梁 劍

(中國水利水電第九工程局有限公司，貴陽，550008)

1 工程概述

1.1 工程概況

山西省小浪底引黃工程位于山西省運(yùn)城市，是自黃河干流上的小浪底水利樞紐工程向山西省涑水河流域調(diào)水的大型引調(diào)水工程。工程年引水量為2.47億m3，設(shè)計(jì)流量20m3/s。工程引水干線起始于垣曲縣境內(nèi)板澗河河口右岸的小浪底水庫庫區(qū)，終止于聞喜縣境內(nèi)的呂莊水庫，線路總長度59.6km。

地下泵站廠區(qū)主要建筑物由地下泵站(包括主泵房、安裝間和副廠房)、通風(fēng)機(jī)室、出水閥室、電纜豎井及連接洞、交通洞、通風(fēng)洞、灌漿排水廊道、地面廠區(qū)等建筑物組成。

地下泵站廠房安裝6臺(tái)(4臺(tái)工作2臺(tái)備用)立式、單吸、三級離心泵，單機(jī)引用流量5m3/s，水泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程236.10m。廠房由主機(jī)間、副廠房及安裝間組成，機(jī)組間距11m/11.05m，吊車梁以上開挖寬度22.1m，以下開挖寬度20.9m，從上至下依次為電動(dòng)機(jī)層、電纜層、水泵層和進(jìn)水閥層，其中水泵安裝高程為211.4m，電動(dòng)機(jī)層高程為223.5m，頂拱開挖高程244.0m，最大開挖高度40.5m。主泵房長77.05m，安裝間長16m，副廠房位于主泵房左側(cè)，長16.95m，泵房總長110m。

1.2 工程地質(zhì)條件

地下泵站最大埋深240m，泵站圍巖以層狀巖層為主，均一性較差，根據(jù)地下廠房開挖揭露的地質(zhì)情況，地下泵站廠房巖壁吊車梁地層為奧陶系下統(tǒng)(O1)，巖層產(chǎn)狀NE16°～39°、SE∠22°～30°淺黃色薄～中厚層夾厚層白云巖，巖層傾向下游偏河谷。巖體中主要發(fā)育四組節(jié)理裂隙：①NE4°～30°、NW∠61°～85°；②NE69°～88°、NW或NE∠67°～85°；③NW300°～330°、SW∠62°～87°；④NE40°～60°、NW∠55°～85°。延伸長度一般0.3m～1.3m，裂隙面平直粗糙，泥鈣質(zhì)充填或無充填，裂隙寬度一般2mm～6mm，最大可見寬度13mm。

1.3 工程結(jié)構(gòu)形式

巖壁吊車梁為廠房第二層開挖，高程235.0m～228.0m，層高7.0m，巖壁吊車梁拐點(diǎn)以上寬22.1m、巖壁吊車梁拐點(diǎn)以下寬20.9m，拐點(diǎn)以上高2.90m、拐點(diǎn)以下高3.23m；巖壁吊車梁斜面高程232.10m～231.23m，寬60cm。

2 施工技術(shù)方案

2.1 施工道路布置

地下泵房巖壁吊車梁層施工道路布置主要利用已開挖完成的1#通風(fēng)洞、上層灌漿廊道、1#交通洞作為出渣通道。后期巖壁吊車梁混凝土澆筑主要利用1#交通洞作為施工通道。施工道路布置詳見圖1。

圖1 施工道路布置

2.2 開挖分區(qū)

巖壁吊車梁為廠房第二層開挖，開挖高程235.0m～228.0m，層高7.0m，巖壁吊車梁底以下開挖高3.23m；巖壁吊車梁層以下為第三層開挖，開挖高程228.0m～223.0m，層高5.0m。巖壁吊車梁層分3區(qū)進(jìn)行開挖，分別為：中間拉槽區(qū)、兩側(cè)預(yù)留保護(hù)層區(qū)、巖壁吊車梁開挖區(qū)。中間拉槽一次開挖完成；保護(hù)層分三層自上而下開挖完成；巖壁吊車梁一次開挖形成。

