王長城

(中國水利水電第六工程局有限公司，沈陽，110013)

1 工程概況

烏東德水電站右岸地下廠房位于峽谷岸坡內(nèi)，巖體主要為已灰色中厚～厚層白云巖及灰?guī)r，距岸邊距離約120m，洞室埋深210m～390m。主廠房洞軸線方向?yàn)?5°，與巖層走向夾角約20°～30°，廠房的開挖尺寸為333.00m×30.50m(32.50m)×89.80m，巖錨梁位于主廠房第Ⅲ層，通長布置。巖錨梁巖臺頂部設(shè)計(jì)寬度為1m，高4.1m，巖臺上拐點(diǎn)設(shè)計(jì)高程837.58m，下拐點(diǎn)設(shè)計(jì)高程835.9m。

2 巖錨梁開挖技術(shù)要求

根據(jù)《烏東德水電站地下洞室開挖及支護(hù)施工技術(shù)要求》的要求，巖錨梁開挖需滿足以下要求：

(1)巖錨梁壁面不允許欠挖，超挖不超過10cm，對于巖臺斜面的兩個(gè)轉(zhuǎn)角點(diǎn)要保持較好輪廓尺寸和圍巖的完整。斜面與水平面的夾角與設(shè)計(jì)值相比應(yīng)偏小，偏小值應(yīng)不大于3°。

(2)控制爆破振動，以減小由于爆破而產(chǎn)生的圍巖爆破影響深度，實(shí)測壁面爆破影響深度小于20cm。

(3)巖錨梁部位預(yù)裂爆破或光面爆破半孔率應(yīng)達(dá)到85%以上，表面基本平整無明顯裂隙。該部位周邊孔應(yīng)在斷面輪廓線上開孔，其孔位偏差應(yīng)不大于5cm。

3 影響主廠房巖錨梁成型主要不良地質(zhì)條件

3.1 層間附碳質(zhì)薄膜

碳質(zhì)薄膜區(qū)域充填碎裂巖，斷面附碳質(zhì)薄膜，局部潮濕，巖面光滑。巖性為灰黑色中厚～厚層局部夾薄層白云巖，層面等結(jié)構(gòu)面多附碳質(zhì)薄膜。其抗剪強(qiáng)度參數(shù)f′=0.4，c′=25kPa，其抗剪強(qiáng)度低，在地應(yīng)力作用下易產(chǎn)生變形與滑動，層間結(jié)合松弛，容易離層脫離，對巖錨梁和高邊墻穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。

3.2 小夾角巖層

洞室軸線與巖層走向小角度相交(約20°～30°)，其主廠房巖層走向與洞軸線(交角≤30°的占55%)近于平行，巖層較薄，開挖后高邊墻巖體卸荷松弛穩(wěn)定問題極為突出，容易出現(xiàn)塌落、順層剝落、片幫等變形破壞。而且緩傾角節(jié)理相對發(fā)育，受小夾角與緩傾節(jié)理切割，巖錨梁成型較為困難。

4 保證不良地質(zhì)段巖錨梁開挖質(zhì)量采取的技術(shù)方案

對于不良地質(zhì)段巖錨梁，需提高區(qū)域內(nèi)巖層抗剪強(qiáng)度，加強(qiáng)圍巖的整體性及穩(wěn)定性，為后續(xù)巖錨梁橋機(jī)安全運(yùn)行提供有力保障。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)勘察情況，對主廠房巖錨梁區(qū)域進(jìn)行重新分層分區(qū)的開挖調(diào)整，預(yù)留兩層保護(hù)層，通過多次1∶1模擬試驗(yàn)，小孔徑小藥量精細(xì)化爆破，確定爆破最優(yōu)參數(shù)。對不良地質(zhì)段增加超前錨固措施，在圍巖爆破開挖前完成錨固，以減少爆破對巖錨梁區(qū)域巖壁損傷，保證巖臺成型質(zhì)量。

