岩锚梁开挖技术研讨.pdf

316 西龙池抽水蓄能电站地下厂房岩锚梁开挖施工技术西龙池抽水蓄能电站地下厂房岩锚梁开挖施工技术 林山林山 李长春李长春 朱海涛朱海涛 （中国水利水电第四工程局西龙池项目部 ） 【摘摘 要要】西龙池抽水蓄能电站地下厂房岩锚梁开挖施工，采用双向光面控制爆破技术一次开 挖成型，就该工程岩锚梁开挖时机选择、钻孔精度的控制、爆破设计方案等进行论证，检测结 果表明，所采用的施工方案科学、有效、满足设计开挖要求 【关键词关键词】地下厂房 岩锚梁岩台 开挖技术 西龙池抽水蓄能电站 1 工程概况 西龙池抽水蓄能电站主厂房岩锚梁岩台以上开挖跨度为 23.50m， 以下为 22.25m， 总长 度为 133.30m，总高度为 49.00m主厂房内布置一台 2x100t 桥式起重机，采用岩壁轨道梁 型式，岩锚梁顶部高程为 748.70m，岩锚梁断面见图 1 图 1 岩锚梁细部结构 地下厂房围岩属于张夏组互层状的极薄层—薄层状灰岩、中层厚—厚层鲕状灰岩与似 极薄层—薄层状紫红色钙质石英砂岩，呈互层状，细层很薄，岩层产状平缓，层间结合力 不强，易产生岩体脱顶、板裂、弯曲或折断；厂房边墙受厂房区所发育的断层、裂隙和层 理及纹理的相互切割，易形成不稳定体，厂房开挖时边墙可能发生局部岩体塌滑、掉块。

为此，岩锚梁施工前，已采用支撑拱法施工完成主厂房顶拱部分，顶拱开挖采用中导洞掘 进法，顶拱采用ф32mm 长 7.2m、7.6m、5.2m 的树脂锚杆、20cm 厚钢纤维混凝土喷护及ф 50mm 深 4.0m 排水孔、对穿锚索、内锚锚索、钢拱肋等措施支护完成岩锚梁上部为已开 挖完成顶拱直立墙，下部为依次采用抽槽和侧向保护层光面爆破形成的直立墙体，岩锚梁 开挖时周边临空条件较好 2 2 岩体开挖设计要求和施工技术思路 岩锚梁岩体部位岩壁开挖时， 需控制好岩锚梁斜台及周围 3.0m 范围内的开挖爆破， 确 保按设计的轮廊开挖成形，减少爆破对保留岩体的振动影响在岩锚梁开挖前，将厂房开 挖施工（高程 748.70m～高程 743.00m）即岩锚梁层进行分区分序，共分 3 区 在岩锚梁层（高程 748.70m～高程 743.00m）中部掏槽（1 区）开挖前，应先沿主厂房 上下侧进行预裂爆破，根据地下洞室开挖规范要求：预裂爆破孔孔距离不应大于钻孔直径 的 8 倍施工时采用的潜孔钻机的钻孔直径为 10.0cm，则确定预裂孔孔距为 80.0cm，并且 根据图 2 开挖分区图，预裂孔距上下游边墙的距离为 3.0m。

预裂线距上下侧边墙之间应采 用手风钻进行光面爆破进行开挖岩锚梁斜台以上部分可采用水平光面爆破或其他可靠方317 法进行开挖，且钻孔直径不大于 50.0mm无论采用何种爆破方式应严格控制最大一段起 爆药量，按照地下厂房技术要求规定：其允许产生安全质点振速小于 7.0m/s轮廊面上残 留炮孔痕迹应均匀分布， 其残孔率除地质缺陷外微新岩石应大于90%， 弱风化岩石应达80% 以上轮廊面上超挖控制在 17.0cm 以内，不允许欠挖 岩锚梁岩台开挖需解决如下技术问题： （1）岩台采取何种方式爆破、如何保证成形质 量、所选开挖方案是否确保爆破后围岩稳定； （2）需解决岩锚梁岩台与厂房抽槽、侧向保 户层开挖之间的关系，特别是岩台施工的最佳时机的选定问题； （3）对地下厂房工期要求 较紧的项目如何最大限度地缩短岩锚梁岩台开挖工期 经分析国内外相关地下厂房如龙滩，桐柏等工程施工实例和我局施工的泰安抽水蓄能 电站的岩锚梁施工的实际经验，结合一般地面工程光面控制爆破等的相关理论，本工程施 工基本思路为： （1）岩台开挖要有效减少超挖、减少爆破振动，需采用取小孔距、小孔径、 密钻孔、均布装药一次成形方式 （2）岩锚梁岩台爆破钻孔设备采用孔径大于 50.0cm 以上 的钻机时，其成孔精度及偏差较大，其次炸药难以设置在炮孔中央。

