徐潔浩XU Jie-hao；王世洋WANG Shi-yang

（河南新華五岳抽水蓄能發(fā)電有限公司，信陽(yáng) 465450）

0 引言

抽水蓄能電站巖壁吊車梁作為橋式起重機(jī)運(yùn)行的軌道，位于地下廠房的上下游邊墻位置，是地下廠房施工的關(guān)鍵部位[1]，開挖后的成型質(zhì)量和巖體完整性是梁體結(jié)構(gòu)錨固體系的基礎(chǔ)，更是后期橋機(jī)安全運(yùn)行的保障[2]。其原理是巖壁吊車梁上的全部荷載通過長(zhǎng)錨桿和鋼筋混凝土梁與巖石接觸面上的摩擦力傳到巖體上，并由受壓錨桿和巖臺(tái)斜面承擔(dān)壓應(yīng)力，充分利用圍巖的承載能力[3]，是一項(xiàng)集光面爆破、錨固、混凝土、應(yīng)力、應(yīng)變、圍巖變形量測(cè)等多種工程技術(shù)于一體的綜合性施工技術(shù)，技術(shù)要求高，施工難度大[4]，必須精細(xì)化施工才能保證后期運(yùn)行安全。

1 項(xiàng)目背景

1.1 工程概況

河南某抽水蓄能電站裝機(jī)容量為1000MW，安裝4臺(tái)單機(jī)容量250MW 的水泵水輪發(fā)電電動(dòng)機(jī)組。樞紐工程主要由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房及地面開關(guān)站等組成。主副廠房總長(zhǎng)168.6m，高度56.4m，巖壁吊車梁以上跨度26m，以下跨度24.5m。地下廠房共分為Ⅶ層開挖，巖壁吊車梁位于第Ⅱ?qū)?，施工長(zhǎng)度為144.83m，高程布置范圍34.880～38.080m，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)斜面與豎直方向夾角30°。

1.2 工程地質(zhì)

地下廠房布置區(qū)山體雄厚，巖性主要為燕山晚期侵入的中粒二長(zhǎng)花崗巖，弱風(fēng)化及以下巖石較致密堅(jiān)硬，巖體完整性較好[5]，以塊狀、次塊狀為主。廠房區(qū)一帶發(fā)育的斷層有四條，分別是f1、f6、f7、f8，其中f7、f8 的走向23°～28°，斷層規(guī)模均不大，破碎帶寬度一般在0.05～0.2m，f1 走向35°，斷層帶寬度雖然不大，但兩側(cè)發(fā)育0～5m 寬的節(jié)理密集帶，帶內(nèi)均有蝕變現(xiàn)象，f6 在廠房中部一帶斜穿廠房，破碎帶寬度小于0.1m，帶內(nèi)充填石英脈、斷層泥，見蝕變蒙脫石，石英脈擠壓破碎。所有的斷層破碎帶及影響帶范圍地下水發(fā)育程度均不高，主要為潮濕或少量滲水，基本未見滴水和線狀流水現(xiàn)象。巖壁吊車梁開挖區(qū)域圍巖類別以Ⅱ～Ⅲ類為主，廠房區(qū)共揭露有節(jié)理密集帶8 條，以走向NNE、NWW 的二組為主，均為陡傾，對(duì)巖壁吊車梁巖臺(tái)開挖成型及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定影響較大。

2 巖壁吊車梁區(qū)域開挖方法

地下廠房第Ⅱ?qū)硬扇≈虚g梯段爆破，兩側(cè)預(yù)留保護(hù)層，巖臺(tái)區(qū)一次性光面爆破切割成型[6]。為減少爆破振動(dòng)對(duì)巖臺(tái)開挖質(zhì)量的影響，需合理采用分層分區(qū)的開挖方法進(jìn)行施工，以保證該區(qū)域的開挖質(zhì)量[7]。本工程巖壁吊車梁采取三層六區(qū)的開挖方案，分層分區(qū)規(guī)劃如圖1 所示，按照①→②→③→④→⑤→⑥的開挖順序施工。其中中部16.5m 采取預(yù)裂拉槽的施工方法爆破開挖，兩側(cè)預(yù)留4.75m 寬的保護(hù)層分區(qū)垂直光爆剝離，靠近邊墻結(jié)構(gòu)面處垂直光爆開挖，最后精細(xì)雙向巖臺(tái)開挖。

