曾 強(qiáng)，宋 虎，高 海 偉，傅 睿

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

巖錨梁主要應(yīng)用于國內(nèi)外大型水利水電樞紐工程地下廠房中。與其他結(jié)構(gòu)梁相比，巖錨梁能縮窄地下廠房的跨度，減少開挖工程量，降低工程造價(jià)，增加洞室的穩(wěn)定[1]。同時(shí)，巖錨梁作為一種特殊的結(jié)構(gòu)形式可以讓吊車或用于施工的臨時(shí)橋機(jī)先期投入運(yùn)行，加快廠房下部開挖及混凝土和機(jī)組的安裝進(jìn)度，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。由于其結(jié)構(gòu)的特殊性和重要性，巖錨梁開挖質(zhì)量要求高，工藝要求嚴(yán)格，技術(shù)難度大，巖錨梁開挖的成型質(zhì)量直接影響到后期巖錨梁的運(yùn)行安全，是巖錨梁成敗與否的第一關(guān)鍵要素。復(fù)雜地質(zhì)條件下巖錨梁的開挖難度更大，對(duì)技術(shù)要求更高。筆者以白鶴灘水電站左岸地下廠房巖錨梁開挖為例，總結(jié)了巨型水電站在復(fù)雜地質(zhì)條件下采用的巖錨梁開挖施工技術(shù)。

白鶴灘水電站左岸地下廠房最大開挖尺寸為453 m×34 m(31 m)×88.7 m(長×寬×高)，巖錨梁以上的開挖寬度為34 m，巖錨梁以下的開挖寬度為31 m。巖錨梁布置在主副廠房洞室上下游兩側(cè)、空調(diào)機(jī)房與副廠房之間(單邊長度為406 m，左廠0+366.4～左廠0-039.6)，上拐點(diǎn)高程為604.44 m，下拐點(diǎn)高程為602.3 m，巖臺(tái)斜面與鉛垂面的夾角為35°，巖臺(tái)開挖寬度為1.5 m。

左岸主廠房巖壁吊車梁巖性為P2β31層角礫熔巖、杏仁狀玄武巖、斜斑玄武巖、隱晶質(zhì)玄武巖，北端部分為第Ⅲ類柱狀節(jié)理玄武巖。地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，上游側(cè)巖壁梁樁號(hào)為左廠0+240～左廠0+270，下游側(cè)巖壁梁樁號(hào)為左廠0+245～左廠0+275發(fā)育斷層f717、長大裂隙T720、T721。其中優(yōu)勢裂隙共3組：①NW向陡傾角裂隙：N40°～70°W，SW∠80°～85°(與地下廠房軸線夾角為60°～90°)；②緩傾角裂隙：N40°～50°E，SE∠15°～20°；③陡傾角裂隙：N10°～40°W，SW(NE)∠60°～80°。裂隙組合易在巖錨梁形成潛在不穩(wěn)定塊體。裂隙②傾角較緩，走向與廠房軸線夾角較小，延伸范圍較大，與陡傾角裂隙組合影響巖錨梁成型；巖錨梁北段發(fā)育層間錯(cuò)動(dòng)帶C2及第三類柱狀節(jié)理玄武巖，對(duì)巖錨梁成型及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定影響較大。鑒于以上所述的地質(zhì)情況，制定合理的分區(qū)分塊非常重要。

2 施工開挖的合理分區(qū)與分塊

白鶴灘水電站左岸廠房巖錨梁位于廠房開挖第Ⅲ層，層高11 m。為減小爆破振動(dòng)對(duì)高邊墻圍巖的影響，保證巖錨梁壁的成型質(zhì)量、改善巖錨梁的受力狀態(tài),同時(shí)，綜合考慮下一層開挖鉆機(jī)施鉆操作空間問題，將巖錨梁層分為三大區(qū)、六小區(qū)開挖：中部拉槽區(qū)(分兩層開挖，單層高度為5.5 m，寬21 m)，保護(hù)層區(qū)(分三層開挖，寬5 m，分層高度分別為3.4 m、3.8 m、3.8 m)，巖臺(tái)區(qū)(寬1.5 m)。具體分區(qū)情況見圖1。中部拉槽區(qū)采用ROC-D9液壓鉆鉆豎向孔薄層梯段開挖；保護(hù)層和巖臺(tái)區(qū)采用鋼管樣架導(dǎo)向配合YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，光爆開挖。樣架導(dǎo)向管由內(nèi)、外導(dǎo)向管組成，分別采用Φ32和Φ48鋼管。

圖1 巖錨梁分層分區(qū)示意圖

3 仿真試驗(yàn)