因此需采用操作简便、 效率较高的孔径小于 50.0cm 的手风钻等设备 （3） 按常规建筑物基础采取的水平光面或预 裂爆破方式开挖，钻孔深度超过 3.0m 以后，孔底偏差、 “漂孔”现象较小同时施工将不 受爆破掌面限制，一次能够投入较多设备，加快施工进度 （4）为的有效减少厂房抽槽（1 区）和侧向保护层（2 区）爆破的影响，岩锚梁岩台爆破时需确保其有明确的临空面，其 施工最佳时期为：抽槽（1 区） 、侧向保护层（2 区）开挖高程需将至岩锚梁岩台台口以下 3.5m 左右，岩台起坡边线 1.5m 以上的直立边墙开挖完成控制好侧向保护层厚度选择， 上层侧向保护层光爆孔孔底高程超过岩锚梁岩台台口以下 1.0m 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 （5）采用双光面控制爆破 技术将岩锚梁岩台一次“切割”成形，这是控制岩锚梁岩台成形的关键 3 爆破试验 根据拟定的施工思路，岩锚梁正式开挖前，在主厂房岩锚梁所在的上下游边墙上选择 适合部位进行爆破试验试验内容为：钻孔机具、定位方式、火工材料的选择、爆破叁数 的选定、以及开挖时机等试验结果表明：采用孔径ф42.0mm 手风钻搭设定位导向架可 有效控制钻孔方位及精度。

光爆孔孔距在 30.0～35.0cm 以内时，岩台上 95%以上的欠挖点 可控制在 5.0cm 以内，孔距越小欠挖点越少试验的 40.0g/m、45.0g/m、50.0g/m 三 种光爆孔线装密度中，50.0g/m 的线密度成形最好起爆网络中采用同段雷管垂直向和岩 台斜度向同时起爆岩台成形较好，分次爆破时未开挖岩面拉裂较大，岩台整体开挖宽度及 高度控制在 1.5m 以内时，开挖成形质量较易获得保证，且成形质量好 4 主要施工方法及爆破设计 施工机具采用 YT-27 型孔径为ф42.0mm 手风钻进行造孔 4.1 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放出设计开口线，沿岩台倾斜面开 口线往下约 20.0cm 距离需按钻孔角度布设钻孔导向架控制点，根据实际岩面按 35.0cm 孔 距放出实际开挖孔位置由于采用的钻机钻孔孔径为 42.0mm，如沿设计边线开孔，则由 于设备因素造成爆后 3.0cm 左右欠挖，因此测量放样时，实际开挖位置应低于设计边线 3.0～5.0cm，确保爆破成形面为设计岩台斜面 4.2 爆破参数的确定 岩锚梁岩台爆破开挖的目的是保证岩台的成形，爆破产生的效能不能造成岩锚梁岩台318 的损伤。

因此是通过应用光面爆破技术达到“切割”岩体的目的，而不需炸碎岩体我们 认为，岩锚梁岩台开挖时仅设置垂直向及倾斜向的光爆孔，而不需设置主爆孔考虑岩体 要一次开挖成形，则垂直向和倾斜向的光爆孔需同时进行钻孔，同时进行爆破炮孔布置 垂直向和倾斜向两个方向上的炮孔时，按孔底相交在设计岩锚梁岩体起坡线上控制 主要爆破参数如下： （１） 炮孔深度， 根据开挖断面， 确定垂直向光爆孔孔深 h1=1.5m， 倾斜向爆孔深 h2=1.35m （2）经计算，线装药孔密度 q 线=55.0g/m,经爆破试验和施工实践 验证，实际 q 线调整为 50.0g/m；由于炮孔布置垂直向和倾斜向两个方向上的炮孔时，按 孔底相交在设计岩锚梁岩体起坡线上控制，则不需要设置加强装药段，即可克服炮孔底部 岩石的夹制力， 保证光爆孔底部不留炮梗， 光面贯穿到台阶底,并且孔底铺细砂作为缓冲层 （3）光爆孔间距 a，经过爆破试验验证确定 a=30.0 ㎝ （4）堵塞长度取 10.0 ㎝ （5）光 爆孔单孔装药量为 47.5～62.5g 炸药选用时主要考虑西龙池工程基岩岩石和地质状况，结合厂房一层开挖经验和试验 研究选用 2 号岩石乳化炸药， 规格为直径φ25.0 ㎜药卷 （单支重量为 125.0 ㎏， 长度为 20.0 ㎝） 。

