马马崖一级水电站地下厂房岩锚梁开挖施工技术

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【摘要】马马崖一级水电站地下厂房地质条件较差，主要为晶洞灰岩、泥晶灰岩，厂房岩锚梁部位夹层、裂隙较为发育，岩台开挖不易成型，质量控制难度较大；根据实际地质条件，对爆破方案、参数取值进行了认真研究总结，确保了开挖质量、加快了施工进度。

【关键词】地下厂房、岩锚梁、保护层、光面爆破

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

马马崖一级水电站装机容量为558MW，为二等大（2）型工程。厂房为地下厂房，位于大坝左岸山体内，由主机间、副厂房及安装间组成；厂房顶拱高程EL547.00m，集水井底板高程EL474.5，最大开挖高度72.5m，长140.5m，岩台以上宽24.9m、以下宽23.3m。厂房分为八层进行开挖，岩锚梁为厂房第二层，高程EL533.0m～EL525.8m，高7.2m，岩台以上高3.07m、岩台以下高2.43m，岩台高程EL529.93m～528.23m，宽80，夹角25.2°。

2 地质特征

地下厂房埋深在100m～190m间，穿越地层为T2g2-3-3灰色、浅灰色中厚层夹厚层球粒状泥晶灰岩，T2g2-3-2灰色、深灰色中厚层夹厚层、薄层细晶灰岩，晶洞灰岩，T2g2-3-1灰色、深灰色中厚层夹薄层灰岩，中部夹10m左右晶洞灰岩，拱顶以缓倾角薄层为主；厂区岩层单斜，产状N60°～75°W，NE∠9°～12°。岩锚梁层地质条件较差，有夹层、裂隙发育，层内填方解石、粘土，局部溶蚀破碎；有两条断层穿过；主要以Ⅲ2类围岩为主，副厂房与1#机组下游面为Ⅳ围岩。

3 施工道路布置

前期：经1#排风洞进入，在中部拉槽，形成一条i=-15%的施工道路；

后期，将厂变交通洞向安装间延伸5m，中间拉槽与延伸至安装间的厂变交通洞贯通后，将中间拉槽降低再形成一条i=15%的施工道路。

施工道路布置详见图1。

图1 施工道路布置图

4 施工难点与解决方案

4.1 避免欠挖方案

岩锚梁开挖施工质量要求较高，不允许欠挖，若出现欠挖，处理难度较大，因此在岩台竖直孔与斜面孔造孔过程中，以上拐点为起点，将竖直孔及斜面孔孔底水平向岩面移动5cm，避免引起欠挖。

4.2 采用光面爆破方案

地下厂房为晶洞灰岩、泥晶灰岩，岩体内孔洞较多、裂隙发育，若对保护层采取预裂爆破，爆破能量容易从存在孔洞、夹层及裂隙中释放，预裂效果不好，且爆破过程中容易沿夹层、裂隙产生裂缝，造成对岩台的破坏；根据本工程前期施工经验，为了避免中间拉槽爆破对岩台造成破坏，通过增大保护层厚度，同时采取光面爆破技术。

4.3 岩台竖直面分两次爆破的方案

为了避免厂房第一层开挖爆破过程对岩台造成破坏，岩台以上预留了3.0m的保护层，由于岩台开挖属于精细施工部位，因此将岩台预留保护层分为两次开挖，先采用手风钻对EL531.50m以上造孔进行光面爆破，将岩台竖直造孔减小为1.57m，有效保证钻孔精度。

5 施工方案

5.1 开挖分区分层

岩锚梁为厂房第二层开挖，高7.2m，分3区进行开挖，分别为：Ⅰ区中间拉槽、Ⅱ区两侧预留保护层、Ⅲ区岩台，中间拉槽区宽16.9m，保护层宽4.0m，岩台宽0.8m。中间拉槽、岩台分两层进行开挖，保护层为一次开挖；岩台第一层为竖直面开挖、高1.5m，第二层为竖直面与斜面同时开挖。

岩锚梁层开挖平面布置见图2，开挖分区、分层详见图3。

5.2 开挖顺序

岩锚梁开挖顺序为：中间拉槽上游保护层开挖下游保护层开挖上游岩台开挖下游岩台开挖。

5.3 中间拉槽开挖

中间拉槽宽16.9m、高7.2m，分两层爆破；其中安装间部位分层根据现场高度确定、层高5～8m；开挖采用潜孔钻造孔,以已拉槽完成部位为临空面，每次钻孔布置不大于3排孔；孔径90mm、孔距2.0m×2.0m、孔深5.0m，孔位成梅花型布置。

采用φ70mm的硝铵炸药装药，爆破参数见表1。

5.4 保护层开挖

外侧保护层开挖,按10m长为一区域，开挖采用潜孔钻造孔，孔径90mm、孔距0.70m，考虑到要对岩锚梁层以下边墙进行提前预裂6.0m，需一次造孔完成，孔深12.0m，即岩锚梁保护层段为光面爆破，以下为预裂爆破；光面孔外侧布置2排主爆孔，孔距2.0m×2.0m，孔深8.0m。

