葛洲壩新疆工程局（有限公司） 袁 新

復(fù)雜條件下的地下廠房巖壁梁巖臺(tái)開(kāi)挖爆破實(shí)踐

葛洲壩新疆工程局（有限公司） 袁 新

在新疆某引水、灌溉、發(fā)電為一體的電站地下廠房巖錨梁開(kāi)挖施工過(guò)程中，針對(duì)節(jié)理、裂隙較發(fā)育且地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的特點(diǎn)，采用預(yù)留保護(hù)層分區(qū)、分步開(kāi)挖方法，通過(guò)調(diào)整爆破參數(shù)和施工方法進(jìn)行了多種方案的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定了優(yōu)化的開(kāi)挖方案和爆破參數(shù)，獲得了較好的爆破質(zhì)量。

巖錨梁 巖臺(tái)開(kāi)挖 地下廠房 不良地質(zhì)

一、工程概況

該電站位于新疆，阿克蘇河上游境內(nèi)。樞紐工程主要包括上庫(kù)主壩、副壩、引水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)及尾水系統(tǒng)。地下廠房系統(tǒng)主要由四條平行布置的大型洞室——球閥室、主廠房、主變室和尾閘室等組成。

地下主廠房開(kāi)挖尺寸為156.40m×22.85m×55.883m（長(zhǎng)×寬×高）。廠房圍巖主要為新鮮灰白色花崗巖，少量為肉紅色中細(xì)粒二長(zhǎng)花崗巖，影響廠房地質(zhì)條件的主要斷層有F28及F8(包括F8-1、F8-2及其影響帶)。F8斷層走向?yàn)?55°～15°/SW(NW)∠35°～54°，F(xiàn)8斷層破碎及影響帶聲波波速為2800～4800m/s。西端墻附近有F28等小斷層發(fā)育。其中F8斷層破碎及影響帶對(duì)巖臺(tái)成型影響最大，開(kāi)挖揭露顯示，F(xiàn)8斷層及影響帶寬度約為50m，屬Ⅳ類圍巖，巖體主要為塊狀、次塊狀結(jié)構(gòu)，少量裂隙較發(fā)育地段為鑲嵌碎裂結(jié)構(gòu)，該斷層帶由頂至底貫穿整個(gè)廠房，節(jié)理面平直稍粗，延伸很長(zhǎng)，閉合或微張，多充填有1～3mm厚的巖屑和變質(zhì)綠泥石膜，巖石整體穩(wěn)定性差，在頂拱層中導(dǎo)洞開(kāi)挖期間，出現(xiàn)過(guò)自然塌滑。

二、爆破開(kāi)挖程序及方法

1. 開(kāi)挖分區(qū)與程序。主廠房共分八層進(jìn)行開(kāi)挖，巖壁吊車梁所在的第二層的開(kāi)挖分層高度為7m(▽69.0～▽62.0)，針對(duì)本工程的不良地質(zhì)情況及花崗巖的硬脆性等特點(diǎn)，施工時(shí)通過(guò)試驗(yàn)確定巖臺(tái)開(kāi)挖采用保護(hù)層與巖臺(tái)分步挖的工法，將第二層開(kāi)挖分3部分(中部拉槽，巖壁保護(hù)層開(kāi)挖，巖臺(tái)開(kāi)挖)進(jìn)行，先對(duì)中部拉槽區(qū)進(jìn)行預(yù)裂爆破，以減輕拉槽梯段爆破對(duì)巖壁梁預(yù)留保護(hù)層的振動(dòng)破壞。預(yù)留4m厚的保護(hù)層進(jìn)行二次開(kāi)挖，兩側(cè)巖壁梁保護(hù)層開(kāi)挖滯后拉槽區(qū)20～30m；巖臺(tái)區(qū)采用打垂直孔和斜孔的方式一次光爆成型。開(kāi)挖順序及分區(qū)見(jiàn)圖1，其中：①區(qū)為軸線兩側(cè)抽槽區(qū)的開(kāi)挖，寬度為15.25m；②區(qū)為▽65.7m以上非巖臺(tái)部分保護(hù)層開(kāi)挖，寬度為3.3m；③區(qū)為▽62.0m～▽65.7m保護(hù)層開(kāi)挖，寬度為3.3m；④區(qū)為巖臺(tái)開(kāi)挖，寬度為0.7m。

開(kāi)挖施工程序?yàn)椋褐鲝S房中部拉槽；巖臺(tái)面水平保護(hù)層開(kāi)挖；巖壁保護(hù)層開(kāi)挖；巖臺(tái)成型開(kāi)挖。

2. 爆破試驗(yàn)參數(shù)。為了確保巖錨梁開(kāi)挖質(zhì)量和進(jìn)度，確保巖臺(tái)按設(shè)計(jì)要求開(kāi)挖成型，在主廠房第二層①區(qū)抽槽開(kāi)挖時(shí)，在副廠房段進(jìn)行了巖錨梁開(kāi)挖爆破生產(chǎn)性試驗(yàn)，以確定巖錨梁開(kāi)挖的相關(guān)爆破參數(shù)。根據(jù)圍巖性狀，進(jìn)行了多組爆破方案的試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)確定了巖臺(tái)保護(hù)層開(kāi)挖和巖臺(tái)開(kāi)挖的爆破參數(shù)和施工工藝方法。結(jié)合爆破振動(dòng)觀測(cè)最終確定的巖壁梁巖臺(tái)開(kāi)挖爆破參數(shù)見(jiàn)表1。

