马鹿塘地下厂房岩锚吊车梁施工

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摘要：马鹿塘地下厂房岩锚梁开挖施工中获得了98%的半孔率，残孔无裂纹，超挖控制在了10cm之内，无欠挖；岩锚梁锚杆定位、造孔及锚杆安装合格率100%，所有锚杆外露部分行平直，长度相等，无损声坡注浆密度检查合格率100%。马鹿塘地下厂房岩锚梁开挖及锚杆施工采用先进施工工艺、严格的施工管理，取得良好工程质量效果及社会效益。

关键词：马鹿塘 地下厂房 岩锚梁 爆破 锚杆施工

1 ．概述

1.1 工程概况

马鹿塘水电站二期工程位于云南省文山州境内最大的河流盘龙河上，麻栗坡县境内。

工程以发电为主要开发目的，采用混合式开发。工程等别为Ⅱ等大（2）型，最大坝高154m，装机容量3×100MW，水库总库容5.4565亿m3，具有年调节能力，发电引用流量为106m3/s，水头380m。工程枢纽建筑物主要由混凝土面板堆石坝、左岸岸边溢洪道、左岸放空隧洞、右岸引水隧洞、调压井、压力钢管道、地下发电厂房及附属洞室等组成。

地下厂房位于猛洞河口上游0.28km处的盘龙河右岸山体内。主、副厂房平行岸坡布置，机组中心线方向为N17°4′W。厂址区岩性为眼球状花岗质黑云混合片麻岩夹少量白岗岩。地下主、副厂房埋深约150m～160m，围岩为新鲜岩体，构造、节理不发育，仅在厂房顶拱处有一条属Ⅲ级结构面断层通过，断层角较陡，且埋深位置较大，断层规模较小，估计影响范围极为有限。洞室围岩节理面平粗多闭合，具块状～整体结构，属Ⅰ类围岩。

1.2 设计参数

地下厂房开挖尺寸为，洞长×宽×高分别为97.4×19.6×41.1m，共分6层开挖，厂房岩锚吊车梁层位于6.0m层高的第二开挖层，岩锚梁岩台开挖宽度0.7m，单边纵向长度78m。厂房第Ⅱ层开挖断面见下图（1）。

岩锚吊车梁体型范围内布设两排受拉锚杆和一排受压锚杆。上排受拉锚杆参数为：Φ36mmⅢ级钢筋@75cm、入岩6.5m、L=8m、上仰角25°，下排受拉锚杆参数为：Φ36mmⅢ级钢筋@75cm、入岩6.5m、L=9m、上仰角20°，受拉锚杆与混凝土交界面靠岩石侧2m范围内涂抹沥青；受压锚杆参数为：Φ36mmⅡ级钢筋@75cm、入岩6m、L=7m、下倾角30°。岩锚梁受拉受压锚杆总数624根。为确保岩锚梁开挖质量，布置一排@100cm、入岩1.4m、L=1.5m锁口锚杆，要求在岩台爆破前锚杆砂浆达到设计强度。岩锚梁各种锚杆布置见下图（2）。

2 ．岩锚梁开挖

2.1设计要求和施工技术思路

2.1.1开挖需解决的技术问题

岩锚梁开挖时，必须对岩锚梁斜台及周围2m范围内的岩体进行控制爆破，确保设计开挖的轮廓面，减少爆破对保留岩体的振动。在第二层中间拉槽开挖前，应对主厂房上、下游先进行预裂爆破，预裂爆破孔孔距不大于钻孔直径的8倍，预裂线距上、下游边墙的距离不应小于2m。岩锚梁开挖最终轮廓面应采用光面爆破进行开挖，且钻孔直径不大于50mm；岩锚梁以上部分可采用水平光面爆破或其他可靠方法进行开挖，且钻孔直径不大于50mm。无论采用何种爆破方式，应严格控制最大一段起爆药量，其允许产生安全质点振速小于10cm/s。岩锚梁最终开挖轮廓面的残留炮孔痕迹应均匀分布，且Ⅰ、Ⅱ围岩的残孔率应大于90％，弱风化（其它地质缺陷除外）岩石应达80％以上。轮廓面上超挖控制在20cm以内，不允许欠挖。