中間拉槽區(qū)寬13.9m；巖壁吊車梁保護(hù)層寬3.5m；巖壁吊車梁頂寬0.6m。

巖壁吊車梁層開挖分區(qū)平面布置見圖2。

圖2 巖壁吊車梁層開挖分區(qū)平面布置

2.3 開挖順序

首先進(jìn)行巖壁吊車梁層中間拉槽，中間拉槽至安裝間底板，具備從安裝間底板經(jīng)1#交通洞出渣后，開始進(jìn)行上游面巖壁吊車梁保護(hù)層開挖；上游巖壁吊車梁保護(hù)層開挖進(jìn)尺30m后，開始進(jìn)行下游面巖壁吊車梁保護(hù)層開挖；下游面巖壁吊車梁保護(hù)層開挖進(jìn)尺30m后，開始進(jìn)行上游面巖壁吊車梁開挖；上游面巖壁吊車梁進(jìn)尺30m后，開始進(jìn)行下游面巖壁吊車梁開挖。具體開挖順序如下：

預(yù)留保護(hù)層預(yù)裂→中間拉槽→上游保護(hù)層開挖→下游保護(hù)層開挖→上游巖壁吊車梁開挖→下游巖壁吊車梁開挖。

2.4 中間拉槽開挖

在進(jìn)行中間拉槽開挖前，先進(jìn)行巖壁吊車梁保護(hù)層預(yù)裂爆破，具體方案如下。

2.4.1 開挖分區(qū)

首先采用潛孔鉆造預(yù)裂孔，從副廠房廠左0+30.40樁號向安裝間廠右0+79.60樁號分區(qū)域進(jìn)行施工，30m長為一開挖區(qū)；預(yù)裂爆破后立即進(jìn)行中間拉槽開挖，預(yù)裂爆破超前中間拉槽爆破30m。

2.4.2 周邊預(yù)裂爆破

預(yù)裂爆破采用潛孔鉆造孔，在造孔前，先用紅油漆標(biāo)識(shí)出開挖分區(qū)邊線，在預(yù)裂區(qū)通一條直線，潛孔鉆參照直線位置及高程進(jìn)行造孔；造孔過程中隨時(shí)對孔向進(jìn)行檢查，確?？紫虼怪钡装濉?/p>

根據(jù)巖層條件，結(jié)合廠房235.00m以上開挖爆破施工經(jīng)驗(yàn)，具體參數(shù)如下：

(1)造孔：孔徑70mm、孔距0.8m、孔深7.0m。

(2)裝藥量：采用φ32mm的乳化炸藥裝藥，線裝藥密度300g/m～400g/m。孔底部1.0m范圍內(nèi)的線裝藥密度為設(shè)計(jì)線裝藥密度的兩倍；炮孔頂部1.0m范圍內(nèi)的線裝藥密度為設(shè)計(jì)線裝藥密度的一半。

(3)裝藥：根據(jù)設(shè)計(jì)裝藥量，將2～4節(jié)φ32mm的乳化炸藥綁在一起，并與導(dǎo)爆索同時(shí)捆綁在竹片上放入孔中，然后用導(dǎo)爆索將所有起爆孔連接起來。

(4)堵塞：孔口采用鉆屑堵塞，堵塞長度1.0m～1.5m。

2.4.3 中間拉槽開挖

采用潛孔鉆造孔，根據(jù)巖層條件，結(jié)合廠房235.00m高程以上開挖爆破施工經(jīng)驗(yàn)，具體參數(shù)如下：

(1)造孔：孔徑90mm、孔距2.0m×2.0m、孔深7.0m，孔位成梅花型布置，主爆孔距預(yù)裂邊線1.0m。

(2)裝藥量：采用φ70mm的乳化炸藥裝藥，單耗0.45kg/m3～0.55kg/m3。

(3)裝藥：將藥卷劃破，把炸藥裝入孔內(nèi)，并將竹竿放入孔內(nèi)進(jìn)行擠壓，確保炸藥填滿孔內(nèi)。

(4)堵塞：采用鉆屑堵塞，長度2.0m～2.5m。

2.4.4 出渣

爆破石渣采用3m3側(cè)卸式裝載機(jī)配合1.0m3挖掘機(jī)裝渣，20t自卸車運(yùn)渣至棄渣場。

2.5 巖壁吊車梁保護(hù)層開挖

巖壁吊車梁為廠房第二層開挖，分3區(qū)進(jìn)行開挖，中間拉槽至安裝間后，開始進(jìn)行保護(hù)層開挖。保護(hù)層開挖采用手風(fēng)鉆造孔，按照常規(guī)保護(hù)層分3層一次爆破成型，但由于小浪底引黃工程地下泵站巖壁梁圍巖條件差，裂隙發(fā)育延伸長、夾泥，按照傳統(tǒng)的保護(hù)層一次爆破開挖容易造成在保護(hù)層開挖過程中就將巖臺(tái)下拐點(diǎn)部位破壞。