圖1 主廠房第二層開(kāi)挖分區(qū)圖

表 1 巖壁梁巖臺(tái)開(kāi)挖爆破參數(shù)表

三、施工工藝的實(shí)施與控制

1. 造孔。拉槽區(qū)梯段爆破采用潛孔鉆造孔，炮孔參數(shù)為孔徑75mm，間排距180×200cm，鉆孔時(shí)必須注意使炮孔呈75°～80°夾角，每次作業(yè)時(shí)均布置4排炮孔。

保護(hù)層開(kāi)挖采用手風(fēng)鉆造孔，因鉆具超過(guò)4m深度后精度難以保證，為避免造成巖臺(tái)下拐點(diǎn)以下偏差較大，故將兩側(cè)4m厚的保護(hù)層分為▽69～▽65.7和▽65.7～▽62兩個(gè)開(kāi)挖區(qū)，分兩次開(kāi)挖，保護(hù)層開(kāi)挖采用造淺孔，短進(jìn)尺多循環(huán)的爆破方式進(jìn)行，周邊孔及主爆孔均采用手風(fēng)鉆打垂直孔，要求孔底落在同一樁號(hào)、高程上，并以周邊光面爆破進(jìn)行保護(hù)層開(kāi)挖。

巖臺(tái)光爆孔間距為35cm，孔底與巖臺(tái)上拐點(diǎn)相距5cm，其中垂直孔深度為3.32m，斜面孔深度為1.17m?？紤]巖臺(tái)頂部寬度較小（僅70cm），Ⅳ區(qū)（巖臺(tái)）開(kāi)挖造孔時(shí)的安全問(wèn)題及垂直光爆孔的質(zhì)量控制保證，要求在Ⅱ區(qū)（保護(hù)層）爆破裝藥前完成Ⅳ區(qū)垂直光爆孔的造孔，并在孔內(nèi)插入PVC管進(jìn)行護(hù)孔。為控制開(kāi)挖后的洞室底板高低起伏不平及手風(fēng)鉆造孔時(shí)不易控制孔向等因素的影響，采用鋼管導(dǎo)向架（見(jiàn)圖2、圖3）支撐，控制光爆孔的造孔，防止造孔過(guò)程中鉆桿橫向傾斜。施工前，先進(jìn)行測(cè)量放樣，在實(shí)地測(cè)放縱橫樁號(hào)及地面不同標(biāo)高后架設(shè)并調(diào)平導(dǎo)向架。造孔時(shí)根據(jù)導(dǎo)向架控制孔向及孔深，開(kāi)孔后檢查孔位、孔向無(wú)誤后再繼續(xù)施鉆，并在鉆進(jìn)過(guò)程中加以檢查、控制，以使各孔孔底落在同一樁號(hào)、高程上。

2. 裝藥。巖錨梁按照3m一循環(huán)進(jìn)行爆破開(kāi)挖，執(zhí)行“一炮一設(shè)計(jì)”制度。進(jìn)行爆破設(shè)計(jì)時(shí)以爆破試驗(yàn)得出的參數(shù)為基準(zhǔn)，根據(jù)每循環(huán)現(xiàn)場(chǎng)圍巖情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。拉槽區(qū)梯段爆破采用潛孔鉆造孔，炮孔參數(shù)為孔徑75mm，間排距180×200cm，乳化炸藥，藥卷直徑65mm，堵塞長(zhǎng)度2.0m；在進(jìn)行光爆孔藥卷安裝時(shí)，為加快施工進(jìn)度，預(yù)先在洞外用竹片按爆破設(shè)計(jì)參數(shù)加工藥卷，裝藥時(shí)則據(jù)實(shí)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

裝藥是控制爆破質(zhì)量的最后環(huán)節(jié)，裝藥前對(duì)各鉆孔進(jìn)行認(rèn)真清理驗(yàn)收，對(duì)不合格的孔全部補(bǔ)鉆，驗(yàn)收合格后方允許裝藥放炮，確保達(dá)到設(shè)計(jì)效果。

圖2 垂直光爆孔導(dǎo)向架示意圖（單位：cm）

圖3 斜孔導(dǎo)向架搭設(shè)示意圖（單位：cm）

四、結(jié)語(yǔ)

巖錨吊車梁爆破開(kāi)挖是地下廠房洞室開(kāi)挖中最為重要和最為困難的部分，較好的巖臺(tái)成型質(zhì)量，對(duì)爆破開(kāi)挖要求很高。尤其在節(jié)理裂隙非常發(fā)育的斷層破碎帶開(kāi)挖成型巖臺(tái)尚不多見(jiàn)，在白蓮河電站地下廠房巖錨梁巖臺(tái)開(kāi)挖施工過(guò)程中，采用巖錨梁巖臺(tái)二序開(kāi)挖工法和試驗(yàn)優(yōu)化的爆破參數(shù)，并通過(guò)在施工中控制鉆孔精度、裝藥結(jié)構(gòu)等措施，效果顯著，獲得了較好的巖臺(tái)質(zhì)量。同時(shí)根據(jù)對(duì)其進(jìn)行的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果可判定地下廠房巖錨梁的爆破開(kāi)挖能夠保證巖錨吊車梁施工與運(yùn)行期的安全。