李 闖

（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000）

1 工程概況

五岳抽水蓄能電站位于河南省信陽(yáng)市光山縣殷棚鄉(xiāng)、羅山縣定遠(yuǎn)鄉(xiāng)境內(nèi)，距信陽(yáng)市區(qū)直線距離約70km。電站總裝機(jī)容量1000MW，安裝4 臺(tái)單機(jī)容量250MW 水泵水輪發(fā)電機(jī)組，承擔(dān)河南電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用等任務(wù)。樞紐工程由上水庫(kù)、輸水發(fā)電系統(tǒng)、下水庫(kù)等建筑物組成。

地下廠房巖壁吊車(chē)梁位于廠房第二層，長(zhǎng)度為144.83m，布置高程范圍38.080m～34.880m，軌頂高程38.080m，上拐點(diǎn)高程36.179m，下拐點(diǎn)高程34.880m，巖臺(tái)寬0.75m，斜面長(zhǎng)1.5m，斜面與豎直方向夾角30°。

2 主要地質(zhì)情況

地下廠房開(kāi)挖揭露巖性為灰白色中粒二長(zhǎng)花崗巖，多屬微風(fēng)化，巖體以塊狀、次塊狀為主。根據(jù)廠房地質(zhì)編錄成果，斷層發(fā)育2 條，產(chǎn)狀NE55°NW ∠75°～85°，寬度0.2m～0.8m，由碎裂巖、斷層泥等組成；裂隙發(fā)育6 組，走向以NWW、NE 向?yàn)橹鳎嚅]合，斷層及裂隙以陡傾角為主，緩傾角及中等傾角裂隙僅局部發(fā)育；揭露裂隙密集帶24 條，寬度0.5m～1.0m，對(duì)巖壁吊車(chē)梁巖臺(tái)開(kāi)挖成型及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定影響較大；地下水不發(fā)育，僅局部存在點(diǎn)滴狀滲水。廠房區(qū)地應(yīng)力為3.5MPa～8.4MPa，最大主應(yīng)力方向NW346°～NE27°。地下廠房軸線方向?yàn)镹W345°，主要結(jié)構(gòu)面與廠房軸線呈大角度相交，最大主應(yīng)力與廠房軸線呈小角度相交，對(duì)洞室邊墻圍巖穩(wěn)定有利[1]。