2.1.2开挖基本思路

(1)．岩台开挖必须有效地减少超挖、不允许欠挖，爆破质点振速小于10cm/s，采用小孔距、小孔径、均布装药一次成形的开挖方案。

(2)．采用垂直钻孔方式开挖垂直面，孔底偏差 “漂孔”现象较小。同时施工将不受爆破掌子面限制，一次能够投入较多钻孔设备，可以加快施工进度。

(3)．为了有效减少厂房拉槽及垂直保护层开挖时的爆破振动对岩锚梁最终开挖轮廓面成型的影响，并且要求岩锚梁斜台面及最终垂直面开挖爆破时有明确的临空面，岩锚梁最终开挖轮廓面施工的最佳时机为同时满足以下要求：

a．拉槽、垂直保护层开挖高程需降至距岩锚梁岩台上拐点以下3.0m左右；

b．岩台起坡边线以上1.5m的直立边墙开挖完成。控制好侧向保护层分层厚度选择，上层侧向保护层光爆孔孔底高程需超过岩锚梁岩台台口以下0.5 m以上，避免保护层光爆孔孔底加强装药对台口造成隐性拉伤、破坏，使台口产生掉块等。

(4)采用双向光面控制爆破技术将岩锚梁最终轮廓面一次“切割”成形，这是控制岩锚梁岩台成形的关键。

2.2 开挖程序及方法

2.2.1爆破试验

a．根据拟定的施工思路，岩锚梁正式开挖前，在副厂房无岩锚梁区域的上下游边墙上选择适当位置进行爆破试验。试验内容为：

（1）确定开挖方法及钻具的选定；

（2）各项钻爆参数（包括钻孔深度、钻孔间排距、岩台斜面及上下拐点的爆孔布置形式、光爆层厚度及装药参数）；

（3）爆破振动试验（包括声波松动圈测试及质点振速）。

b．专项爆破试验：

（1）先对岩台以外区域进行光面爆破开挖，对岩台区按开挖规格线打垂直孔和斜孔进行光面爆破；

（2）先对岩台以外区域进行预裂爆破开挖，对岩台区按开挖规格线打垂直孔和斜孔进行光面爆破；

（3）搭设钻孔导向架进行施钻；

（4）分别用120g／m、130g／m两种光爆孔线装药密度进行爆破试验。

c．试验结果表明：

（1）先对岩台以外区域进行光面爆破开挖，对岩台区按开挖规格线打垂直孔和斜孔进行光面爆破最终断面成型最佳；

（2）搭设钻孔导向架后，采用孔径φ42mmYT-28凿岩机可有效控制钻孔精度；

（3）光爆孔孔距在30～35cm以内时，岩台上只有5％的欠挖点，而且欠挖可控制在5cm以内，孔距越小欠挖点越少。

（4）药量130g／m，起爆网络中垂直向和岩台斜向采用同段雷管同时起爆时，对岩台成形、下拐点以下岩石及岩台以上部分岩石保护效果最佳。

2.2.2主要施工方法及爆破设计

2.3 测量放样

岩锚梁岩台正式开钻前，沿垂直边线及岩台倾斜面施放出设计开口线：

a.由于在岩台倾斜面下拐点以下布设钻孔导向架控制点，因此下拐点放样时，实际开口线比设计开口线下移5cm距离需按钻孔角度，根据实际岩面按32cm孔距放出实际开孔位置。

b.由于采用的钻机钻头直径为45mm，如沿设计边线开孔，则由于设备因素将造成岩台下拐点将有5～8cm左右超挖，因此测量放样时，实际开孔位置应高于设计边线5cm，确保爆破成形断面为设计岩台斜面。

为了保证上拐点不欠挖，实际垂直孔比设计超深10cm，详细见附图（3）。

2.4 爆破参数的确定

岩锚梁开挖考虑采用光面爆破技术达到“切割”岩体，并保证爆破产生的能量不至于破坏岩台周围岩体，包括岩面的碎、裂破坏。本工程仅设置垂直向及倾斜向的光爆孔，而不需设置主炮孔，垂直面和岩台倾斜面一次性同时引爆。设计垂直孔和倾斜孔相同孔距，并要求两个方向的炮孔间隔交错布置。

主要爆破参数设计如下：详细装药图见附图（5）、（6）。

a. 炮孔深度:垂直向光爆孔孔深h=1.5m，倾斜向爆孔孔深h=1.4 m；

b. 线装药密度q线= 130g／m，考虑本工程地质岩性，光爆孔孔底增加63g药量；

c. 光爆孔间距，经过试验确定为32cm；

d.根据爆破结果表明孔口无药段长为40cm时，而实际堵塞长度20 cm最佳；

e. 选用2#岩石乳化炸药，直径25mm，单长20cm单重125g ；

f. 光爆孔单孔装药量为188g；

g. 起爆网络设计：

垂直向和岩台斜向光爆孔采用同段雷管一段起爆。

考虑到岩石基础边墙开挖，如墙体较长、分段施工时，无论采用光面爆破还是预裂爆破，在分段交汇处，边墙往往出现不同程度的拉裂和超、欠挖现象，在条件允许的情况下，如能仅通过一次爆破作业来完成，则形成的“切割”面也较为连续，岩面平整度也较好，根据本工程的施工条件，岩台爆破分段长度为20m。

