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

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