楊 耀，張朝澤

(中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041)

1 工程概況

梅州抽水蓄能電站地下廠房由主廠房(包括主機(jī)間和安裝間)、副廠房組成，安裝間布置在主廠房的右側(cè)(按發(fā)電流向，下同)；副廠房布置在主機(jī)間的左側(cè)。主廠房洞室開挖總長(zhǎng)度為176.25 m，最大開挖寬度為28.3 m，最大開挖高度為58.370 m。廠房布置區(qū)山體雄厚，巖性為中粒黑云母花崗巖，廠房頂拱上覆巖體厚為330 m左右。廠區(qū)巖體完整性好，洞室圍巖新鮮，鉆孔平均RQD值大于95%；鉆孔聲波速Vp為5 560～6 450 m/s，屬完整巖體；巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度大于70 MPa，屬于堅(jiān)硬巖類。廠區(qū)洞室圍巖以II類為主，約占77.5%；局部巖脈發(fā)育段屬Ⅳ類圍巖，約占22.5%。

廠房高程307.800 m以下包括4個(gè)機(jī)組基坑、集水廊道等多個(gè)結(jié)構(gòu)，開挖時(shí)預(yù)留1.5 m保護(hù)層，即基坑在309.300高程往下開挖。基坑長(zhǎng)度為12.75 m，寬度為9.2 m，開挖深度為9 m，集水廊道水平長(zhǎng)度為112.52 m，開挖深度為11.3 m。基坑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，開挖深度較大，具有結(jié)構(gòu)輪廓線處直角邊較多、長(zhǎng)度較長(zhǎng)、開挖深度深等特點(diǎn)，導(dǎo)致爆破開挖體形控制難度大?；悠矫媸疽庖妶D1。

2 基坑開挖準(zhǔn)備及技術(shù)保證

2.1 開挖準(zhǔn)備

合理的開挖程序和輪廓爆破方式是深埋地下廠房施工中的關(guān)鍵技術(shù)之一[1]。為了基坑開挖能夠達(dá)到良好效果，在開挖之前進(jìn)行了一系列準(zhǔn)備工作，首先對(duì)廠房已開挖完成的部分進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)并分析其中所存在的問題，然后設(shè)計(jì)預(yù)裂爆破試驗(yàn)方案，并根據(jù)試驗(yàn)爆破結(jié)果選取和優(yōu)化爆破參數(shù)。

圖1 廠房機(jī)組基坑平面布置示意(單位：樁號(hào)、高程m，尺寸mm)

2.2 總結(jié)經(jīng)驗(yàn)

總結(jié)廠房307.8 m高程以上邊墻預(yù)裂施工所取得的成果與不足之處，參照類似地下廠房基坑及尾水?dāng)U散段開挖施工經(jīng)驗(yàn)，確定廠房機(jī)組基坑施工主要包括廠房基坑一次性深孔預(yù)裂施工、廠房EL.309.300～EL.307.800 m保護(hù)層(1.5 m)施工、尾水?dāng)U散段施工、廠房基坑及上游側(cè)集水廊道、EL.307.800 m以下排水聯(lián)系廊道施工，廠房基坑及尾水?dāng)U散段開挖時(shí)采用潛孔鉆進(jìn)行預(yù)裂施工，具體施工方法為：在廠房高程309.300 m開挖底板搭設(shè)潛孔鉆施工樣架，采用潛孔鉆造直徑90 mm預(yù)裂孔，孔深根據(jù)廠房基坑及尾水?dāng)U散段底板高程確定，初擬深度分別為11.3 m、9 m。

2.3 預(yù)裂爆破工藝性試驗(yàn)方案

為獲取合理的造孔參數(shù)及爆破參數(shù)，以保證尾水?dāng)U散段及廠房基坑開挖成型效果，結(jié)合類似工程施工經(jīng)驗(yàn)以及當(dāng)?shù)鼗鸸げ牧咸匦?，?jì)劃進(jìn)行廠房基坑開挖深孔預(yù)裂爆破工藝性試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)成果最后確定廠房機(jī)組基坑深孔預(yù)裂爆破技術(shù)參數(shù)。