4.1 調(diào)整開挖分層分區(qū)減少爆破振動

巖錨梁位于主廠房Ⅲ層，開挖尺寸為333.00m×30.50m(32.50m)×9.6m。

圖1 主廠房Ⅲ層開挖施工程序示意

主廠房第Ⅲ層巖錨梁開挖首先啟動①區(qū)中間拉槽施工，寬度為12m，梯段高度為5.5m，梯段開挖時(shí)兩側(cè)施工預(yù)裂。

②區(qū)開挖為保護(hù)層梯段開挖，滯后①區(qū)拉槽開挖約30m，單側(cè)開挖寬度為5.25m，高度為5.5m。

③區(qū)開挖為巖錨梁外側(cè)保護(hù)層第一層開挖，滯后②區(qū)保護(hù)層30m，單側(cè)開挖寬度為4.0m，開挖高度為4.0m，與巖臺分界處進(jìn)行光面爆破。

④區(qū)開挖為第二次中間拉槽開挖，待①區(qū)拉槽結(jié)束后滯后③區(qū)30m時(shí)進(jìn)行開挖，開挖寬度為12m，高度為4.1m，兩側(cè)施工預(yù)裂。

⑤區(qū)為第二次保護(hù)層開挖，滯后④區(qū)拉槽開挖約30m，開挖寬度5.25m，高度4.1m，光面爆破。

⑥區(qū)開挖為巖錨梁外側(cè)保護(hù)層第二層開挖，滯后⑤區(qū)保護(hù)層開挖30m，單側(cè)開挖寬度為4.0m，開挖高度為3.0m，光面爆破。

⑦區(qū)開挖為巖錨梁外側(cè)保護(hù)層第二層開挖，滯后⑥區(qū)保護(hù)層30m，單側(cè)開挖寬度為4.0m，開挖高度為2.60m，光面爆破。

⑧區(qū)為巖錨梁下拐點(diǎn)以下4m范圍邊墻的系統(tǒng)支護(hù)施工(不含錨索施工)，在⑦區(qū)開挖完成后，進(jìn)行巖錨梁以下邊墻系統(tǒng)支護(hù)，鎖定邊墻巖體，減小巖錨梁開挖爆破損傷。

⑨區(qū)為巖錨梁巖臺開挖支護(hù)。

4.2 不良地質(zhì)段圍巖超前錨固

根據(jù)巖錨梁不良地質(zhì)段的巖層特性，在巖錨梁巖臺外側(cè)4m厚保護(hù)層開挖前，對巖錨梁區(qū)域進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿及短錨桿預(yù)錨固的措施，加強(qiáng)整體圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4.2.1 實(shí)施預(yù)固結(jié)灌漿改善圍巖條件

主廠房在巖錨梁巖臺外側(cè)4m厚保護(hù)層開挖前，保護(hù)層巖面采用高壓水沖洗后，噴15cm厚C25混凝土封閉巖面。在保護(hù)層立面穿過保護(hù)層巖體鉆垂直于巖面的預(yù)固結(jié)灌漿孔，孔徑φ76mm，灌漿孔孔深為10m，孔間距2.0m，排距2.0m。分兩序兩段施灌，第一段灌漿長3m，灌漿壓力為0.3MPa～0.5MPa；第二段灌漿長7m，灌漿壓力為0.8MPa～1.2MPa。灌漿材料采用高抗硫酸鹽水泥。

圖2 超前預(yù)固結(jié)灌漿示意

4.2.2 施工預(yù)錨固錨桿提前鎖定開挖巖體

在巖錨梁巖臺外側(cè)4m厚保護(hù)層開挖前，穿過保護(hù)層在中間拉槽區(qū)域向預(yù)留保護(hù)層鉆垂直向、傾斜向錨桿孔，安裝超前錨桿對巖臺開挖區(qū)域進(jìn)行超前錨固。巖臺每個(gè)橫斷面增加布置3根錨桿，錨桿為φ25mm，入巖深度3.1m，錨桿安裝超入設(shè)計(jì)邊線10cm，軸向間距1.5m，錨桿造孔深度7m～8.5m。①號錨桿上仰20°，理論開孔高程為837.6m；②號錨桿上仰15°，理論開孔高程為837.1m；③號錨桿垂直巖面，理論開孔高程為EL836.55m?，F(xiàn)場施工時(shí)，根據(jù)實(shí)際開挖邊線，測量逐孔放樣，確定錨桿角度及鉆孔孔深，保證錨桿質(zhì)量。

圖3 超前預(yù)錨固錨桿示意

4.3 巖臺成型保證技術(shù)

4.3.1 實(shí)施巖臺模擬試驗(yàn)確定最優(yōu)爆破參數(shù)

