新藏水电站地下厂房岩锚梁开挖施工技术

新藏水电站地下厂房岩锚梁开挖施工技术

谭素平

四川凉山水洛河电力开发有限公司四川成都610094

摘要：介绍新藏水电站的厂址区域地质条件、地层岩性以及影响因素，岩锚梁开挖施工方案以及初期支护参数，总结施工过程中及时调整控制措施，提炼出可用于类似建设环境水电工程项目的岩锚梁开挖施工基础工法。

关键词：新藏水电站；区域地质；岩锚梁；光面爆破；初期支护

新藏水电站位于四川省凉山彝族自治州木里县境内，为金沙江左岸一级支流水洛河“一库十一级”中的第七个梯级电站。电站采用引水式开发，开发任务为水力发电，兼顾下游生态环境用水。首部枢纽最大闸（坝）高15.5m，正常蓄水位2169.00m以下水库库容28.20万m3，日调节库容14.5万m3，左岸引水隧洞全长19.456km，引用流量154.5m3/s，为地下厂房，装机容量3×62MW，多年平均年发电量7.771亿kW•h（单独）/8.300亿kW•h。

地下厂房（含副厂房）洞室长81.64（13.00）m，宽20.30（18.50）m，高44.50（31.70）m。主机间上下游边墙均布置岩锚梁，轨顶高程2014.70m，岩台上拐点高程2013.97m，下拐点高程2012.50m，岩台面与上部边墙的垂直夹角25º0'0"，与下部边墙的垂直夹角65º0'0"，水平宽度0.90m，垂直高度1.92m。

岩锚梁是利用一定深度的注浆长锚杆将钢筋混凝土梁体牢牢地锚固在岩石上，承受的荷载通过长锚杆和岩石壁面摩擦力传到岩体上；是地下厂房机电安装及检修设备桥式起重机运行轨道承重永久性建筑物，与普通的现浇梁相比，不设立柱，充分利用围岩的承载能力，能缩窄地下厂房的跨度，减少工程量，降低工程造价，增加洞室的稳定；同时，岩锚梁施工是一项集光面（预裂）爆破、锚固技术、混凝土技术、应力、应变和位移量测技术于一体的综合性施工技术，技术要求高，施工难度大。

1新藏水电站厂址地质条件

1.1地层岩性

根据前期地质勘探资料显示，以新藏大桥为界，上游是三叠系板岩夹砂岩、千枚岩、灰岩等，工程区仅出露下统领麦沟组的蚀变安山岩；下游工程区内沿河出露的地层是元古界恰斯群和震旦系灯影组白云岩、大理岩，奥陶系板岩夹千枚岩、变质石英砂岩、砂岩。

1.2厂址岩体地质特征

厂址区地质构造简单，主要表现为节理裂隙，风化夹层和小断层或小型挤压破碎带出露几率较低。厂区物理地质现象主要表现为岸坡风化卸荷和岩溶，总体上岩石风化较弱，因两岸谷坡陡峻，卸荷较强烈，厂区岩溶现象不普遍。

根据《水力发电工程地质勘察规范》（GB50287-2006）附录J围岩工程地质详细分类标准，主要考虑岩体中节理裂隙的发育程度、风化卸荷状态、以及主要结构面与洞轴线的夹角、地下水活动情况等因素，同时与岩体Q系统分类进行对比，初步将厂区围岩划分为Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ共四类。详见表1-1所示。

1.3厂址地质条件评价

厂房位置山体雄厚，围岩为震旦系上统灯影组（Zbdn）块状～厚层状结构白云岩、大理岩，岩体新鲜，岩石干抗压强度85.3MPa，湿抗压强度65.7MPa，软化系数0.77，属普坚岩。厂房位置岩层产状N20～40ºE/SE∠65～70º，与厂房轴线呈较大角度相交，对厂房稳定有利。厂址区最大主应力σ1=31.75MPa，方向为N69.6°E，倾角20.4°，属高应力；最小主应力σ3=11.74MPa，方向N26.6ºW，倾角16.1º，反映了岩体应力场以水平应力场为主。

除层面外主要发育2组优势节理：①N20～40ºE/NW∠60～80º；②N60～80ºW/SW∠50～80º。岩体以块状～厚层状为主，围岩以Ⅱ、Ⅲ类为主，厂房围岩总体稳定性较好，具备开挖地下厂房的地质条件。

工程实践经验证明，在高应力区，厂房轴线方向与最大主应力夹角最好不超过30°，因此单考虑岩体应力因素，厂房轴线方向选择在N39°E～S81E°之间。结合枢纽布置需要，厂房建筑物长轴布置方向为EW，与最大主应力呈约20°夹角。