3 分層分區(qū)開(kāi)挖

為減少爆破振動(dòng)破壞，確保巖臺(tái)開(kāi)挖成型，巖壁吊車(chē)梁開(kāi)挖采用“三層六區(qū)”分區(qū)方案和“中部梯段爆破、兩側(cè)保護(hù)層開(kāi)挖跟進(jìn)”施工方法，巖壁吊車(chē)梁層整體開(kāi)挖分層高度9.5m（EL41.500～EL32.000），分層分區(qū)如圖1 所示。中部拉槽寬度16.5m，分2 層2 區(qū)（①區(qū)和③區(qū)），先行預(yù)裂爆破至本層底部，后分兩層進(jìn)行拉槽爆破開(kāi)挖；兩側(cè)保護(hù)層厚度4.75m，分3 層3 個(gè)區(qū)域（②區(qū)、④區(qū)和⑤區(qū)）進(jìn)行開(kāi)挖；巖壁吊車(chē)梁巖臺(tái)為⑥區(qū)，為開(kāi)挖關(guān)鍵部位，分層開(kāi)挖順序?yàn)棰佟凇邸堋荨蕖?）①區(qū)開(kāi)挖高度3.1m，寬度16.5m，采用手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔爆破，孔徑42mm、孔深3.1m，孔距1.0m，排距1.35m，主爆孔線裝藥密度770g/m。2）②區(qū)開(kāi)挖高度3.1m，寬度4.75m，采用手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔爆破，邊墻光爆孔鉆孔時(shí)相對(duì)第二層技術(shù)超挖10cm，滿足巖壁梁上直墻架鉆要求；孔徑42mm，孔深3.1m，孔距40cm，采用竹片綁扎炸藥，不耦合裝藥，線裝藥密度130g/m；主爆孔孔徑42mm，孔深3.1m，孔距1.0m/1.5m，排距1.5m，初擬線裝藥密度670g/m。3）③區(qū)開(kāi)挖高度6.0m，寬度16.5m，采用D7 鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔爆破，孔徑76mm，孔深6.0m，孔距1.0m，排距1.5m，線裝藥密度800g/m。4）④區(qū)開(kāi)挖高度2.5m，寬度4.1m，采用手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔爆破，開(kāi)挖時(shí)相對(duì)⑤區(qū)寬度方向超挖10cm，滿足巖壁梁下直墻架鉆要求，孔徑42mm，孔深2.5m，孔距1.0m，排距1.2m，初擬線裝藥密度500g/m；光爆孔采用手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，孔徑42mm，孔深2.5m，孔距40cm，采用竹片綁扎炸藥，不耦合裝藥，線裝藥密度90g/m～120g/m。5）⑤區(qū)開(kāi)挖高度3.5m，寬度4.0m，采用手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔爆破，孔徑42mm，孔深3.5m，孔距1.0m/1.5m，排距1.2m，線裝藥密度500g/m。垂直光爆孔，采用搭設(shè)樣架手風(fēng)鉆進(jìn)行鉆孔，孔徑42mm，孔深3.5m，孔距30cm，采用竹片綁扎炸藥，不耦合裝藥，線裝藥密度90g/m～120g/m[3]。6）⑥區(qū)為巖錨梁區(qū)，高度3.52m，寬度0.65m，采用手風(fēng)鉆搭設(shè)樣架進(jìn)行鉆孔爆破，斜面光爆孔孔徑42mm，孔深1.51m，孔距30cm，采用竹片綁扎炸藥，不耦合裝藥，線裝藥密度60g/m～80g/m；巖臺(tái)垂直光爆孔孔徑42mm，孔深2.27m，孔距30cm，采用竹片綁扎炸藥，不耦合裝藥，線裝藥密度60g/m～80g/m。

圖1 巖壁吊車(chē)梁分區(qū)開(kāi)挖圖（單位：m）

4 巖臺(tái)開(kāi)挖技術(shù)

巖壁吊車(chē)梁是地下廠房橋式起重機(jī)運(yùn)行軌道，是整個(gè)地下廠房施工的重難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)。其在施工過(guò)程中是否能保證開(kāi)挖成型質(zhì)量、是否能保證爆破后巖體完整性以及相關(guān)的巖壁梁錨固體系，都對(duì)地下廠房橋機(jī)運(yùn)行安全性起直接作用。因此，項(xiàng)目開(kāi)工伊始就將巖壁吊車(chē)梁巖臺(tái)開(kāi)挖作為地下廠房施工的重中之重，項(xiàng)目部采取一系列措施來(lái)提高巖臺(tái)開(kāi)挖質(zhì)量。

4.1 預(yù)固結(jié)灌漿

在廠房巖壁吊車(chē)梁①區(qū)、②區(qū)開(kāi)挖完成后，邊墻區(qū)域存在多處陡傾角節(jié)理密集帶，爆破后多處不穩(wěn)定塊體掉落，導(dǎo)致光面爆破效果較差，為確保巖臺(tái)開(kāi)挖成型質(zhì)量，提高巖石完整性，在④區(qū)開(kāi)挖前對(duì)巖臺(tái)邊墻節(jié)理密集帶區(qū)域進(jìn)行固結(jié)灌漿，詳見(jiàn)表1。灌漿鉆孔孔徑φ45mm，孔間距1.0m，孔深L=4.0m（至巖錨梁下拐點(diǎn)以下10cm），孔位布置如圖2 所示。

圖2 巖壁吊車(chē)梁固結(jié)灌漿布置圖（單位：m）

表1 廠房巖壁吊車(chē)梁固結(jié)灌漿區(qū)域

在具體施工過(guò)程中，要注意以下要點(diǎn)：固結(jié)灌漿采用全孔一次從底孔灌至頂孔。采用φ45mm機(jī)械塞進(jìn)行卡塞灌注，塞位控制在20cm～30cm。在灌漿固結(jié)環(huán)節(jié)，除須使用純水泥漿外，還要確保灌漿漿液濃度能以“由稀變濃、逐級(jí)變漿”的原則進(jìn)行施工；該工程采用了4 個(gè)比級(jí)的水泥漿液的水灰比，分別為2 ∶1、1 ∶1、0.8 ∶1、0.5 ∶1。