為保證巖錨梁開挖的成型質(zhì)量，在廠房巖錨梁開挖前，針對(duì)廠房巖錨梁保護(hù)層和巖臺(tái)開挖在廠房第Ⅱ?qū)又胁坷蹍^(qū)內(nèi)抽槽形成工作面進(jìn)行鉆孔布置、裝藥結(jié)構(gòu)等鉆爆參數(shù)1∶1仿真試驗(yàn)[2，3]。通過對(duì)巖臺(tái)面平整度、光爆孔殘留半孔率、拐角巖體保留的完整性及有無超欠挖等方面進(jìn)行的綜合分析，結(jié)合爆破振動(dòng)監(jiān)測與巖體聲波監(jiān)測成果確定滿足相關(guān)技術(shù)與質(zhì)量要求的巖錨梁巖臺(tái)及保護(hù)層施工的鉆爆參數(shù)與施工工藝。由于廠房第Ⅱ?qū)又胁坷蹍^(qū)抽槽形成的工作面距離巖錨梁開挖區(qū)較近，地質(zhì)條件與巖錨梁地質(zhì)條件較為接近，故爆破試驗(yàn)成果具有很好的代表性。通過4個(gè)部位、33組仿真試驗(yàn)，根據(jù)爆破試驗(yàn)成果確定的、滿足相關(guān)技術(shù)與質(zhì)量要求的巖錨梁開挖施工的鉆爆參數(shù)與施工工藝為：

(1)巖錨梁保護(hù)層采用豎向光爆，樣架導(dǎo)向配合YT-28手風(fēng)鉆造孔，孔徑42 mm，巖錨梁保護(hù)層鉆爆參數(shù)見表1。

(2)巖錨梁巖臺(tái)區(qū)的開挖采用“雙導(dǎo)向、密布孔、小藥量光面爆破”，樣架導(dǎo)向配合YT-28手風(fēng)鉆造孔，孔徑42 mm，巖錨梁巖臺(tái)區(qū)鉆爆參數(shù)見表2。

4 巖錨梁開挖施工技術(shù)

4.1 施工程序

巖錨梁層開挖采用的主要施工程序：中部拉槽區(qū)施工預(yù)裂→中部拉槽Ⅲ1-1區(qū)開挖→保護(hù)層Ⅲ2-1開挖→Ⅲ3區(qū)豎向光爆孔和輔助孔提前造孔(插PVC管進(jìn)行保護(hù))→中部拉槽Ⅲ1-2區(qū)開挖→保護(hù)層Ⅲ2-2、Ⅲ2-3區(qū)依次開挖→Ⅲ3區(qū)巖臺(tái)開挖→系統(tǒng)支護(hù)。

4.2 施工方法

(1)中部拉槽區(qū)開挖。中部拉槽區(qū)采用ROC-D9液壓鉆鉆豎向孔薄層梯段開挖。為減少爆破振動(dòng)對(duì)高邊墻圍巖和巖錨梁永久結(jié)構(gòu)面的振動(dòng)影響，中部拉槽區(qū)與兩側(cè)保護(hù)層之間設(shè)置了一排施工預(yù)裂孔，預(yù)裂孔在中部拉槽梯段爆破時(shí)與主爆孔同步爆破，采用延期雷管保證預(yù)裂孔先于主爆孔爆破，同時(shí)，為控制單次爆破規(guī)模和單響藥量，中部拉槽區(qū)采取薄層梯段爆破開挖(梯段深度為5.5 m)。