在巖錨梁巖臺正式開挖前，按照1∶1的模擬比例進(jìn)行爆破試驗(yàn)以確定巖錨梁巖臺開挖爆破參數(shù)。在不良地質(zhì)段范圍內(nèi)挑選30m進(jìn)行巖臺及光面保護(hù)層實(shí)驗(yàn)，巖臺及保護(hù)層每次爆破試驗(yàn)段長約為10m，爆破試驗(yàn)參數(shù)根據(jù)不同的工程地質(zhì)條件，逐孔進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。爆破試驗(yàn)實(shí)施總路線如下：爆破試驗(yàn)部位→爆破試驗(yàn)測點(diǎn)布設(shè)→爆破試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集→爆破試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理→優(yōu)化爆破參數(shù)→下一循環(huán)試驗(yàn)。開挖程序見圖4。

圖4 廠房巖錨梁試驗(yàn)開挖順序

試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證和優(yōu)化爆破參數(shù)，尤其是爆破最大單響藥量，避免單響藥量過大對兩側(cè)的巖壁梁保留巖體產(chǎn)生影響；獲取爆破振動衰減傳爆規(guī)律，為本層開挖質(zhì)點(diǎn)振動速度控制提供依據(jù)。每段進(jìn)行兩次爆破試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)效果確定是否進(jìn)行第三次試驗(yàn)，以達(dá)到理想的爆破效果。每次爆破后均對爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以取得廠房巖錨梁開挖爆破的最優(yōu)參數(shù)。

4.3.2 巖臺豎向孔埋設(shè)PVC管護(hù)壁

在進(jìn)行4m厚保護(hù)層爆破施工時(shí)為避免已施工完成的巖臺豎向孔塌孔，被爆破碎石堵塞，造成經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)也影響施工進(jìn)度，對此，在巖臺豎向孔造孔完成后在孔內(nèi)安裝φ32PVC管。其作用在于當(dāng)4m厚保護(hù)層爆破時(shí)豎向孔塌落的碎石不堵塞已施工完成的孔身，并在接下來巖錨梁巖臺爆破時(shí)起緩沖作用，避免藥卷爆炸時(shí)瞬間強(qiáng)大的作用力直接作用在廠房邊墻上，使殘孔產(chǎn)生裂隙，影響巖錨梁安全。

4.3.3 巖錨梁巖臺下拐點(diǎn)系統(tǒng)錨桿的預(yù)支護(hù)及護(hù)角角鋼安裝

為減少巖錨梁部位巖壁的松弛，保證巖錨梁成型，提前完成巖錨梁下拐點(diǎn)以下系統(tǒng)錨桿施工，來鎖定下拐點(diǎn)部位巖體，并在距巖錨梁最近的一排錨桿上安裝∠63mm×63mm×5mm護(hù)角角鋼，進(jìn)一步防護(hù)巖錨梁下拐點(diǎn)巖臺。角鋼利用周邊系統(tǒng)錨桿焊接，角鋼一面與系統(tǒng)錨桿滿焊，另一面緊貼巖壁，焊接完成后，用M10水泥砂漿將角鋼不能與巖壁完全契合巖壁的縫隙部分填滿，防護(hù)巖壁。

4.3.4 特殊不良地質(zhì)段臨時(shí)噴混凝土支護(hù)

對于巖錨梁地質(zhì)極差部位，在完成巖錨梁保護(hù)層開挖施工后，利用Aliva-500濕噴機(jī)噴5cm厚C25混凝土對巖面進(jìn)行臨時(shí)封閉，減少爆破后巖面的松弛卸荷及周邊爆破震動對巖錨梁巖層的影響。

4.4 不良地質(zhì)集中發(fā)育段巖錨梁開挖技術(shù)