漿液變換標(biāo)準(zhǔn)如下：①灌漿壓力保持不變而注入率持續(xù)減少，或注入率不變而壓力持續(xù)升高時(shí)，不得改變水灰比。②當(dāng)某一級(jí)漿液注入量達(dá)到300L 以上，而灌漿壓力和注入率無(wú)改變或改變不明顯時(shí)，可加濃一級(jí)。③當(dāng)注入率大于30L/min 時(shí)，可視情況越級(jí)變漿。

在灌漿孔順序方面，不僅要將其分為兩序，還要嚴(yán)格遵循“分序加密”這一原則；具體在實(shí)際施工中，在要先完成I 序孔施工后，方可對(duì)II 序孔進(jìn)行施工。工程中，Ⅰ序孔與Ⅱ序孔固結(jié)灌漿壓力分別為0.2MPa、0.3MPa。

4.2 巖臺(tái)鉆孔作業(yè)

巖壁吊車(chē)梁巖臺(tái)⑥區(qū)豎向孔在④區(qū)開(kāi)挖鉆孔同時(shí)進(jìn)行鉆孔，成孔后孔內(nèi)插入PVC 管保護(hù)，不進(jìn)行裝藥，待⑥區(qū)斜孔鉆孔完成后一塊爆破。斜向光爆孔在⑤區(qū)開(kāi)挖完成后，搭設(shè)斜樣架進(jìn)行鉆孔，采用YT28 手風(fēng)鉆鉆孔，孔徑為φ42mm，孔間距均為30cm（預(yù)固結(jié)灌漿區(qū)域間距25cm）[2]。垂直孔和斜向孔采用搭設(shè)鋼管樣架進(jìn)行鉆孔角度、長(zhǎng)度控制，樣架搭設(shè)詳見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 ⑥區(qū)垂直孔樣架

圖4 ⑥區(qū)斜孔樣架

樣架搭設(shè)前由專業(yè)測(cè)量人員進(jìn)行樣架搭設(shè)放樣，放樣內(nèi)容包括樣架定位點(diǎn)、樣架高程控制點(diǎn)、爆破孔孔位布置點(diǎn)。搭設(shè)人員根據(jù)測(cè)量點(diǎn)位及鉆孔角度進(jìn)行樣架搭設(shè)，在垂直孔樣架和斜孔樣架搭設(shè)完畢后，須由測(cè)量人員對(duì)樣架定位管進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)收，保證定位準(zhǔn)確。

巖臺(tái)鉆孔導(dǎo)向管采用φ48mm，壁厚3mm 鋼管和φ30mm硬質(zhì)橡膠管雙套管結(jié)構(gòu)，縮小鉆桿與導(dǎo)向管之間間隙，降低鉆孔過(guò)程中由于鉆桿的晃動(dòng)引起漂鉆偏孔，開(kāi)鉆前由測(cè)量隊(duì)采用全站儀對(duì)鉆孔樣架高程、角度進(jìn)行復(fù)核。

另外，對(duì)質(zhì)檢人員來(lái)說(shuō)，為確保所檢查結(jié)果的準(zhǔn)確性，要使用鋼卷尺、電子角度儀、水平尺等設(shè)備來(lái)鉆前校核即將投入使用的鉆孔排，且在所得檢查結(jié)果確認(rèn)沒(méi)有發(fā)生變形和移位前提下，方可讓施工人員進(jìn)行開(kāi)鉆施工。

在鉆孔過(guò)程中，由技術(shù)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)旁站，確保鉆孔質(zhì)量。同時(shí)為避免巖臺(tái)出現(xiàn)欠挖，影響后續(xù)巖錨梁鋼筋綁扎，垂直孔向外偏斜1°，孔底超鉆5cm，斜向孔開(kāi)孔位置向下3cm，孔底超鉆5cm 進(jìn)行控制。