圖1 地下廠房第Ⅱ?qū)臃謱臃謪^(qū)開挖示意圖

巖壁吊車梁周邊孔孔位布置按照以下控制原則進(jìn)行：一、②④⑤⑥區(qū)開挖周邊光爆孔宜較①③區(qū)適當(dāng)加密布置，具體參數(shù)為：①③區(qū)開挖周邊光爆孔布置一般間距為50cm，②④⑤⑥區(qū)開挖周邊光爆孔間距按30cm 布置；二、④區(qū)開挖周邊孔布置時(shí)應(yīng)考慮為⑤區(qū)開挖預(yù)留操作空間，⑤區(qū)垂直光爆孔布置按孔底向巖壁內(nèi)側(cè)超挖8～10cm 控制，以便下層鉆孔；三、⑥區(qū)垂直光爆孔上拐點(diǎn)按向巖壁內(nèi)側(cè)超挖5cm 布置，并向下超挖5cm 控制。⑥區(qū)斜面光爆孔按低于設(shè)計(jì)邊線3cm 布置，以確保爆破成型面為設(shè)計(jì)巖臺(tái)斜面，不出現(xiàn)欠挖。⑥區(qū)具體開挖控制如圖2 所示。

圖2 巖壁吊車梁⑥區(qū)開挖控制圖

3 巖壁吊車梁爆破設(shè)計(jì)

根據(jù)地下廠房第Ⅱ?qū)娱_挖現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)條件，巖壁吊車梁局部部位圍巖穩(wěn)定性問題突出，地質(zhì)條件復(fù)雜，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面普遍存在節(jié)理密集帶，為控制巖壁吊車梁巖臺(tái)的開挖爆破質(zhì)量，在開挖之前進(jìn)行巖壁吊車梁開挖爆破模擬試驗(yàn)，以確定其合理爆破參數(shù)，有效控制超欠挖和爆破對(duì)巖臺(tái)的破壞，指導(dǎo)巖壁吊車梁整體開挖施工。

3.1 爆破試驗(yàn)參數(shù)的選擇

試驗(yàn)區(qū)選擇在廠房下游側(cè)④區(qū)樁號(hào)CZ0 -41.500～CZ0 -21.700，長(zhǎng) 19.8m、寬0.75m、高3.52m，通過開展爆破試驗(yàn)，對(duì)不同爆破參數(shù)的爆破效果（裝藥量、光爆面平整度、半孔率）等進(jìn)行調(diào)查、統(tǒng)計(jì)、對(duì)比，確定巖壁吊車梁巖臺(tái)光面爆破最佳爆破參數(shù)。考慮到試驗(yàn)區(qū)域受限及特殊性，本次爆破試驗(yàn)孔徑、孔距、孔深參數(shù)均控制不變，僅對(duì)影響開挖質(zhì)量的關(guān)鍵參數(shù)裝藥量進(jìn)行試驗(yàn)確定，其中孔徑取42mm，孔距取30cm，豎向孔深2.27m，斜向孔深1.51m。光面爆破線裝藥密度按經(jīng)驗(yàn)分別采用炸藥裝藥和純導(dǎo)爆索裝藥兩種形式，共設(shè)計(jì)四種裝藥方案，裝藥結(jié)構(gòu)形式見圖3，每種方案裝3m 爆破范圍。①把設(shè)計(jì)藥量均勻綁在導(dǎo)爆索上并用竹片固定，炸藥選用φ32 藥卷，裝藥線密度分別為55g/m、65g/m、75g/m；②選擇把3 根導(dǎo)爆索捆成一股進(jìn)行爆破。

圖3 巖壁吊車梁巖臺(tái)試驗(yàn)區(qū)爆破設(shè)計(jì)圖

3.2 爆破試驗(yàn)步驟

巖壁吊車梁開挖試驗(yàn)主要施工流程包括測(cè)量放樣、樣架搭設(shè)、鉆孔、裝藥、堵塞、聯(lián)網(wǎng)起爆、清渣等。

①測(cè)量放樣。測(cè)量放樣儀器采用全站儀，由專業(yè)測(cè)量人員實(shí)施，放樣內(nèi)容包括樣架定位點(diǎn)、爆破孔位布置點(diǎn)。試驗(yàn)段放樣先放出本區(qū)域兩端開孔點(diǎn)，再進(jìn)行中間孔位放樣，根據(jù)周邊孔位及鉆孔角度進(jìn)行樣架搭設(shè)，搭設(shè)完畢后，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。

②搭設(shè)樣架。為實(shí)現(xiàn)巖壁吊車梁開挖鉆孔精準(zhǔn)控制，巖臺(tái)開挖爆破孔采取搭設(shè)鉆孔樣架，樣架分為垂直孔樣架和斜孔樣架[8]，搭設(shè)及定位導(dǎo)向管均采用φ48mm 鋼管，每隔3.6m 在節(jié)點(diǎn)處設(shè)置長(zhǎng)1m 的插筋對(duì)樣架進(jìn)行加固，防止鉆孔過程中晃動(dòng)。樣架采用雙排腳手架型式，構(gòu)造如圖4 所示，各桿件之間采用鋼管扣件連接，每隔5m 設(shè)置斜撐，頂端斜桿搭設(shè)與豎向?qū)蚬芟鄬?duì)應(yīng)。檢查樣架上的導(dǎo)向管間距、位置、斜率、高程無(wú)誤后，在導(dǎo)向孔口設(shè)置φ30mm 內(nèi)套管對(duì)中進(jìn)行鉆孔作業(yè)。

