阳江抽水蓄能电站地下厂房顶拱开挖质量控制

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概况及项目背景

1.1 工程概况

阳江抽水蓄能电站是国内在建、已建水头最高的水电项目，工程枢纽主要由上水库、下水库、输水系统、地下厂房洞室群及地面开关站、场内交通道路等建筑物组成，工程为I等工程，工程规模为大(1)型。

主副厂房为阳蓄电站地下厂房洞室群的一部分，主厂房纵轴线方向为NE60°，自西向东依次为安装间、主机间、副厂房。东接通风系统风机室，西接6#施工支洞。主副厂房开挖尺寸为156.5m×27.5m×60.2m(长×宽×高)，拱顶开挖半径18.752m，拱高6.0m，开挖宽度27.5m。

1.2 工程地质

厂房区分布地层岩性主要以燕山三期(γ5)灰白色中粗粒黑云母花岗岩为主，局部有灰白色细粒黑云母花岗岩，南侧为混合岩。微风化花岗岩饱和单轴抗压强度一般为100MPa～130MPa，微风化混合岩饱和单轴抗压强度为100MPa～160MPa。

厂房区围岩主要以微风化～新鲜花岗岩为主，断裂不发育，具整体和块状结构，围岩类别以Ⅰ～Ⅱ类为主，占85%以上。厂房拱顶主要发育两条断层，f710N80°W/SW∠75°与厂横0+070.0中心线相交，f711N65°～70°W/SW∠80°b=0.15～0.2与厂横0+140.0中心线相交。

2 开挖顺序

厂房第Ⅰ层分层高度为10.0m(高程19.40m～高程9.40m)，主机间和安装间开挖面积达224.08m2，副厂房开挖面积221m2，拟分3区施工。Ⅰ区为中导洞开挖，导洞断面尺寸为10.0m×10.0m；Ⅱ区为两侧扩挖，扩挖宽度为8.75m。

先进行Ⅰ1-1导洞开挖，导洞开挖完成后进行拱顶预留保护层Ⅰ1-2扩挖(厚50cm)[1]，待Ⅰ1-3底板开挖后分别进行上游侧及下游侧开挖。施工顺序详见图1。

端墙部位预留50cm保护层[2]，待中导洞及两侧扩挖至端墙部位后进行保护层开挖。

图1 厂房第Ⅰ层拱顶开挖顺序

3 爆破参数选择

3.1 中导洞

中导洞采用楔形掏槽[3]，光面爆破成型，周边孔严格按照结构面进行开挖质量控制。周边孔孔距0.5m、抵抗线0.7m，辅助孔孔距1.0m、抵抗线1.0m，布置4排掏槽孔，孔距0.9m。爆破孔全部采用YT28手风钻钻孔，周边孔绑竹片+导爆索方式爆破，辅助孔、掏槽孔采用非电毫秒管连接及起爆。掏槽孔深3.5m，辅助孔及周边孔深3.2m。

图2 中导洞爆破设计

表1 中导洞爆破参数

3.2 拱顶保护层

拱顶预留50cm保护层，采用YT28手风钻钻孔，辅助孔、周边孔全部采用竹片+导爆索方式爆破，非电毫秒管起爆，周边孔间距40cm，抵抗线20cm，辅助孔及周边孔钻孔深度4.0m。

图3 保护层爆破设计

表2 中导洞保护层爆破参数

3.3 中导洞底板扩挖

中导洞底板(Ⅰ1-3区)采用平推进行爆破作业，非电毫秒管分段爆破成型，辅助孔钻孔深度4.0m。

图4 中导洞底板爆破设计

表3 中导洞底板爆破参数

3.4 两侧扩挖

厂房两侧扩挖[5]周边孔采用竹片+导爆索方式爆破，周边孔间距50cm，拱间处周边孔间距30cm，抵抗线60cm。辅助孔间距90cm，抵抗线110cm～120cm，非电毫秒管分段爆破成型，辅助孔深3.5m、周边孔深3.5m。

图5 厂房两侧扩挖爆破设计

表4 厂房两侧扩挖爆破参数

3.5 端墙开挖

待中导洞及两侧扩挖至端墙部位后进行端墙开挖。端墙采用沿结构线造孔，光面爆破成型，周边孔孔距0.4m，抵抗线0.5m，钻孔孔深4.0m。

图6 厂房端墙保护层开挖爆破设计

表5 厂房端墙保护层开挖爆破参数

4 爆破振动监测

为避免影响厂房开挖质量，降低爆破后围岩松弛深度[5]及提高拱顶岩体完整性，需进行爆破振动监测。

爆破地震效应测试系统由测振传感器及数据采集与分析系统组成[6]。采用TDEC四川拓普数字设备有限公司生产的TOPBOX振动信号自记仪、水平振动速度传感器和垂直振动速度传感器。