(2)保護(hù)層區(qū)開挖。巖錨梁保護(hù)層采用豎向光爆，爆破孔采用YT-28手風(fēng)鉆造孔。因巖錨梁地質(zhì)條件復(fù)雜，為減小中部拉槽爆破對(duì)巖錨梁永久結(jié)構(gòu)面的振動(dòng)影響和控制巖錨梁結(jié)構(gòu)面的卸荷松弛變形，將該工程巖錨梁保護(hù)層厚度由常規(guī)的3 m增加到5 m。為解決保護(hù)層開挖后巖臺(tái)開挖區(qū)垂直光爆孔和主爆孔造孔空間狹小和施工道路布置困難等不利條件，巖錨梁保護(hù)層Ⅲ2-1開挖時(shí)，同時(shí)進(jìn)行巖臺(tái)區(qū)垂直孔的造孔施工。為保證巖錨梁保護(hù)層的鉆孔質(zhì)量，嚴(yán)格控制超欠挖，巖錨梁保護(hù)層Ⅲ2-1區(qū)光爆孔和巖臺(tái)區(qū)垂直孔采用樣架進(jìn)行導(dǎo)向[4]，樣架采用Φ48架管搭設(shè)，全站儀測量定位。由于巖臺(tái)區(qū)巖體內(nèi)部裂隙發(fā)育，為避免提前完成的豎向孔后期出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，巖臺(tái)區(qū)豎向孔造孔完成后采用Φ32 PVC管(L=3 m)插入爆破孔進(jìn)行保護(hù)，孔口采用棉紗堵塞。中部拉槽Ⅲ1-1區(qū)開挖后，上游部分洞段緩傾角裂隙與陡傾節(jié)理密集發(fā)育，相互切割，下游側(cè)除以上節(jié)理裂隙外，還有順層裂隙(傾向臨空面)發(fā)育，在高地應(yīng)力作用下，開挖后快速卸荷造成兩側(cè)Ⅲ2-1區(qū)保護(hù)層沿裂隙面發(fā)生松弛、坍塌，此時(shí)，采用豎直起爆的方式爆破孔不能很好的成孔。對(duì)于該部分洞段的開挖，將開挖方式調(diào)整為“YT-28手風(fēng)鉆水平平推+豎直光爆”，豎直光爆孔采用樣架導(dǎo)向造孔。

表1 巖錨梁保護(hù)層裝藥參數(shù)表

表2 巖錨梁巖臺(tái)區(qū)裝藥參數(shù)表

巖錨梁部位地質(zhì)條件復(fù)雜，處于應(yīng)力集中區(qū)，同時(shí)密集發(fā)育傾向臨空面的節(jié)理裂隙，為防止巖臺(tái)區(qū)松弛垮塌影響巖錨梁巖臺(tái)的成型質(zhì)量，巖錨梁Ⅲ2-1層開挖結(jié)束后，對(duì)Ⅲ3區(qū)臨時(shí)結(jié)構(gòu)面采用8 cm厚鋼纖維混凝土和3排全螺紋纖維增強(qiáng)型樹脂錨桿進(jìn)行施工期預(yù)錨固[5]以減小圍巖松弛變形。針對(duì)圍巖特別破碎洞段，對(duì)Ⅲ3區(qū)采用15 cm厚鋼纖維混凝土和預(yù)固結(jié)灌漿實(shí)施錨固以提高Ⅲ3區(qū)巖層的完整性。巖錨梁保護(hù)層開挖完成后，立即進(jìn)行巖錨梁下拐點(diǎn)(高程602.3 m)以下的系統(tǒng)支護(hù)，以減小巖錨梁在開挖爆破過程中遭受爆破振動(dòng)的影響，保證巖錨梁開挖成型的質(zhì)量[6]。

(3)巖臺(tái)區(qū)開挖。巖錨梁巖臺(tái)區(qū)采用“雙導(dǎo)向、密布孔、小藥量光面爆破”，巖臺(tái)區(qū)爆破孔采用YT-28手風(fēng)鉆造孔，樣架導(dǎo)向，樣架采用Φ48架管搭設(shè)，全站儀測量定位。巖臺(tái)區(qū)豎直孔在Ⅲ2-1區(qū)爆破前造孔完成，斜巖臺(tái)光爆孔在巖錨梁下拐點(diǎn)(高程602.3 m)以下系統(tǒng)支護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后搭設(shè)樣架進(jìn)行造孔。為保證巖錨梁不出現(xiàn)欠挖，巖臺(tái)區(qū)豎直光爆孔造孔時(shí)上拐點(diǎn)按照向巖壁內(nèi)側(cè)超挖5 cm并向下超挖5 cm進(jìn)行控制；斜巖臺(tái)光爆孔按照向巖壁外側(cè)超挖5 cm進(jìn)行控制[7]；同時(shí)，為保證巖錨梁開挖的成型質(zhì)量，巖臺(tái)區(qū)豎直光爆孔與斜巖臺(tái)光爆孔應(yīng)保持在同一平面上。為保證鉆孔質(zhì)量，嚴(yán)格控制超欠挖，所有巖臺(tái)區(qū)的爆破孔在樣架導(dǎo)向的基礎(chǔ)上采用定長鉆桿(與孔深相匹配，單獨(dú)加工)進(jìn)行鉆孔。

鉆孔完成后，對(duì)于因鉆孔過程控制不到位造成的不合格孔應(yīng)及時(shí)安排補(bǔ)鉆。對(duì)于鉆孔孔位偏差大于允許值(2 cm內(nèi))的廢孔采用速凝錨固劑在起爆前8 h進(jìn)行回填封堵并重新造孔；對(duì)于孔深超深的孔采用速凝錨固劑回填至設(shè)計(jì)孔深；對(duì)于因塌孔造成孔深不夠的孔應(yīng)及時(shí)進(jìn)行吹孔。