為減少爆破擾動(dòng)影響范圍，對開挖的巖壁梁3.5m保護(hù)層采取兩次光面爆破開挖，第一次光面爆破開挖1.75m，第二次光面爆破開挖1.75m，每輪開挖長度15m，光面孔與主爆孔之間排距為90cm，主爆孔間距100cm，周邊孔間距40cm，線裝藥密度為80g/m～100g/m，開挖順序按照圖3中序號①-⑥進(jìn)行。

具體分層詳見圖3。保護(hù)層開挖時(shí)，布置1排主爆孔和1排光面孔，爆破參數(shù)詳見表1。

圖3 巖壁梁保護(hù)層二次分層開挖分層

表1 巖壁梁保護(hù)層二次分層開挖爆破參數(shù)

2.6 巖壁吊車梁開挖

巖壁吊車梁豎直光爆孔與保護(hù)層第②區(qū)造孔同時(shí)進(jìn)行，保護(hù)層開挖進(jìn)尺30m后，開始進(jìn)行巖壁吊車梁斜面造孔，造孔在樣架上進(jìn)行。造孔完成后，垂直面與斜面同時(shí)裝藥及起爆，一次爆破長度按15m進(jìn)行分區(qū)爆破。

2.6.1 樣架搭設(shè)

巖壁吊車梁豎直光爆孔、斜面光面孔，采用手風(fēng)鉆在搭設(shè)的鋼管樣架上進(jìn)行造孔，以控制鉆孔精度，搭設(shè)步驟及具體要求如下：

(1)樣架分為巖壁吊車梁豎直孔樣架與斜面孔樣架，豎直孔樣架搭設(shè)在巖壁吊車梁233.00m層，斜面孔樣架搭設(shè)在228.00m層。

(2)樣架由支撐管、導(dǎo)向管組成，樣架搭設(shè)順序?yàn)橄戎武摴?、后?dǎo)向管，鋼管與鋼管之間采用扣件進(jìn)行連接，與導(dǎo)向管相鄰部位縱向水平鋼管的連接須采用對接扣件。在邊墻已開挖巖面先設(shè)置φ25、L=1.0m的錨桿，樣架搭設(shè)前應(yīng)再次檢查超欠挖情況，嚴(yán)格按照測量放線進(jìn)行搭設(shè)。先搭設(shè)橫向固定鋼管，鋼管與設(shè)置在邊墻上的錨桿固定；再搭設(shè)豎向定位鋼管和縱向連接鋼管，豎向定位鋼管底部緊貼基巖面，以保證樣架穩(wěn)定；最后搭設(shè)斜撐鋼管，搭設(shè)完后將樣架加固在邊墻錨桿上。樣架搭設(shè)固定好后安裝導(dǎo)向管，采用扣件將導(dǎo)向管固定在樣架上、扭緊螺帽加固。

(3)所有樣架搭設(shè)必須牢固可靠，鋼管端部與開挖面距離20cm，橫向鋼管與設(shè)置在邊墻上的錨桿連接，以形成整體穩(wěn)定。

(4)導(dǎo)向管采用φ48鋼管(內(nèi)徑42mm)，導(dǎo)向管采用扣件固定在樣架上，按照測量放線調(diào)整好孔向、孔位后，扭緊螺帽加固。為了確保造孔精度，導(dǎo)向鋼管周轉(zhuǎn)使用視現(xiàn)場實(shí)際情況確定，不得超過3次，導(dǎo)向管一但出現(xiàn)變形、彎曲時(shí)，嚴(yán)禁使用。