主爆孔采用φ70mm的硝铵炸药，光面孔采用φ32mm的硝铵炸药，爆破参数见表1。

5.5 岩台开挖

分为EL531.50m以上Ⅲ1区与EL531.50m以下Ⅲ2区两层开挖，10m长为一区域；保护层爆破后，在石渣未出运前进行Ⅲ1区光面爆破，爆破结束后挖掘机清除出基岩面立即进行Ⅲ2区光面孔造孔施工，具体方案如下：

（1）样架搭设

岩台Ⅲ2区竖直与斜面光面孔，采用手风钻在搭设的样架上进行造孔，以控制钻孔精度，样架搭设步骤及具体要求如下：

a、样架分为竖直孔样架与斜面孔样架，竖直孔样架搭设在EL531.50m高程，斜面孔样架搭设在EL525.8m高程；

b、样架由支撑管、导向管组成，样架搭设顺序为先支撑钢管、后导向管，钢管与钢管之间采用扣件进行连接，与导向管相邻部位纵向水平钢管的连接须采用对接扣件。样架加固在边墙系统锚杆上或设置φ25、L=1.0m锚杆上，先搭设横向固定钢管，再搭设竖向定位钢管和纵向连接钢管，竖向定位钢管底部紧贴基岩面，以保证样架稳定，最后搭设斜撑钢管，搭设完后将样架加固在边墙锚杆上。

c、导向管采用φ48钢管，导向管采用扣件临时固定在样架上，按照测量放线调整好孔向、孔位后，扭紧扣件加固；为了确保造孔精度，导向钢管周转次数示现场实际情况确定，一旦出现变形、弯曲，严禁使用。

岩台造孔样架搭设布置详见图4。

（2）下拐点锁脚锚杆施工

为保证岩台开挖成型，按照设计图纸在下拐点以下部位先施工一排系统锚杆对墙体进行锁脚。

图3 岩锚梁层开挖分区布置图 图4 岩台样架搭设布置图

（3）测量放样

首先先检查已开挖底板和边墙的超欠挖情况，对样架设计高程和位置进行放样，确保样架搭设满足导向管安装及作业人员造孔施工。岩台竖直孔与斜面孔测量放样要求放出孔口高程、桩号，同时还需放出超钻5cm后的孔向角度，经测量放样后，采用红漆在墙上标记出孔位编号，对钻工进行详细的技术交底。竖直孔造孔完后，测量人员对每个孔口位置进行实测并做好记录，在进行斜面孔放点过程中要求按照实测的竖直孔桩号进行放点，使先造的竖直孔与后造的斜面孔孔底重合，确保爆破残孔在同一平面上。

（4）爆破参数设计

a、造孔

采用手风钻造孔，竖直光面孔与斜面光面孔孔距为35cm、孔径42mm；钻孔精度通过样架上的导向管进行控制。

用油漆标注出钻孔位置，开孔前检查孔位是否在开口线位置，确保孔位无误后再进行施钻，并在钻进过程中注意检查。对于孔深控制，钻孔过程中除了现场技术人员采用卷尺进行实测外，还采取在样架上设置限位杆或在钻杆上做标记控制。为了防止竖直孔在保护层开挖爆破过程中出现塌孔堵塞，岩层破碎部位根据现场实际情况采取在孔内安装φ35的PVC管进行护臂。

b、装药

采用直径32mm的乳化炸药装药，线装药密度为100～120g/m，孔底部0.5m范围内的线装药密度为设计线装药密度的两倍，孔底药卷长10 cm，中间药卷长4～5cm，药卷间距40cm ～ 45cm，斜面孔和竖直孔同时起爆，爆破参数见表1。

表1岩锚梁层开挖爆破参数统计表

说明:1、中间拉槽单耗在0.50～0.65kg/m3之间，预留保护层单耗在0.40～0.50kg/m3之间；

2、预留保护层光面爆破段线装药密度在0.30～0.35kg/m之间，提前预裂爆破段线装药密度在0.45～0.55kg/m之间。

6 施工总结与建议

（1）岩锚梁预留保护层采取光面孔与提前预裂孔同时爆破，预裂孔较深，钻孔精度控制难度较大，造孔过程中容易出现孔向偏差，因此造孔过程中必须加强对孔向的检查，确保造孔精度满足要求。

（2）岩台开挖尽量选用小直径药卷，增大不耦合系数以减少爆破对岩壁的破坏。尤其是晶洞灰岩、泥晶灰岩强度低、岩性软，不耦合系数偏小爆破会在孔壁留下裂隙，甚至将整个孔壁破坏。

7 结束语

马马崖一级水电站地下厂房岩锚梁层地质条件较差，岩台开挖不易成型，质量控制难度较大；施工过程中通过将增加保护层厚度，采用光面爆破技术，将保护层开挖一次孔钻爆破完成，加快了施工进度；将岩台以上边墙开挖分为两次爆破完成，确保了岩台竖直面造孔精度。开挖形成的岩台较为平整，残孔率达到92%，得到了国家质量巡检总站专家组的高度评价，值得类似工程借鉴和参考。