圖4 樣架三維構(gòu)造圖

③鉆孔。鉆孔采用手風(fēng)鉆，鉆桿穿過導(dǎo)向管鉆孔，豎向孔自上而下豎直鉆孔，斜向孔自下而上斜向鉆孔。豎向孔控制深度2.27m，斜向孔控制深度1.51m。在鉆桿上牢固綁扎扎絲控制豎向和斜向鉆孔深度，鉆孔時(shí)，隨著鉆桿深入，當(dāng)扎絲到達(dá)豎向?qū)蚬苌隙祟^或斜向?qū)蚬芟露祟^位置時(shí)停止鉆孔。豎直和斜向光面爆破孔在鉆孔時(shí)，鉆桿要穿過豎直導(dǎo)向管和斜向?qū)蚬?，通過導(dǎo)向管控制鉆孔角度，鉆孔偏斜度控制在10mm/m 以內(nèi)，且不允許欠挖。鉆孔深度應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)孔口高程、應(yīng)開挖孔底高程和設(shè)計(jì)孔斜確定。

④裝藥。裝藥前，在孔底回填5cm 柔性墊層，以防止對(duì)巖臺(tái)上拐點(diǎn)造成破壞，同時(shí)應(yīng)保證底部炸藥裝到位。

⑤堵塞?？刹扇°@屑或黃泥堵塞，堵塞時(shí)應(yīng)適當(dāng)搗實(shí)，防止產(chǎn)生過量飛石。堵塞長(zhǎng)度見圖3。

⑥聯(lián)網(wǎng)起爆。地下廠房巖臺(tái)區(qū)厚度75cm，無(wú)需主爆孔，僅使用光面爆破。光面爆破使用導(dǎo)爆索連接，電雷管起爆，試驗(yàn)段一次起爆。由爆破專業(yè)技術(shù)人員按設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操作，起爆時(shí)所有在地下廠房工作面作業(yè)人員全部撤離至進(jìn)場(chǎng)交通洞內(nèi)，撤離距離不小于200m。

4 試驗(yàn)效果分析

本次爆破試驗(yàn)共布置132 個(gè)孔，豎向孔和斜向孔各66 個(gè)，豎向孔與斜向孔孔底在巖臺(tái)上拐點(diǎn)處相交，為確定巖壁吊車梁開挖的最佳爆破參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)束后需及時(shí)對(duì)試驗(yàn)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，本次試驗(yàn)主要以半孔率、平整度、巖臺(tái)完整性和超欠挖四大指標(biāo)開展效果評(píng)價(jià)。半孔率以現(xiàn)場(chǎng)總孔深和殘孔總長(zhǎng)度實(shí)際統(tǒng)計(jì)確定，平整度以2m 靠尺檢測(cè)結(jié)果為準(zhǔn)，巖臺(tái)完整性以現(xiàn)場(chǎng)觀察光爆面孔內(nèi)和孔間有無(wú)裂隙、巖埂進(jìn)行評(píng)價(jià)，超欠挖情況使用全站儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量確定。四種裝藥方案爆破效果統(tǒng)計(jì)見表1。

表1 四種線裝藥密度爆破效果統(tǒng)計(jì)

整體效果來(lái)看，選擇3 根導(dǎo)爆索的裝藥方案爆破效果最佳，線裝藥密度65g/m 方案次之，兩種方案爆破效果均能保證巖壁吊車梁開挖質(zhì)量。從火工材料經(jīng)濟(jì)性的角度綜合考慮，選擇采用線裝藥密度65g/m 作為巖壁吊車梁巖臺(tái)開挖的最佳爆破參數(shù)。

5 結(jié)論

①本次試驗(yàn)地點(diǎn)的選取和巖壁吊車梁地質(zhì)情況基本一致，在孔距、孔徑、孔深等參數(shù)控制不變的條件下，線裝藥密度65g/m 的裝藥結(jié)構(gòu)取得較好的爆破效果，巖臺(tái)開挖完成后的半孔率、平整度、巖臺(tái)完整性、超欠挖指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，對(duì)巖壁吊車梁整體開挖具有較高的參考和指導(dǎo)意義。

②節(jié)理密集帶部位對(duì)巖臺(tái)開挖成型及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定存在一定的影響，在實(shí)際開挖過程中應(yīng)根據(jù)圍巖情況適當(dāng)調(diào)整開挖方式及參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可選擇在④區(qū)開挖前對(duì)巖臺(tái)邊墻節(jié)理密集帶區(qū)域進(jìn)行固結(jié)灌漿，在⑤區(qū)開挖完成后，應(yīng)對(duì)巖臺(tái)下拐點(diǎn)以下邊墻圍巖情況進(jìn)行仔細(xì)排查，對(duì)節(jié)理密集帶部位采用對(duì)下拐點(diǎn)施工鎖口錨桿的方法確保巖臺(tái)開挖質(zhì)量。