在距爆破作业面10m、20m、30m位置分别布置垂直、水平方向2条测线，进行爆破振动监测。

测试结果分析根据国家爆破安全规程及国内外研究成果，爆破振动传播衰减规律一般采用萨道夫斯基的经验公式：

V=K(Q1/3/R)a

式中：V——安全允许的质点振动速度(cm/s)；

K——与岩石、爆破方法等相关的因素系数；

a——与地质条件相关的地震波衰减系数；

Q——与峰值振速V值相对应的最大一段起爆药量(kg)；

R——测点与爆心的直线距离(m)。

根据《爆破安全规程》(GB 6722-2014)，爆破时质点振动速度与建筑物破坏间的关系见表6。

表6 爆破振动安全允许标准

5 拱顶开挖质量控制重点及措施

为提高厂房拱顶开挖质量及结合地质预报情况，主要从以下几个方面进行开挖质量控制。

5.1 放样

施工放样过程中严格控制掏槽孔放样精度，掏槽孔逐孔放样并在掌子面标识厂房中心线。周边孔采取逐孔放样并逐孔放方向点，顶拱超欠挖情况每茬炮标识清楚。保护层及周边孔放样每茬炮孔位在同一条直线。

图7 厂房拱顶标识超欠挖

5.2 钻孔及装药

周边孔及掏槽孔选择经验丰富的钻工进行钻孔，周边孔开孔时需采取一人扶钻头，一人操作钻机，并及时注意钻孔方向及角度。掏槽孔及周边孔钻孔完成后及时检查钻孔角度及方向，对不合格的孔采用M30砂浆封孔，待2h后重新开孔，验收合格的孔及时插入方向杆作为后续其它钻孔的参考。周边孔及掏槽孔采用直径38mm钢管插入孔内，利用地质罗盘及坡度尺检查钻孔方向及角度。

周边孔采用竹片绑扎乳化炸药，严格控制炸药间距，炸药采用乳化炸药，周边孔及保护层开挖需将乳化炸药用纸包装成直径20mm药卷。

掏槽孔、辅助孔采用直径32mm药卷，橡胶炮棍装药(炮棍上刻度)，装药前使用炮棍量测炮孔深度，再根据装药结构图进行装药。

现场根据超前地质预报及掌子面地质素描图，及时优化爆破设计。

图8 周边孔绑竹片+导爆索

5.3 爆破试验

中导洞、保护层及厂房上下游侧扩挖都必须进行爆破试验，根据类似工程经验选定几种不同爆破参数、钻孔参数及装药结构形式进行现场试验，根据试验结果选择最优爆破效果及经济效益的爆破设计作为现场施工使用。

5.4 超前地质预报

厂房开挖前必须做超前地质预报，本工程选用TSP203隧道超前地质预报厂房I层围岩断层、节理发育、结构面等情况，岩性参数及三维空间分布图。

5.5 端墙及直边墙

端墙及直边墙受作业空间限制，钻孔精度控制尤为重要，端墙及直边墙钻孔采用一人操作钻机一人手扶钻杆方式进行钻孔。墙上悬挂两道铅垂线，控制钻卡钻进方向。

6 结语

在本次阳蓄地下厂房顶拱开挖质量控制的过程中，合理运用超前地质预报及拱顶预留0.5m保护层开挖工艺，厂房拱顶参数率达95.3%，拱顶不平整度±8cm，取得优良开挖效果。

(1)拱肩部位由于受上下两个方向的抵抗线影响，辅助孔需加密布置并且间距不得大于0.4m，拱肩拐点位置的周边孔需加强装药(约为周边孔装药的150%)，拐点两侧的周边孔需减少装药(约为周边孔装药的80%)。

(2)采用纸板浸水后堵塞孔口，能减少爆破能量的损失，增强半孔率的均匀性。

(3)周边孔的逐孔放样，能提高钻孔角度及钻孔错台控制。爆破孔验收过程中需加强爆破孔钻孔质量控制，先后开挖结合部位爆破孔间距随围岩调整而调整。