試驗(yàn)項(xiàng)目主要包括以下內(nèi)容：炮孔施工角度控制和裝藥結(jié)構(gòu)的選擇和優(yōu)化、爆破后測(cè)定預(yù)裂孔垂直度、觀察爆破孔半孔率和檢測(cè)爆破對(duì)周圍巖石的影響范圍和程度等。

試驗(yàn)?zāi)康陌ㄒ韵聝?nèi)容：通過現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)，及時(shí)調(diào)整爆破參數(shù)、控制爆破規(guī)模和施工方法，指導(dǎo)廠房基坑和尾水?dāng)U散段預(yù)裂施工，針對(duì)試驗(yàn)過程中存在的問題，在試驗(yàn)階段提出相應(yīng)的解決辦法，最終確定適合于廠房基坑及尾水?dāng)U散段預(yù)裂施工爆破參數(shù)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度及廠房系統(tǒng)地質(zhì)情況，預(yù)裂爆破試驗(yàn)部位選在廠房EL.314.600～EL.309.300 m開挖階段，從廠房EL.314.600 m底板造垂直孔至EL.309.300 m底板。試驗(yàn)選擇區(qū)域見圖2所示。

圖2 試驗(yàn)部位平面布置示意(單位：高程m,尺寸mm)

2.4 預(yù)裂爆破技術(shù)參數(shù)

1) 爆破方法

如圖3所示，試驗(yàn)選擇在廠房EL.314.600 m底板開挖階段進(jìn)行，通過鋼管腳手架搭設(shè)造孔樣架，采用潛孔鉆造直徑90 mm預(yù)裂孔，孔深為開挖層高5.3 m，孔間距為90 cm，預(yù)裂孔數(shù)目計(jì)5個(gè)，采用3種不同線裝藥密度裝藥參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，通過預(yù)裂效果確定預(yù)裂孔裝藥參數(shù)。

a平面示意 b立面示意

圖3 預(yù)裂爆破段爆破孔布置示意(單位：高程m，尺寸mm)

2) 爆破器材

爆破試驗(yàn)用炸藥選用箱裝2#巖石乳化炸藥，藥卷規(guī)格為Φ32 mm-300 g、Φ60 mm-1 000 g。其性能為：藥卷密度：1±0.3 g/cm3，殉爆距離≥4 cm，爆速≥3 200 m/s，作功能力≥260 ml，猛度≥12 mm，保質(zhì)期6個(gè)月。

試驗(yàn)選用國(guó)產(chǎn)的Ⅱ系列毫秒微差非電雷管。光爆孔內(nèi)選用普通型導(dǎo)爆索傳爆，導(dǎo)爆索規(guī)格為12 g/m，傳播速度為6 500～7 000 m/s，引爆雷管選用激發(fā)針激發(fā)，導(dǎo)爆管起爆。

3) 布孔參數(shù)

預(yù)裂爆破試驗(yàn)爆破孔為在廠房EL.314.600 m底板豎直向下的預(yù)裂孔，設(shè)計(jì)孔深為廠房開挖層高5.3 m，預(yù)裂孔均采用潛孔鉆造孔，造孔孔徑為Φ90 mm，孔距為90 cm。試驗(yàn)段爆破孔布置如圖3所示。

4) 樣架施工

預(yù)裂孔為潛孔鉆造孔，造孔時(shí)必須采用搭設(shè)鋼管樣架的方式，控制鉆孔精度。鉆孔樣架全部采用1.5寸焊管搭設(shè)，潛孔鉆與樣架通過扣件連接固定，鋼管與鋼管之間采用扣件進(jìn)行連接。