2.6.2 下拐點(diǎn)鎖腳錨桿施工

為保證巖壁吊車梁成型質(zhì)量，在進(jìn)行巖壁吊車梁爆破前，在拐點(diǎn)以下按照設(shè)計(jì)圖紙先施工一排錨桿進(jìn)行加固，然后再進(jìn)行巖壁吊車梁開挖作業(yè)。巖壁吊車梁巖壁處巖體較差時(shí)，巖壁爆破前采取在下拐點(diǎn)布設(shè)短錨桿、扁鐵縱向焊接進(jìn)行下拐點(diǎn)保護(hù)。錨桿布置在下拐點(diǎn)以下20cm處，布置兩排φ25錨桿，L=1.5m，間距1m；設(shè)置2道鍍鋅扁鋼(型號-80×6)與錨桿焊接，并在表面噴射C25混凝土保護(hù)。具體詳見圖4。

圖4 巖壁梁下拐點(diǎn)保護(hù)圖

2.6.3 測量放樣

采用精度較高的萊卡全站儀施測，檢查已開挖底板和邊墻的超欠挖情況，對樣架設(shè)計(jì)高程和位置進(jìn)行放樣，確保樣架搭設(shè)滿足導(dǎo)向管安裝及作業(yè)人員造孔施工。巖壁吊車梁豎直孔與斜面孔測量放樣要求放出孔口高程、樁號，同時(shí)還需放出孔向角度(包括超鉆的5cm在內(nèi))，經(jīng)測量放樣后，采用紅漆在墻上標(biāo)記出孔位編號，對鉆工進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底，包括孔向角度、鉆孔孔深等。豎直孔與斜面孔孔位必須在同一樁號，將孔底重合在一點(diǎn)。

2.6.4 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

(1)造孔

為了避免引起欠挖，以巖壁吊車梁轉(zhuǎn)角點(diǎn)為起點(diǎn)，將豎直孔及斜面孔孔底水平向外移動(dòng)5cm，造孔孔深增加5cm，孔底采用石粉封堵，以保證巖壁梁巖臺(tái)開挖上拐點(diǎn)成型，由此引起的超挖采用與巖壁吊車梁同標(biāo)號的混凝土澆筑。

采用手風(fēng)鉆造孔，豎直光面孔與斜面光面孔孔距為35cm，孔徑均為42mm，鉆孔精度通過樣架上的導(dǎo)向管進(jìn)行控制。

用油漆標(biāo)注出鉆孔位置，開孔前檢查孔位是否在開口線位置，確?？孜粺o誤后再繼續(xù)施鉆，并在鉆進(jìn)過程中注意檢查。鉆孔根據(jù)孔深，采用不同長度的鉆桿進(jìn)行更換。對于孔深控制，施鉆過程中除了現(xiàn)場技術(shù)人員采用卷尺進(jìn)行實(shí)測外，同時(shí)還采取在樣架上設(shè)置限位桿或在鉆桿上做標(biāo)記控制。

巖壁吊車梁保護(hù)層第二層鉆孔時(shí)，巖壁吊車梁豎直光面孔一并實(shí)施，造孔完成后，立即插入φ35PPR管并用棉紗進(jìn)行孔口堵塞保護(hù)，避免保護(hù)層開挖爆破震動(dòng)將孔內(nèi)堵塞，PPR管端部超出孔口高20cm。巖壁吊車梁垂直孔造孔完成后，拆除樣架，進(jìn)行保護(hù)層造孔。保護(hù)層開挖完成后，在228.00m高程搭設(shè)樣架，再進(jìn)行斜面光面孔造孔。

(2)裝藥量

采用φ32乳化炸藥，線裝藥密度為80g/m～100g/m，孔底部0.5m范圍內(nèi)的線裝藥密度為設(shè)計(jì)線裝藥密度的兩倍。

(3)裝藥

斜面孔造孔結(jié)束后，將同一區(qū)域垂直孔內(nèi)安裝的PPR管拔出，垂直孔與斜面孔同時(shí)裝藥。根據(jù)設(shè)計(jì)裝藥量，將φ32乳化炸藥切割成2cm～5cm長一節(jié)，全部綁在2.0cm寬竹片上，裝藥時(shí)竹片應(yīng)貼保留巖壁的方向，斜面孔和豎直孔采取同時(shí)起爆。

2.6.5 出渣

爆破結(jié)束后，采取人工清除巖面石渣，嚴(yán)禁采用挖掘機(jī)清除，避免爆破巖面受損。清除石渣采用挖掘機(jī)裝車，20t自卸汽車運(yùn)渣至棄渣場。

