水电站地下厂房岩壁吊车梁开挖施工技术探讨

徐爱兵，李 彬

（1.中国水利水电建设集团水电六局，丹东 118002；2.中国水电建设集团国际工程有限公司，北京 100044）

1 工程地质简述

宜兴水电站地下厂房埋深在280～370m之间，地下建筑物沿途位于砂岩夹粉砂质泥岩地层中，其中输水隧洞沿线断层节理较发育，围岩完整性差，大多数岩体较破碎，一般为Ⅳ-Ⅲ类围岩。地下厂房围岩为茅山组中段（D1-2ms2）地层，岩体较破碎，大多呈微风化。地下厂房南北两端分别有较大规模的F220、F204断层通过，其中F204在PD6洞内的出露宽度为5～15m，断层带内大多充填碎裂岩、角砾岩、糜棱岩、断层泥；F220断层倾角和宽度变化较大，孔洞内揭露的物质组成不一，性状差异较大。厂房区地质构造发育，地下水丰富，地下厂房洞室围岩属Ⅳ-Ⅲ类，工程地质条件差。厂房南端墙及其顶拱围岩以Ⅳ类为主，局部为Ⅴ类，北端墙及其顶拱围岩以Ⅲ类为主，边墙围岩以Ⅲ类为主。此外，厂房围岩还发育有f88、f89、f86、f87等一些小断层。

2 岩壁吊车梁开挖方法

主厂房岩壁吊车梁位于厂房第Ⅱ层。根据本工程的地质情况，为提高岩壁梁围岩的完整性和抗剪强度，增强开挖效果，根据设计要求，在进行厂房第Ⅱ层开挖前对其进行围岩预固结灌浆。

地下厂房岩锚梁预固结灌浆全部完成并达到至设计要求的天数后，开始进行岩锚梁的开挖。

为有效地进行岩锚梁开挖，保证岩锚梁壁座的开挖及成型质量，严格控制其爆破布孔及装药量（线装药密度）非常关键。因此，选取厂房第二层下游侧保护层段内厂右0+30.03至厂右0+36.2约6m长作为试验段，进行了岩锚梁爆破试验，以检验岩锚梁爆破参数设计的合理性及爆破效果。

2.1 爆破参数选择

2.1.1 炮孔布置

根据本工程的实际岩石情况，为使岩壁吊车梁部位岩壁开挖成型良好，保证岩锚梁的开挖质量，岩锚梁壁座角开挖炮孔布置及钻进方向如图1所示。

2.1.2 炮孔参数选择

根据钻孔设备的性能，结合爆破具体情况，采用炮孔孔径为42mm。采用φ25岩石乳化炸药，单卷药重125g。垂直孔及上斜孔间距均为35cm。本次试验垂直孔及上斜孔各钻21孔。根据钻孔作业的超欠挖情况，由测量实点、逐孔计算孔深并控制孔底高程，上倾孔要保证炮孔的钻进角度。炮孔采用导爆索引爆，堵塞长为20～40cm。

2.1.3 炮孔深度

垂直炮孔和上斜炮孔深度分别列于表1和表2。

2.1.4 装药量

如表3和表4所示：

2.1.5 装药结构

采用间隔不偶合装药，装药结构如图2所示。

图2 装药结构

2.2 爆破试验

爆破后经测量检查，岩锚梁试验段最大超挖13cm，最小超挖2cm，平均超挖4.6cm。竖直孔及上斜孔能够保持在一条直线上，残孔率达到95%以上，壁座外观成型良好。

经过试验可初步确定岩锚梁开挖相关爆破参数为：钻孔孔径42mm，炮孔间距30～35cm；药卷采用φ25岩石乳化炸药，单卷药重125g，装药结构为不偶合间隔装药；垂直孔线装药密度为80～90g/m，上斜孔线装药密度为95～105 g/m。

2.3 开挖方案

垂直孔在钻孔前由测量放出高程线及钻孔孔位，并根据超欠挖情况逐孔测量并计算孔深，施工中打桩拉线并在钻杆上标明钻孔深度以控制钻孔深度。上斜孔在钻孔前由测量放出钻孔及高程线，并根据超欠挖情况逐孔测量并计算实际孔深。钻孔时先用三角样板及地质罗盘仪确定钻孔角度及方向后再进钻，施工中打桩拉线并在钻杆上标明钻孔深度以控制钻孔深度，并用三角样板及地质罗盘仪检查并控制钻孔角度及方向。钻孔后由质检人员对钻孔深度、角度、孔位进行检查，并做好记录，不合格者重新钻孔，合格方可进行下一工序。

