黃登水電站巖壁梁巖臺雙向控爆開挖施工

楊育禮，張永崗，蔡彬

（中國水利水電第十四工程局有限公司）

關鍵詞：吊車梁　開挖施工　雙向控爆　黃登水電站　地下廠房

1 概述

地下廠房開挖施工中，巖壁梁巖臺開挖是施工的重點及難點，開挖成型極為困難，精度要求又極高。通過科學的試驗，選擇適合的爆破參數、鉆孔參數、孔間排距等。根據不同地質條件，在巖臺開挖前采取一些針對性的加固措施，保證了巖臺的完整性；在巖臺的造孔精度控制上，采用了樣架導向技術，保證了造孔質量；巖臺開挖采取雙向光面爆破法，保證了巖壁吊車梁開挖質量。

黃登水電站地下主廠房地層主要為變質火山角礫巖、變質火山細礫巖夾變質凝灰巖，其次是侏羅系中統花開左組板巖。洞室巖體呈次塊狀—塊狀，以Ⅱ、Ⅲ類圍巖為主，巖體完整性好，局部受F₂₃₀-14斷層影響，圍巖揭露呈水平向70°切割斷層；地下洞室位于地下水位以下，洞室圍巖均為微透水—極微透水巖體。主廠房開挖高度為80.5m，長度為247.3m，上拐點以上寬度為32m，下拐點以下寬度為29m。根據主廠房分層高度，巖臺布置在主廠房Ⅲ層上下游邊墻，上拐點高程為1496.27m，下拐點高程為1494.13m；巖臺高為2.14m，寬為1.5m，斜面長2.62m，傾角為55°。

巖壁吊車梁開挖結合主廠房Ⅲ層結構特點，首先進行中部梯段拉槽開挖（寬度為20m），并預留4.5m保護層。中部拉槽開挖采用潛孔鉆垂直鉆孔，中部拉槽超前兩側巖臺保護層開挖約30m。巖臺部分采用手風鉆雙向光爆，施工過程中按Ⅲ①→Ⅲ②→Ⅲ③…Ⅲ⑤的順序進行開挖。在中槽開挖前下直墻所在面采用YQ-100E改進型輕型潛孔鉆鉆孔，一次預裂到Ⅲ層底板1489.70m高程；巖壁梁上拐點以上直墻設計輪廓線光爆孔采用手風鉆造孔，并預埋PVC管進行保護。下直墻以內的保護層采用手風鉆分臺階垂直開挖，淺孔小藥量爆破，開挖高度3.8m。最后進行巖壁梁小三角體巖臺開挖，采用三角體斜墻面及上直墻面手風鉆打斜孔和垂直孔雙向光爆。巖臺開挖采用高精度非電雷管，磁電雷管起爆。邊墻預裂采用YQ-100E改進型輕型潛孔鉆鉆孔，中槽開挖采用手風鉆水平鉆孔。為確保巖壁吊車梁拐點安全，在1493.97m高程（拐點以下16cm）布置φ25@1m、L=3m、外露0.1m的砂漿錨桿，并采用∠160×100×10角鋼與錨桿焊接。斜面孔造孔時采用1.5寸鋼管架設樣架造孔。

巖臺開挖成型平整度控制較好，半孔率達到90%以上，平均超挖控制在8.9cm以內。

2 技術特點

巖壁吊車梁控制精度要求高，巖臺不能受到大的擾動。為減少爆破振動對巖壁吊車梁的影響，該部位的開挖采用預留保護層的開挖方式，先離廠房邊墻3～5m預留保護層進行施工預裂，再進行中部梯段拉槽開挖。中槽施工預裂采用輕型潛孔鉆造孔，采用履帶式潛孔鉆D7進行梯段開挖，也可采用手風鉆造水平孔開挖；巖臺所在層設計邊線預裂采用輕型潛孔鉆造豎直孔，采取“一次預裂、薄層開挖、隨層支護”的方法，減小對保留巖體的爆破振動影響，保證高邊墻穩定。保護層開挖遵循“短進尺、弱爆破”的原則采用手風鉆分層進行，斜巖臺部位采用雙向光爆，其余部位單向光爆。同時為了保證開挖質量，在巖臺開挖前需選取一個部位進行生產性試驗。

3 施工方法及要點

巖壁吊車梁雙向光爆采用分段、分序施工，其施工程序和施工工藝主要根據生產性試驗確定。

3.1 生產性試驗

生產性試驗的目的主要是通過試驗不斷摸索、確定巖壁吊車梁開挖的施工程序、爆破參數及鉆孔精度控制方法。試驗分為模擬試驗及生產性試驗，一般模擬試驗進行1～2次，生產性試驗進行3～4次。生產性試驗選擇在不同地質條件下進行，驗證并確定開挖分序、爆破參數、鉆孔精度控制方法及下拐點保護措施。