巖壁吊車梁開挖施工工序見圖5，巖壁吊車梁巖臺(tái)開挖爆破參數(shù)詳見表2。

圖5 巖壁吊車梁開挖施工工序

表2 巖壁吊車梁巖臺(tái)開挖爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

2.7 第三層邊墻預(yù)裂

為了避免第三層開挖爆破震動(dòng)對巖壁吊車梁混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞，巖壁吊車梁開挖完成后，先進(jìn)行第三層邊墻預(yù)裂爆破，然后再進(jìn)行系統(tǒng)錨桿及結(jié)構(gòu)混凝土澆筑，第三層高5.0m，具體方案如下：

2.7.1 測量放樣

用紅油漆標(biāo)識(shí)出開挖分區(qū)邊線，在作業(yè)區(qū)通一條直線，潛孔鉆在直線上進(jìn)行造孔，造孔過程中隨時(shí)對孔向進(jìn)行檢查，確?？紫虼怪钡装?。

2.7.2 爆破參數(shù)

采用潛孔鉆造孔，根據(jù)巖層條件，結(jié)合廠房235.00m以上開挖爆破施工經(jīng)驗(yàn)，造孔參數(shù)如下：

(1)造孔：孔徑70mm、孔距0.6m～0.8m、孔深5.0m。

(2)裝藥量：采用φ32mm的乳化炸藥，線裝藥密度250g/m～350g/m?？椎撞?.0m范圍內(nèi)的線裝藥密度為設(shè)計(jì)線裝藥密度的兩倍；炮孔頂部1.0m范圍內(nèi)的線裝藥密度為設(shè)計(jì)線裝藥密度的一半。

(3)裝藥：根據(jù)設(shè)計(jì)裝藥量，將2節(jié)φ32mm的乳化炸藥邦在一起，并與導(dǎo)爆索同時(shí)捆綁在竹片上放入孔中，然后用導(dǎo)爆索將所有起爆孔連接起來。

(4)堵塞：孔口采用鉆屑堵塞，堵塞長度1.0m～1.5m。

3 主要結(jié)論

(1)爆破參數(shù)設(shè)計(jì)線裝藥密度控制在80g/m～100g/m較為合適，鑒于地質(zhì)條件對爆破質(zhì)量影響較大，在巖臺(tái)開挖過程中需根據(jù)已開挖部位巖臺(tái)成型情況及保護(hù)層開挖的地質(zhì)條件，及時(shí)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化爆破參數(shù)，以達(dá)到較高的開挖質(zhì)量。

(2)地下泵站巖壁梁圍巖條件差，裂隙發(fā)育延伸長、夾泥，按照傳統(tǒng)的保護(hù)層一次開挖容易造成巖壁梁巖臺(tái)開挖成型差，下拐點(diǎn)易破壞。為減小爆破擾動(dòng)影響范圍，對開挖的巖壁吊車梁3.5m保護(hù)層采取兩次光面爆破開挖，能夠減小爆破對巖壁梁的損壞。

(3)在巖壁吊車梁開挖鉆孔時(shí)，將垂直孔造孔孔深增加5cm，孔底采用石粉封堵，能夠有效保證巖壁梁巖臺(tái)開挖上拐點(diǎn)成型，避免了上拐點(diǎn)二次處理增加的投入。

(4)在進(jìn)行巖壁吊車梁開挖爆破前，采取在下拐點(diǎn)布設(shè)短錨桿、縱向焊接扁鐵進(jìn)行下拐點(diǎn)保護(hù)，并在表面噴射混凝土保護(hù)，能夠有效提高巖壁梁成型率。

4 結(jié)語

根據(jù)現(xiàn)場揭露圍巖地質(zhì)情況，通過爆破參數(shù)、起爆順序的優(yōu)化，保護(hù)層分層、分塊開挖，下拐點(diǎn)保護(hù)措施等對多裂隙層狀結(jié)構(gòu)地質(zhì)條件下地下廠房巖壁梁開挖進(jìn)行綜合研究，總結(jié)出一套該地質(zhì)條件下地下廠房巖壁梁開挖的施工程序、方法和工藝。施工過程中，水電九局深入技術(shù)研究、優(yōu)化技術(shù)方案，解決了施工難題，順利完成了巖壁梁開挖，在施工過程中進(jìn)度、質(zhì)量、安全可控，同時(shí)也給類似工程提供技術(shù)參考。