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        五岳抽水蓄能電站地下廠房巖壁吊車(chē)梁開(kāi)挖技術(shù)

        2021-03-16 04:03:18
        關(guān)鍵詞:孔距孔深巖壁

        李 闖

        (中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司,河南 鄭州 450000)

        1 工程概況

        五岳抽水蓄能電站位于河南省信陽(yáng)市光山縣殷棚鄉(xiāng)、羅山縣定遠(yuǎn)鄉(xiāng)境內(nèi),距信陽(yáng)市區(qū)直線距離約70km。電站總裝機(jī)容量1000MW,安裝4 臺(tái)單機(jī)容量250MW 水泵水輪發(fā)電機(jī)組,承擔(dān)河南電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用等任務(wù)。樞紐工程由上水庫(kù)、輸水發(fā)電系統(tǒng)、下水庫(kù)等建筑物組成。

        地下廠房巖壁吊車(chē)梁位于廠房第二層,長(zhǎng)度為144.83m,布置高程范圍38.080m~34.880m,軌頂高程38.080m,上拐點(diǎn)高程36.179m,下拐點(diǎn)高程34.880m,巖臺(tái)寬0.75m,斜面長(zhǎng)1.5m,斜面與豎直方向夾角30°。

        2 主要地質(zhì)情況

        地下廠房開(kāi)挖揭露巖性為灰白色中粒二長(zhǎng)花崗巖,多屬微風(fēng)化,巖體以塊狀、次塊狀為主。根據(jù)廠房地質(zhì)編錄成果,斷層發(fā)育2 條,產(chǎn)狀NE55°NW ∠75°~85°,寬度0.2m~0.8m,由碎裂巖、斷層泥等組成;裂隙發(fā)育6 組,走向以NWW、NE 向?yàn)橹?,多閉合,斷層及裂隙以陡傾角為主,緩傾角及中等傾角裂隙僅局部發(fā)育;揭露裂隙密集帶24 條,寬度0.5m~1.0m,對(duì)巖壁吊車(chē)梁巖臺(tái)開(kāi)挖成型及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定影響較大;地下水不發(fā)育,僅局部存在點(diǎn)滴狀滲水。廠房區(qū)地應(yīng)力為3.5MPa~8.4MPa,最大主應(yīng)力方向NW346°~NE27°。地下廠房軸線方向?yàn)镹W345°,主要結(jié)構(gòu)面與廠房軸線呈大角度相交,最大主應(yīng)力與廠房軸線呈小角度相交,對(duì)洞室邊墻圍巖穩(wěn)定有利[1]。