4.3 巖臺(tái)下拐點(diǎn)增加鎖口錨桿

巖壁吊車(chē)梁⑤區(qū)開(kāi)挖完成后，對(duì)巖臺(tái)下拐點(diǎn)以下邊墻圍巖情況進(jìn)行排查，對(duì)節(jié)理密集帶部位采用對(duì)下拐點(diǎn)進(jìn)行鎖口錨桿施工，鎖口錨桿位于下拐點(diǎn)以下0.2m 處（高程EL34.680），采用砂漿錨桿，直徑22mm，長(zhǎng)3.0m，入巖2.85m，間距1.0m；同時(shí)下拐點(diǎn)以下50cm 掛φ8mm@200mm鋼筋網(wǎng)，噴射15cm 厚C25 混凝土，形成鎖口錨噴支護(hù)，進(jìn)而保證巖臺(tái)下拐點(diǎn)開(kāi)挖完整性。

4.4 爆破參數(shù)控制

為取得巖臺(tái)爆破最優(yōu)爆破參數(shù)，在廠房④區(qū)下游側(cè)CZ0-41.500～CZ0-21.700，長(zhǎng)19.8m、寬0.75m、高3.52m，進(jìn)行巖臺(tái)1：1 爆破試驗(yàn)，采用55g/m、65g/m、75g/m 和4 根導(dǎo)爆索，四種線裝藥密度對(duì)比分析，每種線裝藥密度裝約5m爆破范圍，驗(yàn)證鉆孔樣架搭設(shè)的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性；確定光爆孔的孔位、孔距、孔斜、孔深；選定最優(yōu)巖臺(tái)光面爆破參數(shù)如下：1）巖臺(tái)采用垂直孔和斜向孔同時(shí)起爆方式。2）炮孔直徑為φ42mm，孔距25cm～30cm，豎孔孔深2.27m，斜孔孔深1.51m，線裝藥密度約為65g/m（垂直孔安裝6 節(jié)25g 藥卷、斜向孔安裝4 卷25g 藥卷）。3）節(jié)理密集帶部位直接采用4 根導(dǎo)爆索并聯(lián)結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝藥[4]。

4.5 成型效果

通過(guò)對(duì)巖壁吊車(chē)梁區(qū)域提前固結(jié)灌漿、下拐點(diǎn)預(yù)支護(hù)、搭設(shè)精準(zhǔn)鉆孔樣架、挑選技術(shù)精湛鉆工、優(yōu)化爆破參數(shù)和進(jìn)行嚴(yán)格地施工管控，巖臺(tái)除節(jié)理密集帶小范圍直壁超挖外，開(kāi)挖成型完整率達(dá)到95%以上。

巖臺(tái)開(kāi)挖取得理想效果（見(jiàn)圖5）：①巖臺(tái)整體平整、整齊，無(wú)欠挖，最大超挖13.6cm，最小超挖3cm。②巖臺(tái)殘孔垂直孔與斜孔相連，殘孔率達(dá)到98%以上。③下拐點(diǎn)及垂直邊墻均保留完整。④殘孔中無(wú)爆破破壞裂隙，對(duì)巖體擾動(dòng)較小。

圖5 理想效果下的巖臺(tái)開(kāi)挖示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

在五岳抽水蓄能電站巖壁吊車(chē)梁開(kāi)挖過(guò)程中，采用分薄層開(kāi)挖、對(duì)節(jié)理密集帶與斷層處進(jìn)行固結(jié)灌漿、爆破前對(duì)巖臺(tái)下拐點(diǎn)進(jìn)行鎖口錨桿加固、采用精細(xì)化鉆孔手段、合理的技術(shù)超挖方法以及最優(yōu)的裝藥結(jié)構(gòu)，在爆破的過(guò)程中根據(jù)地質(zhì)情況及時(shí)進(jìn)行“一炮一設(shè)計(jì)，一炮一驗(yàn)收，一炮一總結(jié)”。該工程巖壁吊車(chē)梁通過(guò)精細(xì)化開(kāi)挖施工，并在完成后確保了工程平整度好、殘孔率高、質(zhì)量?jī)?yōu)良的特征，值得進(jìn)一步推廣與應(yīng)用。