岩壁吊车梁的开挖方案如图3所示。

图3 岩壁吊车梁开挖方案

首先将中间拉槽开挖到▽15.56m高程，两侧各预留5m保护层，①②孔采用光面爆破，与中间拉槽开挖同时爆破。然后分两次进行岩锚梁壁座外侧第Ⅰ、Ⅱ块开挖，每块开挖高度为4m，各布置两排炮孔，用手风钻钻垂直孔，其中③④号孔为光爆孔，间距50cm，线装药密度为180～230g/m，导爆索起爆。

表1 垂直孔实际孔深

表2 上斜孔实际孔深及钻孔角度

岩锚梁壁座开挖共布置两排炮孔，即垂直向下的⑤号孔和上倾62.8°的⑥号孔，尽可能保证每两个孔在同一断面上，如图2所示。⑤号孔（在▽23.56m高程平台上沿设计边线）钻孔孔距30cm，钻孔深度严格控制在岩锚梁设计顶高程，要求测量人员紧密配合钻孔施工，详细掌握和控制超欠挖情况，逐孔计算钻孔深度，逐孔放出点位，并与施工人员做好放样交接记录，钻孔施工时应拉线并在钻杆上做标识进行钻孔深度控制。⑥号孔钻孔孔距为30cm，钻孔前先在▽20.60m高程上进行测量检查，按设计角度详细了解并掌握该部位的超欠挖情况后，在岩壁上逐孔放点位，然后由下向上打斜向爆破孔；钻孔时，在▽23.56m高程及▽20.60m高程分别拉线以控制钻孔角度，并在钻孔过程中用三角样板或地质罗盘仪随时检查钻孔方向和角度，钻孔孔深按测量放样数据逐孔控制。

光面孔采用φ25岩石乳化炸药，单卷重量为125g，装药结构为间隔不隅合装药，不隅合系数为1.68，药卷用胶带固定在竹片上，竹片靠非崩落区方向放置。崩落孔选用φ32岩石乳化炸药，单卷重量为150g，装药结构为连续装药。

炮孔采用导爆索引爆，堵塞长为20～40cm。在⑤⑥号孔钻孔结束后对其实际孔深进行检查，然后按线装药密度为80g/m及95g/m装药，两排孔同时装药起爆。

表3 垂直孔装药量

表4 上斜孔装药量

3 施工过程质量控制

为了保证高边墙开挖的施工质量，严格按照设计图纸、相关规范以及经监理工程师批准的施工组织方案、施工作业指导书进行施工，并严格执行三检制度，即施工班组一检、施工队二检和质检部三检，严格控制施工质量和确保施工安全。

1）加强与观测标的联系，根据观测数据及时调整施工方法，如停止开挖，全力进行支护施工，待围岩稳定后再进行下一步开挖，必要时厂房分上、下游两部分施工，先进行上游侧开挖支护，开挖一块支护一块，上游侧支护结束后，再进行下游侧开挖支护，开挖一段支护一段。

2）爆破实行准爆制度，严格按爆破设计进行爆破施工，质检部加大现场控制力度，对于超过设计药量坚决不允许响炮，技术人员根据实际爆破效果不断优化爆破参数，以最大限度减少爆破振动对围岩的破坏。

3）锚喷队做好现场组织，保证充足的人员投入厂房支护施工，同时做好多臂钻、喷射手及注浆机的维护保养，保持设备完好率，争取开挖一段后及时支护一段，不允许围岩暴露时间过长。

4）加强现场协调，保证支护施工的及时性。

4 结语

由于采取了适当的技术措施和严格的质量控制，岩壁吊车梁开挖成形良好，半孔率达85%以上，开挖后无欠挖，最大超挖10cm。通过开挖前后的爆破松动圈测试，岩壁吊车梁爆破形成的松动圈半径小于设计要求，表明了所采取的岩壁吊车梁开挖方法能够满足设计要求。本文方法为同类工程提供了借鉴和参考。

[1]康世荣, 陈东山, 刘景云, 等. 水利水电施工组织设计[M].北京: 水利电力出版社, 1990.

[2]梁炯鋆. 锚固与注浆手册[M]. 北京: 中国电力出版社,1999.