        3 分層分區(qū)開(kāi)挖

        為減少爆破振動(dòng)破壞,確保巖臺(tái)開(kāi)挖成型,巖壁吊車(chē)梁開(kāi)挖采用“三層六區(qū)”分區(qū)方案和“中部梯段爆破、兩側(cè)保護(hù)層開(kāi)挖跟進(jìn)”施工方法,巖壁吊車(chē)梁層整體開(kāi)挖分層高度9.5m(EL41.500~EL32.000),分層分區(qū)如圖1 所示。中部拉槽寬度16.5m,分2 層2 區(qū)(①區(qū)和③區(qū)),先行預(yù)裂爆破至本層底部,后分兩層進(jìn)行拉槽爆破開(kāi)挖;兩側(cè)保護(hù)層厚度4.75m,分3 層3 個(gè)區(qū)域(②區(qū)、④區(qū)和⑤區(qū))進(jìn)行開(kāi)挖;巖壁吊車(chē)梁巖臺(tái)為⑥區(qū),為開(kāi)挖關(guān)鍵部位,分層開(kāi)挖順序?yàn)棰佟凇邸堋荨蕖?)①區(qū)開(kāi)挖高度3.1m,寬度16.5m,采用手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔爆破,孔徑42mm、孔深3.1m,孔距1.0m,排距1.35m,主爆孔線裝藥密度770g/m。2)②區(qū)開(kāi)挖高度3.1m,寬度4.75m,采用手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔爆破,邊墻光爆孔鉆孔時(shí)相對(duì)第二層技術(shù)超挖10cm,滿足巖壁梁上直墻架鉆要求;孔徑42mm,孔深3.1m,孔距40cm,采用竹片綁扎炸藥,不耦合裝藥,線裝藥密度130g/m;主爆孔孔徑42mm,孔深3.1m,孔距1.0m/1.5m,排距1.5m,初擬線裝藥密度670g/m。3)③區(qū)開(kāi)挖高度6.0m,寬度16.5m,采用D7 鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔爆破,孔徑76mm,孔深6.0m,孔距1.0m,排距1.5m,線裝藥密度800g/m。4)④區(qū)開(kāi)挖高度2.5m,寬度4.1m,采用手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔爆破,開(kāi)挖時(shí)相對(duì)⑤區(qū)寬度方向超挖10cm,滿足巖壁梁下直墻架鉆要求,孔徑42mm,孔深2.5m,孔距1.0m,排距1.2m,初擬線裝藥密度500g/m;光爆孔采用手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔,孔徑42mm,孔深2.5m,孔距40cm,采用竹片綁扎炸藥,不耦合裝藥,線裝藥密度90g/m~120g/m。5)⑤區(qū)開(kāi)挖高度3.5m,寬度4.0m,采用手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔爆破,孔徑42mm,孔深3.5m,孔距1.0m/1.5m,排距1.2m,線裝藥密度500g/m。垂直光爆孔,采用搭設(shè)樣架手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔,孔徑42mm,孔深3.5m,孔距30cm,采用竹片綁扎炸藥,不耦合裝藥,線裝藥密度90g/m~120g/m[3]。6)⑥區(qū)為巖錨梁區(qū),高度3.52m,寬度0.65m,采用手風(fēng)鉆搭設(shè)樣架進(jìn)行鉆孔爆破,斜面光爆孔孔徑42mm,孔深1.51m,孔距30cm,采用竹片綁扎炸藥,不耦合裝藥,線裝藥密度60g/m~80g/m;巖臺(tái)垂直光爆孔孔徑42mm,孔深2.27m,孔距30cm,采用竹片綁扎炸藥,不耦合裝藥,線裝藥密度60g/m~80g/m。

        圖1 巖壁吊車(chē)梁分區(qū)開(kāi)挖圖(單位:m)

        4 巖臺(tái)開(kāi)挖技術(shù)

        巖壁吊車(chē)梁是地下廠房橋式起重機(jī)運(yùn)行軌道,是整個(gè)地下廠房施工的重難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。其在施工過(guò)程中是否能保證開(kāi)挖成型質(zhì)量、是否能保證爆破后巖體完整性以及相關(guān)的巖壁梁錨固體系,都對(duì)地下廠房橋機(jī)運(yùn)行安全性起直接作用。因此,項(xiàng)目開(kāi)工伊始就將巖壁吊車(chē)梁巖臺(tái)開(kāi)挖作為地下廠房施工的重中之重,項(xiàng)目部采取一系列措施來(lái)提高巖臺(tái)開(kāi)挖質(zhì)量。

        4.1 預(yù)固結(jié)灌漿

        在廠房巖壁吊車(chē)梁①區(qū)、②區(qū)開(kāi)挖完成后,邊墻區(qū)域存在多處陡傾角節(jié)理密集帶,爆破后多處不穩(wěn)定塊體掉落,導(dǎo)致光面爆破效果較差,為確保巖臺(tái)開(kāi)挖成型質(zhì)量,提高巖石完整性,在④區(qū)開(kāi)挖前對(duì)巖臺(tái)邊墻節(jié)理密集帶區(qū)域進(jìn)行固結(jié)灌漿,詳見(jiàn)表1。灌漿鉆孔孔徑φ45mm,孔間距1.0m,孔深L=4.0m(至巖錨梁下拐點(diǎn)以下10cm),孔位布置如圖2 所示。

        圖2 巖壁吊車(chē)梁固結(jié)灌漿布置圖(單位:m)

        表1 廠房巖壁吊車(chē)梁固結(jié)灌漿區(qū)域

        在具體施工過(guò)程中,要注意以下要點(diǎn):固結(jié)灌漿采用全孔一次從底孔灌至頂孔。采用φ45mm機(jī)械塞進(jìn)行卡塞灌注,塞位控制在20cm~30cm。在灌漿固結(jié)環(huán)節(jié),除須使用純水泥漿外,還要確保灌漿漿液濃度能以“由稀變濃、逐級(jí)變漿”的原則進(jìn)行施工;該工程采用了4 個(gè)比級(jí)的水泥漿液的水灰比,分別為2 ∶1、1 ∶1、0.8 ∶1、0.5 ∶1。