在爆破单响药量的控制上，我们认为当爆破区域较长时，单响药量虽然较大，但爆炸后产生的作用力是均匀地分散在整个爆破区，对岩体而言其受力情况是面受力而不是点集中受力，而且总装药量仅12kg，因此爆破振动对“切割”面和围岩的整体结构影响是较小的。

采用导爆索中间不分段的爆破效果要优于分段接力传爆，在各光爆孔装药结构及装药量基本一致的情况下，一次性爆破将岩体“切割”，其效果最佳。

2.5 钻孔定位

钻孔是控制岩锚梁岩台开挖质量的重点工序之一。本工程是采用脚手架钢管搭设钻杆导向架的方法来控制钻孔精度。搭设导向架必须考虑钻孔设备尺寸及其施工精度影响等，其搭设角度为34.5°。略大于设计30°。搭设方式见图3。

2.6 爆破效果

岩锚梁开挖半孔率达到98%以上，半孔无裂纹，平均超挖控制在8cm之内，无欠挖，达到优良工程标准。岩锚梁开挖效果如下图片所示

2.7 岩台开挖细节

1) 光面爆破孔孔口无药段长为40cm，用纸卷堵塞，其堵塞长度20 cm最佳；

2) ②区光爆孔见（图4）按欠挖5cm钻孔，减小岩台下拐点的超挖，有利于保证岩台下拐点成形；

3) ③区垂直孔及斜孔见（图4）按设计高程降低5cm造孔，避免岩台欠挖；

4) ③区垂直孔与斜孔见（图4）同时起爆；

5) 厂房分层开挖时，岩锚梁开挖层考虑按上拐点上1.5m及下拐点下3m进行分层最合理，确保气腿式凿岩机最佳操作空间；

2.8 拉槽开挖细节

1) 为控制飞石对岩锚梁破坏，堵塞长度要在一倍最小抵抗线左右；

2) 爆破自由面不应朝向岩锚梁，爆破连线宜按“v”形连接；

3) 为了减少根底，临空面前可造部分辅助孔，爆破孔水平夹角不大于80°；

4) 布孔参数按较新的爆破理论孔距较排距稍宽，而总网孔面积不变，本工程选1.5×1.8m(a×b)；

5) 为了减少爆破大块率，要保证最小单耗及间隔装药；

3 ．岩锚梁锚杆施工

岩锚梁受拉和受压锚杆用全电脑液压钻车进行造孔，并采用“先注浆后安装锚杆”的工艺进行施工。砂浆锚杆工艺流程及施工方法如下：

3.1 锚杆施工

钻孔技术要求孔位偏差不大于5cm，孔深偏差值不大于5cm，孔径大于锚杆直径16mm，实际施工过程中采用φ51钻头。

3.1.1造孔

施钻前，由测量人员根据设计要求将锚杆孔点画在岩面上，以确保钻孔精度。锚杆与岩面的倾角可由全电脑液压钻机自动控制，钻孔就位后，由机长调整钻杆钻进角度，并经现场技术人员用地质罗盘校核合格后，才可正式开钻。左右偏向采用第一根锚杆造孔过程中使用全站仪进行精确控制，形成第一排的三个标准锚杆，后续造孔侧按设计间距进行测量即可。每十根锚杆造孔进行测量校核一次。

3.1.2清孔

钻孔结束后，使用高压风加水进行联合吹孔。以保证注浆后水泥浆与孔壁之间有足够的锚固力。

3.1.3锚筋制作安装

钢筋进场后，先进行外观检查，要求钢筋表面洁净无损伤，油漆污染和铁锈在使用前清除干净，带有颗粒状或片状老锈的钢筋不得使用；按要求取样进行试验，报监理工程师审批同意后进行锚筋加工。按照锚筋设计长度进行下料，允许偏差值为±20mm。两排受拉锚杆与混凝土交界处靠岩面侧1m范围内抹沥青。制作完毕后进行检查，合格后，报监理验收合格，堆放在干燥、通风的地方，进行防锈保护。

锚筋安装前各工序验收合格后，利用液压钻机和排架进行安装，人工辅助。

3.1.4锚筋注浆

水泥砂浆设计标号为M20，配比由试验室试验确定为(质量比):水:水泥:砂：=0.40～0.45:1: 1～2，施工中称量准确配制。钻孔验收合格后即进行注浆，注浆压力0.1～0.2MPa，在孔口返浆水灰比与进浆水灰比相同时，注浆即可结束。