對于層間附碳質(zhì)薄膜與極薄層小夾角集中區(qū)域，經(jīng)預(yù)錨固、預(yù)灌漿后，高邊墻穩(wěn)定性仍然較差，此類巖錨梁巖臺不足以滿足后期承載力要求。故此，對巖錨梁巖臺進(jìn)行挖除增加支撐墻處理，巖錨梁結(jié)構(gòu)修改為支撐墻巖錨梁：①對主廠房上游邊墻樁號Yc=1+080.00m～Yc=1+130.00m及樁號Yc=1+176.00m～Yc=1+207.00m段原設(shè)計(jì)1.0m寬的斜巖臺不再保留，在開挖時(shí)，直接挖除，直至高程808.85m，后期澆筑混凝土承重巖錨梁橋機(jī)；②開挖后，立即對巖體進(jìn)行5cm鋼纖維噴混凝土對巖體進(jìn)行封閉，減少邊墻卸荷；③原設(shè)計(jì)2排巖錨梁預(yù)應(yīng)力錨桿不變，另增加一排支撐墻巖錨梁200kN預(yù)應(yīng)力錨桿，提高巖錨梁承載力；④對區(qū)域內(nèi)高程839.70m～808.85m范圍支護(hù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，系統(tǒng)錨桿、錨索加密加長，將原6m砂漿錨桿改為12m帶墊板砂漿錨桿，錨桿間距調(diào)整為1m×1m，加強(qiáng)巖體錨固；⑤巖錨梁支撐墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墻高30.85m，支撐墻內(nèi)設(shè)雙層鋼筋，襯砌厚度1m。墻底傳力至水輪機(jī)層大體積混凝土內(nèi)，混凝土澆筑完畢后，對上游支撐墻體進(jìn)行固結(jié)灌漿，固結(jié)灌漿孔深15m，孔徑φ56mm。其方案及結(jié)構(gòu)見圖5。

圖5 支撐墻巖錨梁方案及結(jié)構(gòu)

5 巖錨梁開挖質(zhì)量保證技術(shù)

(1)巖錨梁開挖前由測量人員放線，測量落實(shí)到人，并填寫測量放樣記錄單。

(2)造孔前對孔位進(jìn)行編號，填寫鉆孔責(zé)任分區(qū)表，將每孔的鉆孔質(zhì)量落實(shí)到個(gè)人。

(3)深度檢查采用以5m為一段的兩端孔立上標(biāo)志桿，在巖壁梁臺上方、外側(cè)50cm～100cm處標(biāo)記、拉線，然后量測?？灼珳\則重新施鉆，孔偏深則在孔底墊巖粉。

(4)施工過程中質(zhì)檢人員采用三角樣板及地質(zhì)羅盤儀控制鉆孔角度及方向。鉆孔后，由質(zhì)檢人員對鉆孔深度、角度、孔位進(jìn)行檢查，對不合格的鉆孔，進(jìn)行重新鉆孔，驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行下一工序。

(5)爆破后，由測量部進(jìn)行圍巖變形觀測，地質(zhì)工程師對圍巖情況進(jìn)行描述，質(zhì)檢部對圍巖表面爆破裂隙、殘孔痕跡進(jìn)行描述，技術(shù)部根據(jù)測量、地質(zhì)、質(zhì)檢的描述，對爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，繪制爆破圖。

(6)成立巖錨梁專業(yè)施工管控QC小組，對巖錨梁開挖施工進(jìn)行全過程管控。

6 巖錨梁開挖質(zhì)量成果

主廠房不良地質(zhì)段巖錨梁開挖通過實(shí)施上述技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)了巖錨梁不良地質(zhì)段開挖半孔保存率85%，開挖界面不平整度9.2cm，平均超挖9.8cm，工程質(zhì)量優(yōu)良。爆破開挖時(shí)對爆破區(qū)域進(jìn)行質(zhì)點(diǎn)爆破振動監(jiān)測，最大質(zhì)點(diǎn)震動均不超過3cm/s，區(qū)域內(nèi)爆破振動對巖壁影響較小，屬合理爆破，爆破振動監(jiān)測成果如下。

表1 主廠房上游1+190～1+235爆破振動檢測成果

表2 主廠房上游1+79.8～1+136.5爆破振動檢測成果

7 結(jié)語

烏東德右岸主廠房巖錨梁巖臺開挖是整個(gè)右岸地下廠房開挖施工的重點(diǎn)與難點(diǎn)，由于右岸地下廠房特殊地質(zhì)因素，不良地質(zhì)段巖錨梁的開挖質(zhì)量面臨巨大考驗(yàn)。在通過一系列的錨固優(yōu)化手段后，保證了不良地質(zhì)段巖錨梁開挖后壁面不欠挖、超挖不超過10cm、半孔率均在85%以上的技術(shù)要求，且爆破后的影響深度監(jiān)測均在20cm以內(nèi)，巖層表面也無明顯裂隙，確保了巖錨梁開挖的樣板水平，為后期巖錨梁澆筑混凝土奠定了良好的基礎(chǔ)，值得以后類似工程借鑒。