        漿液變換標(biāo)準(zhǔn)如下:①灌漿壓力保持不變而注入率持續(xù)減少,或注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí),不得改變水灰比。②當(dāng)某一級(jí)漿液注入量達(dá)到300L 以上,而灌漿壓力和注入率無(wú)改變或改變不明顯時(shí),可加濃一級(jí)。③當(dāng)注入率大于30L/min 時(shí),可視情況越級(jí)變漿。

        在灌漿孔順序方面,不僅要將其分為兩序,還要嚴(yán)格遵循“分序加密”這一原則;具體在實(shí)際施工中,在要先完成I 序孔施工后,方可對(duì)II 序孔進(jìn)行施工。工程中,Ⅰ序孔與Ⅱ序孔固結(jié)灌漿壓力分別為0.2MPa、0.3MPa。

        4.2 巖臺(tái)鉆孔作業(yè)

        巖壁吊車(chē)梁巖臺(tái)⑥區(qū)豎向孔在④區(qū)開(kāi)挖鉆孔同時(shí)進(jìn)行鉆孔,成孔后孔內(nèi)插入PVC 管保護(hù),不進(jìn)行裝藥,待⑥區(qū)斜孔鉆孔完成后一塊爆破。斜向光爆孔在⑤區(qū)開(kāi)挖完成后,搭設(shè)斜樣架進(jìn)行鉆孔,采用YT28 手風(fēng)鉆鉆孔,孔徑為φ42mm,孔間距均為30cm(預(yù)固結(jié)灌漿區(qū)域間距25cm)[2]。垂直孔和斜向孔采用搭設(shè)鋼管樣架進(jìn)行鉆孔角度、長(zhǎng)度控制,樣架搭設(shè)詳見(jiàn)圖3、圖4。

        圖3 ⑥區(qū)垂直孔樣架

        圖4 ⑥區(qū)斜孔樣架

        樣架搭設(shè)前由專業(yè)測(cè)量人員進(jìn)行樣架搭設(shè)放樣,放樣內(nèi)容包括樣架定位點(diǎn)、樣架高程控制點(diǎn)、爆破孔孔位布置點(diǎn)。搭設(shè)人員根據(jù)測(cè)量點(diǎn)位及鉆孔角度進(jìn)行樣架搭設(shè),在垂直孔樣架和斜孔樣架搭設(shè)完畢后,須由測(cè)量人員對(duì)樣架定位管進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)收,保證定位準(zhǔn)確。

        巖臺(tái)鉆孔導(dǎo)向管采用φ48mm,壁厚3mm 鋼管和φ30mm硬質(zhì)橡膠管雙套管結(jié)構(gòu),縮小鉆桿與導(dǎo)向管之間間隙,降低鉆孔過(guò)程中由于鉆桿的晃動(dòng)引起漂鉆偏孔,開(kāi)鉆前由測(cè)量隊(duì)采用全站儀對(duì)鉆孔樣架高程、角度進(jìn)行復(fù)核。

        另外,對(duì)質(zhì)檢人員來(lái)說(shuō),為確保所檢查結(jié)果的準(zhǔn)確性,要使用鋼卷尺、電子角度儀、水平尺等設(shè)備來(lái)鉆前校核即將投入使用的鉆孔排,且在所得檢查結(jié)果確認(rèn)沒(méi)有發(fā)生變形和移位前提下,方可讓施工人員進(jìn)行開(kāi)鉆施工。

        在鉆孔過(guò)程中,由技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)旁站,確保鉆孔質(zhì)量。同時(shí)為避免巖臺(tái)出現(xiàn)欠挖,影響后續(xù)巖錨梁鋼筋綁扎,垂直孔向外偏斜1°,孔底超鉆5cm,斜向孔開(kāi)孔位置向下3cm,孔底超鉆5cm 進(jìn)行控制。