3.2 開挖分層分區

巖壁吊車梁開挖按照圖1所示進行分層、分區。

3.3 開挖施工

3.3.1 巖壁吊車梁開挖施工程序

巖壁吊車梁開挖施工程序如下（不包括上層開挖及本層中部拉槽開挖）：上層邊墻欠挖檢查及處理→巖臺保護層①區開挖及③區垂直光爆孔造孔→巖臺保護層②區開挖→地質素描及巖面基礎驗收→巖臺下拐點加固處理（鎖口錨桿、角鋼防護施工等）→下拐點以下系統支護→巖臺③區開挖。保護層也可根據巖臺所在層分層高度調整，分三層開挖。

其中鎖口錨桿、角鋼（或槽鋼）防護施工及下拐點以下1m范圍噴混凝土支護用于有地質缺陷的部位，地質條件較好的部位可以省去此工序。

3.3.2 施工程序中需注意的問題

（1）保護層及中部拉槽開挖寬度控制。預留保護層寬度按照3～5m控制，這樣才能保證在中槽開挖完成后保護層還有足夠的寬度供手風鉆造孔施工。中槽開挖的寬度需注意滿足出渣裝車及會車需要。

（2）開挖高度。巖壁吊車梁上面一層開挖底板距離巖壁吊車梁上拐點一般在1.5～2.5m，巖壁吊車梁所在層的開挖底板距離巖壁吊車梁層下拐點3.5～4m。巖壁吊車梁保護層開挖層高控制在2.5～3m。

保護層開挖分層高度按照2.5～3m考慮是因為手風鉆造孔施工在孔深不大于3m時造孔相對容易并比較容易控制造孔精度。巖壁吊車梁上層開挖底板與巖壁吊車梁上拐點距離主要考慮③區開挖（巖臺斜面開挖）一般只有150cm左右的厚度，如果巖壁吊車梁上層開挖底板與巖壁吊車梁上拐點之間距離過大，爆破過程中可能會對巖壁吊車梁建基面造成損傷，因此其距離按照1.5～2m控制。巖壁吊車梁所在層的開挖底板與巖壁吊車梁層下拐點的距離主要考慮手風鉆進行巖壁吊車梁斜面孔施工的空間；并綜合考慮巖壁吊車梁受拉、受壓錨桿的設計參數，留出足夠的空間保證錨桿造孔及安裝不會受到限制。

3.3.3 開挖分段及控制措施

（1）分段長度。巖壁吊車梁開挖分段長度原則上按20m一段，根據現場中部拉槽揭露出的實際地質情況，若遇到巖石破碎帶、塊體或斷層部位，可對分段長度適當調整。

（2）開挖順序。廠房Ⅲ層施工工序較多，必須按照“平面多工序，立體多層次”的原則，作業時間存在搭接，進行開挖支護流水作業。廠房上、下游邊墻超前預裂100m后，巖臺豎直光爆孔造孔開始；Ⅲ①層中槽超前30～50m以上，兩側保護層錯距開挖跟進，錯開距離15～30m；Ⅲ②層分左、右半幅開挖，在Ⅲ①層開挖全部完成后進行；Ⅲ②層開挖完成后，邊墻支護及時跟進，確保高邊墻穩定及工期目標順利實現。

3.4 施工工藝流程

各區開挖施工工藝流程如下：測量放線→樣架施工→樣架檢查驗收→造孔施工→驗孔→樣架拆除→爆破參數設計及裝藥爆破→出渣清底→爆破效果檢查。

3.5 施工操作要點及控制措施

3.5.1 測量放線

測量由專業人員進行，放樣內容包括樣架導向定位點、所有周邊孔開孔點，所放點位須在現場進行明顯標識，放線過程現場技術員全程參與。

3.5.2 樣架搭設及檢查驗收

導向樣架采用1.5英寸鋼管排架搭設，管扣件連接。邊墻及底板開挖面采用手風鉆先造直徑50mm的孔，深50cm，再用鋼管插入孔內加固樣架，定位導向管長1.2m，具體根據孔位要求布置。樣架搭設參見圖2。

樣架搭設完畢后需經過專業測量人員進行校核及質量管理部門驗收方能投入使用。

3.5.3 造孔控制

巖壁吊車梁巖臺開挖采用樣架進行鉆孔精度控制。

（1）開挖布孔。巖臺（③區）豎直、斜面光爆孔均按35cm孔距布孔，若遇到巖石破碎帶、塊體或斷層部位，可適當調整孔距（可調整為30cm孔距布孔）。每個光爆孔均按照爆破設計由專業人員通過測量放線定出孔位。