3.1.5下锚

注浆完毕后，安装锚筋至锚杆的外露端标识点。要使每一根锚杆的外露长度符合设计要求，外露端头同在一直线上。锚筋安装后，在砂浆凝固前，不得敲击，碰撞、拉拔和悬挂生物等。

3.1.6砂浆饱满度检测

本工程采用岩海RS-ST01C 声波检测仪检测锚杆注浆饱满度。操作过程如下：在其端部安放发射装置和接收换能器，测试方式为端发端收。因为螺纹钢的介质均匀，速度一定，对检测结果比较简单，且信号比较稳定，这大大提高了检测结果的精度和准确性。检测时如果端部表面有水泥浆，应将水泥浆液清除后再安放发射装置和接收换能器，保证发射装置和接收换能器表面与锚杆断面完全接触。否则将影响测试结果的准确性。

3.2 岩锚梁岩面超挖部位锚杆处理原则

岩锚梁在开挖过程中，由于各种不定因素的影响，局部将不可避免的会产生一定的超挖现象。对于岩面超挖部位锚杆的处理，其处理原则如下：

1) 所有岩锚梁锚杆外端头必须保证处于原设计位置并在同一条直线上。

2) 当超挖尺寸小于15cm时，以保证岩锚梁锚杆外端头在设计位置为原则，不作其它特殊处理。

3) 当超挖尺寸大于15cm，小于50cm时，受拉锚杆超挖部分采用沥青段过度。受压锚杆以保证锚杆外端头在设计位置为原则，不作其它特殊处理。

4) 当超挖尺寸大于50cm后必须加长受拉、受压锚杆长度。并按上一条进行处理。

3.3 锚杆施工细节

1) 锚杆孔径比锚杆直径大30mm为宜；

2) 使用专用锚杆注浆机对锚杆注浆质量能够得到效好的控制；

3) 砂浆液要求以配合比为基准，现场以浆液粘手，并按稍有流动进行控制；

4) 造孔深度略超深5，以保证锚杆安装的整齐。

４．安全防护措施

3.4 覆盖防护

受施工条件的限制，厂房三层开挖距离岩锚梁的最小距离为5m，因此无法避免部分飞石砸向岩锚梁混凝土面，施工中利用原有拉筋与木板加固保护岩锚梁侧面，底面部分原有混凝土施工的钢模板不拆除直接用于保护岩锚梁混凝土底面。

3.5 爆破控制

在爆破振动荷载作用下岩锚梁结构的可能破坏形式主要为岩锚梁和岩台（壁）结合面的拉裂破坏和剪切破坏。因此开挖爆破时，应控制岩锚梁垂直向的爆破振动速度，施工经验及实测结果水平径向振动速度较小，在这不作为控制。厂房的地质条件、岩体特性等基本相同，故K值、α值按照Ⅱ层质点传播速度的试验取得。三层爆破开挖也进行爆破振动测试以校核二层爆破开挖监测得数据。经实测十组数据统计结果表明垂直向震动速度平均值为8.8 cm/s，过程仅有一点数值超过规范控制值达到14.1cm/s。监测数据表明爆破开挖是安全的。

3.6 选择合理的起爆时差

起爆时差的合理选择是实现减震重要手段。从前期实测爆破振速成果来看，厂房边墙及岩锚梁部位的爆破振动主频一般在100～200Hz之间，振动主频低于50Hz的事件很少发生，表明开挖爆破振动峰值具有冲击特征，其衰减较快、持续时间短。因此孔间接力雷管的延期时间选择25ms、50ms时可以避免波峰与波峰、波谷与波谷的叠加，起到减震作用。

根据爆破围岩松动圈声波测试结果分析,厂房中心拉槽和保护层爆破开挖,其围岩松动范围为0.6～1.0m。

５．结束语

通过精心组织，马鹿塘二期地下厂房岩锚梁开挖平均超挖控制在了10cm之内，无欠挖，光面爆破残孔率达到98％，锚杆采用声波无损探测注浆饱满合格率达到100%，混凝土表面质量达到免装修的清水混凝土的要求。工程建设各方以及有关专家给予较高评价。

马鹿塘二期地下厂房岩锚梁施工之所以取得成功，除了借鉴以前部分地下厂房成功的施工经验外，关键还在于本工程强化对每个工序严格的施工管理，认真和周密的试验计划，严密的施工组织设计，尤其对整个爆破、锚杆安装、岩锚梁的安全防护等采用了全过程控制，以组长为首，每个环节必须定人控制，通过控制孔位、孔深、孔距、角度、装药量等参数，以及控制锚杆安装和混凝土内在、外观质量达到优良工程质量标准，是我局水电站施工的又一新的里程牌。