        4.3 巖臺(tái)下拐點(diǎn)增加鎖口錨桿

        巖壁吊車(chē)梁⑤區(qū)開(kāi)挖完成后,對(duì)巖臺(tái)下拐點(diǎn)以下邊墻圍巖情況進(jìn)行排查,對(duì)節(jié)理密集帶部位采用對(duì)下拐點(diǎn)進(jìn)行鎖口錨桿施工,鎖口錨桿位于下拐點(diǎn)以下0.2m 處(高程EL34.680),采用砂漿錨桿,直徑22mm,長(zhǎng)3.0m,入巖2.85m,間距1.0m;同時(shí)下拐點(diǎn)以下50cm 掛φ8mm@200mm鋼筋網(wǎng),噴射15cm 厚C25 混凝土,形成鎖口錨噴支護(hù),進(jìn)而保證巖臺(tái)下拐點(diǎn)開(kāi)挖完整性。

        4.4 爆破參數(shù)控制

        為取得巖臺(tái)爆破最優(yōu)爆破參數(shù),在廠房④區(qū)下游側(cè)CZ0-41.500~CZ0-21.700,長(zhǎng)19.8m、寬0.75m、高3.52m,進(jìn)行巖臺(tái)1:1 爆破試驗(yàn),采用55g/m、65g/m、75g/m 和4 根導(dǎo)爆索,四種線裝藥密度對(duì)比分析,每種線裝藥密度裝約5m爆破范圍,驗(yàn)證鉆孔樣架搭設(shè)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性;確定光爆孔的孔位、孔距、孔斜、孔深;選定最優(yōu)巖臺(tái)光面爆破參數(shù)如下:1)巖臺(tái)采用垂直孔和斜向孔同時(shí)起爆方式。2)炮孔直徑為φ42mm,孔距25cm~30cm,豎孔孔深2.27m,斜孔孔深1.51m,線裝藥密度約為65g/m(垂直孔安裝6 節(jié)25g 藥卷、斜向孔安裝4 卷25g 藥卷)。3)節(jié)理密集帶部位直接采用4 根導(dǎo)爆索并聯(lián)結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝藥[4]。

        4.5 成型效果

        通過(guò)對(duì)巖壁吊車(chē)梁區(qū)域提前固結(jié)灌漿、下拐點(diǎn)預(yù)支護(hù)、搭設(shè)精準(zhǔn)鉆孔樣架、挑選技術(shù)精湛鉆工、優(yōu)化爆破參數(shù)和進(jìn)行嚴(yán)格地施工管控,巖臺(tái)除節(jié)理密集帶小范圍直壁超挖外,開(kāi)挖成型完整率達(dá)到95%以上。

        巖臺(tái)開(kāi)挖取得理想效果(見(jiàn)圖5):①巖臺(tái)整體平整、整齊,無(wú)欠挖,最大超挖13.6cm,最小超挖3cm。②巖臺(tái)殘孔垂直孔與斜孔相連,殘孔率達(dá)到98%以上。③下拐點(diǎn)及垂直邊墻均保留完整。④殘孔中無(wú)爆破破壞裂隙,對(duì)巖體擾動(dòng)較小。

        圖5 理想效果下的巖臺(tái)開(kāi)挖示意圖

        5 結(jié)語(yǔ)

        在五岳抽水蓄能電站巖壁吊車(chē)梁開(kāi)挖過(guò)程中,采用分薄層開(kāi)挖、對(duì)節(jié)理密集帶與斷層處進(jìn)行固結(jié)灌漿、爆破前對(duì)巖臺(tái)下拐點(diǎn)進(jìn)行鎖口錨桿加固、采用精細(xì)化鉆孔手段、合理的技術(shù)超挖方法以及最優(yōu)的裝藥結(jié)構(gòu),在爆破的過(guò)程中根據(jù)地質(zhì)情況及時(shí)進(jìn)行“一炮一設(shè)計(jì),一炮一驗(yàn)收,一炮一總結(jié)”。該工程巖壁吊車(chē)梁通過(guò)精細(xì)化開(kāi)挖施工,并在完成后確保了工程平整度好、殘孔率高、質(zhì)量?jī)?yōu)良的特征,值得進(jìn)一步推廣與應(yīng)用。

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