（2）孔深控制。嚴格控制垂直孔的孔深，在樣架上面專門搭設一根橫向鋼管，從鋼管的上口到每區的設計孔底長度取為定值，并且將所用鉆桿全部截成這個長度值（包括鉆頭長度），鉆工用定長（包括鉆頭長度）鉆桿施工至橫向鋼管上口處時，鉆機被此鋼管擋住無法向下施鉆，從而保證所造孔在孔深要求上滿足規范要求。

（3）傾角控制。嚴格控制造孔的傾角，每個光爆孔都采用導向管（1.5英寸鋼管）進行施工，并且為了保證鉆桿的居中，在每個導向管的上口處都加了對中夾片，這樣就保證了所造的孔在方向上滿足設計要求。造孔傾角控制見圖3。

3.5.4 樣架拆除

爆破孔經過檢查驗收合格后，可拆除樣架。拆除過程中需對爆破孔進行有效的保護，防止出現堵孔等現象。

3.5.5 爆破參數控制

根據生產性試驗取得的成果，初步擬定各區開挖裝藥爆破參數，實際開挖過程中根據揭露的地質情況及時對爆破參數進行個性化設計，及時優化調整，調整時線裝藥密度按10g/m進行增減。為了提高巖壁梁巖臺面的成型質量，用斜面和垂直面的“面裝藥密度”控制線裝藥密度。

所有光爆孔藥卷均事先按照爆破設計確定的裝藥結構采用竹片綁扎好，光爆孔插藥入孔時還應注意藥卷的方向，竹片靠洞室輪廓線一側，藥卷朝向最小抵抗線方向。相鄰孔的間隔裝藥錯開，盡量減小因間隔藥之間圍巖裂隙發育造成的局部突起現象。爆破孔采用黏土或細砂袋進行炮孔的堵塞，堵塞長度不小于最小抵抗線。

（1）完整巖石。垂直光爆孔線裝藥密度按55g/m控制，垂直孔面裝藥密度154.3g/m²；斜面光爆孔線裝藥密度按86.2g/m控制，斜面孔面裝藥密度246.3g/m²。

（2）節理裂隙發育巖石。垂直光爆孔線裝藥密度35g/m，垂直孔面裝藥密度98.2g/m²；斜面光爆孔線裝藥密度62.3g/m，斜面孔面裝藥密度178.0g/m²。

3.5.6 爆破效果檢查

排炮結束后，現場技術人員、專職質檢人員及專職安全人員必須及時到現場檢查爆破效果，收集相關數據。測量人員采用全站儀對巖面超欠挖情況進行檢查，形成測量體型圖。另外檢查下拐點的破壞情況、上拐點成型是否在一條直線上，以及炮孔間是否出現“八”字孔現象，檢查并統計殘孔率及半孔率，炮孔間巖面的平整度，垂直孔與斜面孔對應是否整齊。根據檢查結果及收集的數據，及時與質量標準相比較，得出評價結論及改進方法。

3.6 巖臺下拐點加固措施

當巖臺下拐點部位巖體較為破碎，節理、裂隙等較發育時，系統錨桿支護只能把體積稍大的不利巖體鎖住保證巖體的整體性，對體積稍小的巖體或相對破碎的巖體還需在進行③區爆破施工前采取加固措施，從而保證巖臺的成型質量。

（1）在巖臺下拐點以下10cm位置布置一排φ25@75cm，L=3m砂漿錨桿鎖口，外露15cm；采用∠50×50×3角鋼對鎖口錨桿進行通長焊接加固。

（2）在鎖口錨桿和角鋼的基礎上，采用C30鋼纖維混凝土對下拐點以下1m范圍噴6～8cm厚混凝土加固。

（3）對于巖石破碎帶、塊體或斷層部位，除采用上述兩種方案外，可視情況進行隨機錨桿或掛鋼筋網多重加固。

巖壁吊車梁下拐點加固參見圖4。

4 結語

（1）通過增加巖臺保護層分序、采用樣架進行周邊孔控制，以及對不同巖石、部位采用“個性化裝藥”和“面裝藥密度”控制線密度等方法，整體巖臺成型完整，爆破半孔率達到90%以上，平均超挖控制在3.2cm以內，有效控制了質點爆破振動速度，減小了邊墻變形，保證了高邊墻圍巖的安全穩定；同時也為以后地下廠房高邊墻巖臺施工提供了技術指標和新的技術方法，新穎的工法將促進地下工程施工技術的進步，社會效益明顯。

（2）與同類巖臺開挖工法相比，通過精確控制，減小超挖量，減少巖壁梁混凝土施工時混凝土的超填量以及處理欠挖的時間和費用，降低了消耗，節省了時間，產生了較好的經濟效益。

（3）巖臺開挖采用了雙向光爆工藝，可保證不同區段巖臺平行施工，加快施工進度。

（4）在造孔中采用了標準化樣架導向技術，減少了人為因素影響，保證了施工質量的穩定性。