2初期支护参数

2.1主机间顶拱及周边边墙

地下厂房（含副厂房）在开挖第I层高程2025.70m～2016.70m后，顶拱部分立即实施永久锚喷支护：喷混凝土C20、厚20cm，挂钢筋网Ф8@20×20，锚杆Ф32@300，L=900cm、锚杆Ф25@300，L=450cm，采用梅花型相间布置，α=6.7º；四周边墙锚喷支护参数基本一致，岩锚梁轨顶高程2014.70m以上的边墙喷混凝土C20、厚15cm，挂钢筋网Ф8@20×20，锚杆Ф28@300，L=600cm、锚杆Ф25@300，L=450cm，采用梅花型相间布置，其中最底部的系统锚杆距离岩锚杆梁轨道高程77cm；而岩台下拐点高程2012.05m以下的边墙喷混凝土C20、厚15cm，挂钢筋网Ф8@20×20，锚杆Ф28@400，L=600cm、锚杆Ф25@400，L=450cm，采用梅花型相间布置，其中最顶部的系统锚杆距离岩台下拐点32cm。系统锚杆距离开挖面的边界距离均为32cm。

上下游岩台开挖面的初期支护单独设计。

2.2岩台面

整个岩台面（含垂直面和倾斜面）沿横断面总共布置四排锚杆，垂直边墙范围内布置两排受拉锚杆Ф32@75，L=900cm，深入基岩700cm，纵向75cm，垂直间距84cm；岩台倾斜面布置一排辅助锚杆Ф28@150，L=700cm，深入基岩600cm，距离岩台面上拐点32cm，另有一排受压锚杆杆Ф28@150，L=720cm，深入基岩600cm，距离岩台面下拐点18cm。辅助锚杆与受压锚杆的坡面距离100cm。

岩台面的四排锚杆从上到下的开口高程分别为2014.35m、2013.71m、2013.21m、2012.13m；倾斜角度分别为仰角25º、仰角20º、0º、俯角40º。

3岩锚梁开挖施工方案制定及实施

3.1分层分区

岩锚梁的开挖属于地下厂房共计六层中的第二层，开挖高程2016.70m～2010.10m，开挖高度6.6m，开挖横断面宽度从岩锚梁上部的20.30m收窄到18.50m。

施工中将第二层开挖分为两个阶段、四个区：第一阶段开挖中部核心区，采用中部掏槽的梯段爆破，开挖宽度为14.5m；第二阶段分别开挖上下游的预留保护层的岩台区，保护层的厚度200cm，岩台区的厚度90cm，将预留保护层的岩台区分为三个区，开挖顺序：Ⅰ区→Ⅱ区→Ⅲ区。具体分区参见岩壁吊车梁开挖图3-1。

3.2钻孔及爆破设计

3.2.1主爆孔

岩锚梁Ⅰ、Ⅱ区的主爆孔采用单臂凿岩台车钻孔，开孔后及时进行复检验，出现偏差应及时进行调整，保证所有钻孔落在同一平面内，相邻两孔之间的平整度不大于15cm，同时根据孔口高程计算出孔深，保证孔底落在同一高程上。钻孔直径为φ42mm，孔深3.2或3.4m，孔距120cm。

钻孔完成后装药之前，用高压风将孔内积水和岩粉（屑）冲洗干净，然后进行验孔，确保每个钻孔落在同一高程平面上，若孔深不够，必须重新进行补钻。

严格按爆破设计进行装药，主爆孔药卷直径为φ32mm，把药卷绑在足够刚度的竹片上，人工竹片缓慢插入孔中，并使竹片面向被保留的岩体，采用导爆索一次起爆，孔口采用岩粉或水泥纸堵孔，堵塞长度60～80cm。

3.2.2光爆孔

光爆孔孔距为30～35cm。初期钻孔孔距为35cm，视爆破后的效果适当调整孔距，以达到最佳爆破开挖效果。

岩锚梁Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区光爆孔钻孔采用YT-28型手风钻钻孔，钻孔时由专人负责，采用水平尺和直角尺量测，钻杆保持铅直，开孔时慢速钻进，开孔后及时进行复测，出现偏差应及时进行调整，同时根据孔口高程计算出孔深，保证孔底落在同一高程上。为保证倾斜孔的钻孔精度，经测量队放样后，用排架钢管搭设样架，样架的倾斜度和倾斜孔倾斜度一致，其向前的延长线为倾斜孔孔口位置。钻孔直径为φ42mm，Ⅰ区光爆孔孔深为3.2m，Ⅱ区光爆孔孔深为3.4m，竖直光爆孔孔深为2.78m，斜面光爆孔孔深为2.13m。竖直孔，倾斜孔位错开布置。

钻孔完成后装药之前，采用高压风冲洗孔内积水和岩粉（屑），然后进行验孔，确保每个钻孔落在同一高程平面上，若孔深不够，必须重新进行补钻。钻孔经验收合格后，严格按爆破设计进行装药，药卷直径为φ25mm，线装药密度为80～102g/m，把药卷绑在足够刚度的竹片上，人工将竹片缓慢插入孔中，并使竹片面向被保留的岩体，采用导爆索一次起爆，垂直孔口采用水泥纸浅堵孔，堵塞段长度50cm，倾斜孔采用水泥纸浅堵孔，堵塞位置距孔口距离为40cm。