起爆网络，对于一般岩石基础边墙开挖，如边坡较长、分段施工时，无论采用光爆还 是预裂爆破，在两茬炮的交汇处，边墙往往出现不同程度的拉裂，超欠挖现象严重在条 件许可情况下，如能一次爆破作业完成，则形成边坡面也较为连续，岩面平整度较好，据 此西龙池电站岩锚梁岩台施工， 一段爆破长度达到 20.0m 左右， 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，但炸药爆炸后产生的作用力均匀地分散 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，因此爆破振动对岩体 的影响实际是较小的，同时根据厂房一层开挖爆破监测初步分析结果表明：在主副厂房开 挖施工中，k 值取 105，a 值取 1.17 来控制开挖爆破施工 根据质点震动速度传播规律的经验公式 （ 《水工建筑物地下开挖工程施工技术规范》 附 录 G） ： υ=K（w1/3/D）a 式中：震动速度取υ=7.0cm/s，k 取 105.0，a 取 1.17，岩锚梁一次开挖长度为 20.0m，则最 大单响药量 w=2.2kg，计算得 7.0cm/s 质点震动控制距离 D 为：13.2m 从以上计算说明离爆破中心点 13.2m 以外质点震动速度均小于 7cm/s。

从传爆方式上，采用导爆索中间不分段接力传爆效果要优于分段接力传爆，因为在各 光爆孔装药结构及装药量基本一致的情况下，爆破产生的应力波以连续、同向逐步叠加， 将岩体依次拉裂开而炮孔间有雷管接力时，受雷管延时精度等限制，爆破应力波在传递 过程中将出现不规则的叠加现象，最后影响光面的成型西龙池电站岩锚梁岩体爆破时， 采用导爆索连接， 火雷管起爆法起爆， 垂直向和倾斜向光爆孔采用同段雷管一段顺序起爆， 成形效果均较好 4.3 钻孔定位 钻孔质量是控制岩锚梁岩台成形的重点控制工序对钻设 1.5m 深左右的光爆孔，其 精度一般均能较好地控制钻孔角度但对倾斜面上的光爆孔，必须采取可靠措施来控制钻 孔角度西龙池电站厂房施工中采用搭设导向架钢管搭设，搭设时考虑钻孔设备尺寸及其 施工精度影响等，其搭设角度为 62.0˚，略小于设计 62.5˚ 4.4 岩锚梁岩台爆破时机 对于岩锚梁岩台爆破时机，经对比厂房一层和主变室一层的开挖经验和进行爆破试验 的结论，认为应在厂房抽槽、侧向保护层开挖均降至岩锚岩台台口以下 4.0m 岩锚岩台起 坡线 1.1m 以上的直立边墙已开挖成形，此时进行岩锚岩台开挖最为有利。

因为此时岩锚 梁岩台上、下均无岩体的夹制，爆破临空面效果最好且沿已成形的直立墙进行岩锚梁斜台319 钻孔时，钻孔导向架设置的精度容易控制在误差范围内，保证岩体倾斜面钻孔的精确度， 另外， 还需考虑侧向保护层的分层厚度对岩锚梁岩台成形的影响.一般侧向保护层光面爆破 孔装药时，常采取孔底加强装药的办法来减小炮孔孔底岩体的夹制作用，但其在炮孔孔底 产生的岩石松动范围也较大 为减轻这种不利的影响， 岩锚梁部位的侧向保护层分层厚度， 应控制在岩锚梁岩台 1.0m 以下，即岩锚梁前面的侧向保护层开挖分层线必须超过岩锚梁 岩台斜口高程，以减少侧向保护层爆破对岩锚梁台口区域造成隐性拉伤、破坏，使岩锚梁 岩台最后爆破时发生台口局部掉块、垮塌等，最终影响岩锚梁岩台整体成形质量，实际施 工中，岩锚梁前面的侧向保护层开挖分层线低于岩锚梁岩台斜口高程 3.45m，完全能保证 不对岩台产生破坏 5 结语 西龙池电站岩锚梁开挖采用上述综合技术施工后， 岩锚梁岩台开挖成形到达预期目标 岩锚梁建基面不平整度均≤15cm，爆破残孔率达 95%以上 经形体断面测量表明：岩体按 2.0m 一个断面共测量了 67 个断面，约 680 个点，欠挖 点大于 5.0cm 以上的约 20 个点最大欠挖 11.0cm，超挖点大于 10.0 ㎝以上的约 30 个， 最大 超挖约 20.0 ㎝。

在这种结构较为复杂、开挖质量要求较高的岩石基础面开挖中， “欠挖小 于 5.0 ㎝，超挖小于 10.0 ㎝”测量点一次爆破合格率为 90％，排除地质缺陷等因素，其合 格率在 95％以上爆破安全质点振速率测试结果表明，在水平距离炮。