坪头水电站地下厂房钢筋混凝土顶拱爆破拆除

2012-12-19陈晓光

水电站设计 2012年2期

尹浩，陈晓光，秦政

(中国水利水电第十四工程局有限公司曲靖分公司，云南曲靖 655000)

1 前言

坪头水电站地下厂房系统于2006年开工，因各种因素影响，前承包商于2007年11月退出，中国水利水电第十四局有限公司于2007年11月进场，承担坪头水电站地下厂房系统工程PT/CⅢ标段剩余工程施工。

受地质条件影响，设计方对地下厂房系统进行了变更，将地下厂房、主变室在原设计基础上整体抬高了15m，厂房顶拱高程由608.9m变为623.9m,底板高程由568.9m调整为583.9m。压力管道及尾水洞也进行了相应调整。因原设计厂房顶拱以下608.9～591.0m高程部分已由前承包商开挖完成，已开挖区容积约为24 970m3，空腔占变更后厂房总容积的66%。

并且，与原厂房相邻隧洞有部分已开挖完成，已开挖区改变了厂房围岩的稳定条件，增加了厂房后续开挖的困难。厂房布置见图1。

地下厂房位于水平埋深190～205m ，垂直埋深130～140m的山体内，围岩为震旦系上统灯影组灰白色中厚层状细晶白云岩、灰色石灰岩，层状结构，岩质坚硬，岩层总体产状为N60°～70°E/SE∠30°～40°，微倾山外偏下游。根据地表测绘资料和探洞揭露情况：围岩中无断层分布，裂隙除第①组外，其它多为局部段发育，主要有5组。

地下厂房围岩为中厚层状细晶白云岩、灰色石灰岩，第①组层面裂隙发育，延伸性较长，多闭合、部分充填溶蚀粉土，走向与厂房等洞室的纵轴线交角约20°～40°，层面倾角较大，为35°～40°，岩体多呈互层～中厚层状结构，部分厚层状结构，围岩为Ⅲ～Ⅳ类，以中等透水为主。厂区以自重应力为主。

图1 厂房布置横剖面示意

厂房上下游边墙623～583m高程分别发育有多条错动带。出露于上游边墙的f1倾向边墙临空面，倾角30°～40°，在边墙上出露长度约37m(随着向下开挖有继续延伸迹象)，受风化、溶蚀影响及次生充填物，带内物质性状差，另外还普遍存在宽2～6cm，局部宽20～30cm的空缝。上述表明f1对上游边墙稳定极为不利。f2顺层挤压错动带整体视倾山外偏下游，延伸长度约37m，带宽一般0.5～5cm，局部可达10～20cm，错动带性状差。

受f1及f2错动带及其它因素影响，2007年1月27日，在进行厂房Ⅲ层中部(桩号：厂横0+015～0+030)拉槽开挖爆破后，发现原厂房顶拱已衬砌混凝土在桩号约(厂横)0+010.00～(厂横)0+035.00段顶拱中心偏下游部位有多处开裂掉块，目测最大掉块范围尺寸约宽50cm、长200cm、深度6～10cm，掉块部位混凝土外层钢筋出露，钢筋被压弯呈“V”形，且出现有多条沿厂房轴线方向裂缝。2007年2月24日，厂房安装间顶拱又出现了两条新的裂缝。

2 顶拱混凝土爆破拆除方案比选

由于整个地下厂房上抬15m，需对原设计厂房已衬砌顶拱混凝土以上15m部分进行重新开挖，上抬部分采用自上而下顺序，分为三层。Ⅰ层分层高度7.9m，Ⅱ层分层高度6.85m，Ⅲ层包括609.15～600.75m高程段未开挖部分及原已衬砌的钢筋混凝土顶拱。厂房原顶拱混凝土结构见图2。

图2 厂房开挖分层剖面示意

由图2中可以看出，623.9～608.9m高程开挖支护施工完成后，原厂房已衬砌的钢筋混凝土顶拱形成了一块跨度为18.6m、厚1m的薄板构件。此薄板将整个地下厂房分成上、下两室，原混凝土顶拱

支撑点移至洞室两边墙的中部，顶拱拆除的施工顺序直接影响到两侧边墙的围岩变形。施工前，制定了“顶拱整体拆除”和“顶拱分段拆除”两种方案，并进行了弹塑性有限元数值模拟，以选择最优方案。

“顶拱整体拆除”即一次性爆破拆除整个顶拱，这样对施工人员的安全及施工进度有利；“顶拱分段拆除”即将顶拱分成条形区域，分块逐步拆除，这样对拱座围岩、锚杆拆除质量有利。

为了选择最优方案，对两种原顶拱拆除方案进行了洞室爆破开挖的弹塑性有限元数值模拟。结果如下：

两种顶拱拆除方案的洞室开挖数值模拟结果：从主厂房边墙围岩变形情况看，采用分层拆除爆破，原顶拱拱座处位移较小为88.0mm，而“整体拆除方案”主厂房下游原拱座处位移为163.0mm，可见“分段拆除方案”可以有效减小洞室围岩变形，对围岩稳定有利。从位移矢量图看，两种方案拱座处位移均向内变形，较符合规律。综上所述，采用“顶拱分段拆除”方案对围岩稳定影响较小，能确保拱座处围岩的变形相对较小。从实际施工完成情况看，对薄顶拱采用“纵向分带，带内分区，先中拱，后拱座”爆破拆除方法，较好地控制了爆破对原拱座部位围岩的破坏损失，避免了整体拆除可能造成的边墙急剧大变形。

3 顶拱混凝土爆破拆除

厂房原混凝土顶拱跨度18.6m，弧长22.48m，厚1～1.2m，长75m，配双层钢筋，主筋φ25mm@200mm，分布筋φ20mm@200mm。拆除钢筋混凝土面积约1 650m2，总重4 108.6t。根据有限元分析结果，厂房混凝土顶拱爆破拆除按“纵向分带，带内分区，先中拱，后拱座”的原则进拆除施工。顶拱拆除分区见图3、4。

图3 顶拱拆除分区平面示意

图4 顶拱拆除分区剖面示意

厂房顶拱沿轴线分为25个条带，条带宽3m，每个条带分为2个区域，混凝土顶拱上下游各预留1m段，并且沿中轴线布置4个溜渣井。拆除施工前，原厂房顶拱混凝土以下空腔采用石渣回填至高程601.00m，原混凝土顶拱上部608.90～605.30m高程段岩石采用反铲由(厂横)0-20.00开始向(厂横)0+55.00逐步分段清除，每次清理段长6m，石渣由溜渣井及已拆除区溜至原混凝土顶拱下堆放。原顶拱605.30～612.00m高程注装的锚杆采用等离子切割机分段切除。

混凝土采用爆破拆除，在混凝土顶拱上部岩石清理及锚杆切除完成后，首先拆除(厂横)0-20.00～(厂横)0-17.00m段顶拱混凝土，在厂房上下游边线及(厂横)0-17.00m桩号布置垂直预裂孔，孔距50cm，孔深72～122cm，孔底预留30cm。主爆孔采用垂直布孔。主爆孔除(厂横)0-20.00～(厂横)0-17.00m段采用垂直布置外，其它各段均采用水平布置。爆破后，原混凝土中钢筋采用等离子切割机割除。钻孔布置及网络见图5。