樣架導(dǎo)向管的布置間距設(shè)為1.2 m，具體布置參數(shù)詳見圖4所示。

a立面示意 b平面示意

圖4 鋼管樣架搭設(shè)示意(單位：高程m，尺寸mm)

5) 裝藥結(jié)構(gòu)

預(yù)裂爆破采用不耦合裝藥、導(dǎo)爆索傳爆，不耦合系數(shù)控制在1.5～2.8之間。預(yù)裂爆破的線裝藥密度采用1 459 g/m、1 233 g/m以及1 081g/m 3種方案，裝藥參數(shù)見表1，裝藥結(jié)構(gòu)示意見圖5。

表1 預(yù)裂爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

a 線裝藥密度1 459 g/m

b 線裝藥密度1 233 g/m

c 線裝藥密度1 081 g/m

6) 預(yù)裂爆破參數(shù)

理想的預(yù)裂爆破應(yīng)達(dá)到如下爆破效果：① 開挖輪廓面上的殘留炮孔應(yīng)均勻分布；② 開挖輪廓面上的半孔率：完整巖石達(dá)到85%以上；③ 開挖輪廓面上巖石平整，殘留孔壁不應(yīng)有明顯的爆振裂隙；④ 設(shè)計(jì)開挖結(jié)構(gòu)面開挖不允許欠挖，超挖值不大于20 cm。

爆破后經(jīng)對(duì)爆破面進(jìn)行效果檢查，方案1巖面較為平整，但半孔率較低，并造成一定爆振裂隙影響周邊巖體整體性，方案3半孔率明顯較好，但巖面平整度較低，方案2并未有較為突出的方面，但其整體評(píng)價(jià)效果最好，且?guī)r面平整度也較為理想。爆破試驗(yàn)效果見圖6。通過爆破試驗(yàn)確定機(jī)組基坑預(yù)裂爆破參數(shù)為：預(yù)裂爆破線裝藥密度約為1 200 g/m，預(yù)裂孔開口孔距整體按80～90 cm控制，預(yù)裂爆破采用膠裝2#巖石乳化炸藥，藥卷規(guī)格為Φ32 mm、Φ60 mm，單重為300 g、1 000 g，裝藥結(jié)構(gòu)為導(dǎo)爆索+竹片間隔不耦合裝藥，底部加強(qiáng)藥卷為1節(jié)Φ60 mm藥卷，后續(xù)間隔為23 cm裝Φ32 mm藥卷2節(jié)，堵塞長(zhǎng)度在1.5 m左右。

圖6 預(yù)裂爆破試驗(yàn)效果示意

3 基坑體型控制技術(shù)

3.1 預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)

根據(jù)預(yù)裂爆破工藝性試驗(yàn)方案所確定的技術(shù)參數(shù)，結(jié)合廠房機(jī)組基坑結(jié)構(gòu)布置，設(shè)計(jì)預(yù)裂爆破孔深度為11.3 m、9 m，預(yù)裂孔開口孔距整體按80～90 cm控制，局部根據(jù)結(jié)構(gòu)調(diào)整。廠房機(jī)組基坑預(yù)裂爆破孔布置方案見表2，基坑預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)見圖7。

表2 廠房機(jī)組基坑預(yù)裂爆破參數(shù)

a 孔深11.3 m

b 孔深9 m

3.2 體型控制工藝

1) 鉆孔控制

預(yù)裂爆破的效果很大程度上取決于預(yù)裂孔的鉆孔質(zhì)量[2]，采取必要措施控制鉆孔質(zhì)量在預(yù)裂爆破施工中是必不可少的環(huán)節(jié)。在預(yù)裂孔造孔時(shí)，搭設(shè)鋼管樣架輔助潛孔鉆造孔，控制鉆孔精度。

