(jié) 語

在仙居抽水蓄能電站穹頂開挖成型施工過程中，通過采用合理的分層、層內(nèi)分區(qū)、分段、錯(cuò)距的施工思路進(jìn)行開挖施工，在頂拱的成型安全及成型效果上取得了一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。施工中通過爆破試驗(yàn)確定了合理的爆破參數(shù)和爆破設(shè)計(jì)，并運(yùn)用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為支護(hù)施工提供依據(jù)，有力的保障了頂拱的施工安全和成型質(zhì)量，可為其它同類型工程的施工提供借鑒和參考。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017-04-23

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陳俊濤(1983-)，男，河南三門峽人，項(xiàng)目經(jīng)理助理，工程師，學(xué)士，從事水電工程施工技術(shù)與質(zhì)量管理工作.