巖臺(tái)區(qū)爆破施工嚴(yán)格按照爆破試驗(yàn)確定的參數(shù)進(jìn)行裝藥，裝藥長度根據(jù)實(shí)際孔深進(jìn)行調(diào)整，光爆孔的裝藥全部綁在竹片上，裝藥時(shí)竹片應(yīng)緊貼保留巖壁布置。為確保爆破網(wǎng)絡(luò)的安全，避免出現(xiàn)拒爆現(xiàn)象，起爆網(wǎng)絡(luò)采用雙向起爆閉合式起爆網(wǎng)絡(luò)。巖臺(tái)區(qū)開挖成型后，對(duì)于巖面局部松動(dòng)塊體和欠挖部位采用人工清理，對(duì)于欠挖部位，嚴(yán)禁采用爆破的方式或液壓破碎錘處理。

5 實(shí)施效果

白鶴灘水電站左岸地下廠房巖錨梁于2015年10月1日啟動(dòng)開挖，2015年12月24日開挖結(jié)束，歷時(shí)85 d，共完成開挖進(jìn)尺812 m，月平均進(jìn)尺為322 m。按期完成了巖錨梁開挖，為后續(xù)巖錨梁混凝土澆筑和巖錨梁以下的開挖爭取了時(shí)間。巖錨梁采用“雙導(dǎo)向、密布孔、小藥量光面爆破”開挖方法并提前對(duì)巖臺(tái)區(qū)進(jìn)行了預(yù)錨固，各工序施工質(zhì)量全面受控、工序質(zhì)量優(yōu)良，單元驗(yàn)收合格率達(dá)100%，優(yōu)良率為95.2%。不平整度、半孔率、質(zhì)點(diǎn)振速等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足技術(shù)要求，得到了業(yè)主、監(jiān)理的一致好評(píng)。白鶴灘水電站左岸地下廠房巖錨梁開挖技術(shù)指標(biāo)見表3。

表3 巖錨梁開挖技術(shù)指標(biāo)表

6 結(jié) 語

白鶴灘水電站左岸地下廠房巖錨梁層地質(zhì)條件復(fù)雜，通過爆破試驗(yàn)確定鉆爆參數(shù)及精細(xì)化爆破開挖控制，巖錨梁開挖成型效果理想，對(duì)其他類似工程施工具有推廣和借鑒作用。

(1)復(fù)雜地質(zhì)條件下巖錨梁采用“雙導(dǎo)向、密布孔、小藥量光面爆破”進(jìn)行開挖，可以有效保證巖錨梁開挖的成型質(zhì)量，進(jìn)度、安全可控。

(2)復(fù)雜地質(zhì)條件下巖錨梁開挖前，在類似地質(zhì)洞段進(jìn)行“多參數(shù)，多組數(shù)對(duì)比爆破試驗(yàn)”，選取合適的施工工藝和爆破裝藥參數(shù)是保證巖錨梁成型質(zhì)量的關(guān)鍵。

(3)復(fù)雜地質(zhì)條件下巖錨梁巖臺(tái)區(qū)內(nèi)部裂隙發(fā)育，為避免巖臺(tái)區(qū)豎向孔后期造孔過程中出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，采取了巖臺(tái)區(qū)豎向孔提前施工、孔內(nèi)插Φ32 PVC管(L=3 m)保護(hù)、孔口采用棉紗堵塞的方式施工，實(shí)際施工效果顯著。

(4)為保證巖錨梁開挖成型，在巖體破碎段采用預(yù)錨固技術(shù)可以增加圍巖的穩(wěn)定性，減小圍巖的松弛變形，保證巖錨梁的開挖成型質(zhì)量。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際使用證明：①采用全螺紋纖維增強(qiáng)型樹脂錨桿對(duì)巖體破碎段進(jìn)行預(yù)錨固，有效遏制了巖臺(tái)區(qū)圍巖松弛，在巖臺(tái)保護(hù)層開挖時(shí)，大部分(70%以上)樹脂錨桿可以通過爆破直接爆除，剩余部分可以通過人工輕松鋸斷，實(shí)施效果良好；②對(duì)于圍巖特別破碎的洞段，對(duì)巖臺(tái)區(qū)臨空面采用15 cm厚鋼纖維混凝土和預(yù)固結(jié)灌漿錨固，對(duì)提高巖臺(tái)區(qū)巖體的完整性具有很好的效果。