2) 孔位控制

根據(jù)預(yù)裂爆破成縫機(jī)理，并參照廠房EL.309.3以上預(yù)裂爆破施工經(jīng)驗(yàn)，預(yù)裂孔布置于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)線會(huì)存在局部欠挖情況，故深孔預(yù)裂開孔位置根據(jù)結(jié)構(gòu)開挖線設(shè)計(jì)，孔口造孔位置在設(shè)計(jì)開挖線位置整體外偏10 cm造垂直孔。布置于廠房邊墻及端墻位置預(yù)裂孔，考慮局部超挖情況，孔口開孔位置在設(shè)計(jì)開挖線外偏5 cm造斜向孔，孔底距離設(shè)計(jì)開挖線10 cm，外偏角為0.25°，斜向孔示意見圖8。

圖8 深孔預(yù)裂斜向孔造孔示意(單位：高程mm，尺寸cm)

3) 直角位置成型控制

結(jié)構(gòu)直角位置開挖是施工中的一個(gè)難點(diǎn)問題，難以達(dá)到理想的成型效果，為保證結(jié)構(gòu)直角位置成型效果良好，兩直角邊第1個(gè)孔距離直角點(diǎn)60 cm布置，避免因直角處巖體較薄，孔距過小，爆破時(shí)直角處巖體隨直角邊第1個(gè)預(yù)裂孔周邊巖體裂開。直角處預(yù)裂孔布置見圖9所示。

圖9 結(jié)構(gòu)直角處預(yù)裂孔布置示意(單位：cm)

4) 預(yù)留保護(hù)層控制

參照預(yù)裂爆破試驗(yàn)效果，由于深處的巖體在上部巖體的蓋重作用下，巖體埋藏越深時(shí)，預(yù)裂成型效果越好。廠房在分層開挖設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了EL.307.800底板以上預(yù)留1.5 m保護(hù)層，保護(hù)層在基坑一層開挖完成后一次性開挖清除，可保障機(jī)組基坑邊墻與EL.307.800底板相交直角成型效果，保障EL.307.800底板極大程度的免受破壞。保護(hù)層一次爆除加快了施工進(jìn)度，減少重復(fù)爆破對(duì)基巖的影響，提高了施工質(zhì)量，同時(shí)也節(jié)約了工程費(fèi)用[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

梅蓄電站地下廠房機(jī)組基坑開挖采用了一次性深孔預(yù)裂爆破及保護(hù)層爆破開挖等技術(shù)，一次性深孔預(yù)裂爆破在保證成型質(zhì)量的前提下，在一定程度上縮短了工期，梅蓄電站地下廠房原計(jì)劃移交工作面時(shí)間節(jié)點(diǎn)為2020年4月20日，實(shí)際于2020年4月13日爆破開挖結(jié)束，為移交工作面時(shí)間節(jié)點(diǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)(預(yù)裂爆破開挖后成型效果見圖10所示)。

圖10 基坑預(yù)裂爆破開挖后成型效果示意

預(yù)裂爆破結(jié)束后，基坑分兩層開挖，保護(hù)層開挖計(jì)劃于基坑一層開挖后挖除，做到多個(gè)工作面交叉作業(yè)，合理安排工序，優(yōu)化施工流程，全面推進(jìn)廠房開挖進(jìn)度。保護(hù)層一次開挖爆破方法取得了良好的效果，同時(shí)縮短工程工期、降低工程造價(jià)[4]。

梅蓄電站地下廠房機(jī)組基坑的開挖采用了較多手段，經(jīng)過多元化、精細(xì)化的設(shè)計(jì)來(lái)保障體形成型效果，開挖成型后所取得的成果也較為豐厚，除了在極個(gè)別地質(zhì)條件較為復(fù)雜的部位存在一定程度上的超挖外，廠房機(jī)組基坑最終的成型效果是較為理想的，極大程度的減小了超挖工程量和后期回填工程量，對(duì)優(yōu)化施工流程、推進(jìn)開挖進(jìn)度、保證基坑成型、降低投入成本具有極大意義。