岩台区开挖爆破参数汇总表

3.3不良地质段预防措施

3.3.1断层、破碎带

遇断层、破碎带时，根据监理指示采取预注浆方法固结围岩，并在已开挖部位加强系统锚杆支护。采用浅钻孔、弱爆破、多循环的施工方法，严格控制炮眼数量、深度及装药量，尽量减少爆破对围岩的震动。对地下水活动较严重地段，采取小导管预注浆或全封闭深孔固结止水注浆进行综合治理。加强施工安全监测，勤检查和巡视并及时分析监测成果和检查情况，掌握围岩应力应变情况，及时采取行之有效的支护。

3.3.2严重渗水段

开挖中渗水面积较大时，采用钻孔将水集中引入集水井中，然后用水泵抽出洞外。当地下渗漏水水量较丰富或渗水量较大时，开挖前先进行超前固结灌浆，再结合超前锚杆、超前小导管等超前支护或全封闭深孔固结止水注浆措施进行处理，并且在开挖掌子面前方保留不小于10m的搭接长度。

3.4施工期间的监控量测

施工期间，以仪器监测为主，以人工巡视为辅，加强对围岩软弱部位的巡视检查，监测项目主要是收敛变形监测。采用钢尺收敛计进行收敛变形监测，以便总体掌握边墙稳定情况，原则上每间隔50m设置一个收敛变形监测断面，每个断面3个对测点。根据变形速率推断以后变形量，及时掌握断面尺寸的变形情况，了解围岩的松驰程度和影响范围，根据实测值与允许值比较，来调整支护参数，进行安全预报。

3.5质量控制标准

（1）残留炮孔在顶拱均匀分布，炮孔残留率：较完整岩石炮孔残留率在90%以上，较破碎岩石炮孔残留率在60%以上，破碎岩石炮孔残留率在30%以上。

（2）相邻两茬炮之间的台阶不大于5cm。

（3）相邻炮孔间的岩面平整度不超过5cm，孔壁没有明显的爆震裂隙。

（4）岩面整体平整度不超过5cm。

4施工过程中的控制调整

（1）岩台正式开挖前对上、下游不同围岩选择有地段代表性地段进行现场生产性试验，以确定不同围岩炸药需用量单耗。为防止岩台拐角部位加强装药使药量过分集中，对拐角损伤过大，斜孔距孔底10cm处开始装药。

（2）保护层开挖分段长度为10m，开挖过程中可根据现场爆破检测数据调整分段长度。

（3）岩体较完整、裂隙不发育、情况较好的Ⅱ类围岩的光爆孔间距控制为35cm，岩体较完整性差、裂隙发育、情况较差的Ⅲ区围岩的光爆孔间距控制为30～35cm。少量为Ⅳ、Ⅴ类围岩，局部稳定性差，对局部断层、破碎带等不稳定块体及时支护和加强支护。对岩台裂隙发育区域进行固结灌浆，增加围岩完整性。

（4）岩台垂直光爆孔应在I区保护层爆破开挖前完成钻孔，并下放PVC管保护。为确保岩锚梁垂直面的造孔精度，尝试在钻杆和导向管之间增加夹片，保证了垂直孔的铅直度；由于岩石软弱部位，开钻过程中经常出现抖动现象，应该在套管末端进行剖口，直接与岩面接触，保证钻头开钻时不偏移。

（5）岩台斜面光爆孔的钻架应当与系统锚杆焊接固定，钻架底部整平后平铺方木，应当设置Ф48导向钢管，钻杆从单根长1m钢管内穿过，间距和孔距一致。导向管与支架之间采用扣件连接，保证开孔精度。岩台斜面光爆孔的下拐点增加锁脚锚杆及型钢加固；开孔角度由设计的65º调整为62º，上拐点放样时向边墙及向下分别平移5cm，垂直孔及斜面孔按拐点平移后的交点定位，Ⅱ区保护层施工时在下拐点按欠挖5cm（向厂房轴线方向平移5cm）下垂直光爆孔钻孔孔位，Ⅲ区超钻3～5cm，可以保证上下拐点施工准确，防止不必要的超欠挖，保证成型。

（1）严禁在岩锚梁范围内喷射混凝土，其周围喷射混凝土时，采用彩条布覆盖，锚杆施工时溢出的水泥砂浆及时用水冲洗干净。

（2）根据钻孔周围围岩使用“个性化装药”，及时根据地质情况调整爆破装药参数，做到“一炮一设计、一炮一总结”。

作者简介：

谭素平（1984—），男，湖南安仁人，注册一级建造师（水利），注册咨询工程师（投资），大学本科，工学学士，工程师，现供职于四川凉山水洛河电力开发有限公司，主要从事水利水电工程建设与管理工作。