地下厂房岩壁吊车梁岩台开挖双向光爆技术新应用

地下厂房岩壁吊车梁岩台开挖双向光爆技术新应用发表时间：2019-09-12T16:07:03.890Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年10期作者：郭建峰徐钰辉[导读] 梅蓄电站岩壁吊车梁开挖采用新工艺，并成功应用双向光爆技术，加快开挖进度，降低资源投入，减少了爆破对岩壁的扰动，提高了残孔率，岩台开挖成型质量达到“国内一流水平”，值得类似工程借鉴。

中国水利水电第十四工程局有限公司云南昆明 650000浙江华东工程咨询有限公司浙江杭州 310014摘要：岩壁吊车梁是地下厂房开挖施工难度最大、质量要求最高的重要部位，岩台成型好坏直接影响到岩壁梁结构的稳定，进而影响上部桥机的安全运行。

梅蓄电站岩壁吊车梁开挖采用新工艺，并成功应用双向光爆技术，加快开挖进度，降低资源投入，减少了爆破对岩壁的扰动，提高了残孔率，岩台开挖成型质量达到“国内一流水平”，值得类似工程借鉴。

关键词：岩台；双向；光爆；技术；应用1、概述岩壁吊车梁是地下洞室大吨位桥机的支承结构，在欧美国家应用较为普遍。

我国水电行业经鲁布革冲击以后，广泛应用于小浪底、龙滩、三峡、糯扎渡、小湾、溪洛渡、白鹤滩等大型水电站中。

地下厂房土建工程施工中，岩台开挖是施工的重点及难点，开挖成型极为困难，精度要求又极高，梅州抽水蓄能电站地下厂房岩台开挖采用“双向光爆”技术，使岩台开挖成型质量达到“国内一流水平”。

该电站地下厂房开挖总长度为173.15m，岩壁吊车梁以上开挖跨度28.30m，以下为26.50m，厂房最大开挖高度为58.370m。

岩壁吊车梁岩台布置于厂房Ⅲ层边墙，上下游对称布置，桩号范围CZ0-040.850～CZ0+105.150，总长146m。

岩台开挖结构高程342.470m～339.180m，上拐点高程340.465m下拐点339.180m，岩台斜面长度1.57m，水平宽度0.9m。

2、施工工艺的选择梅州抽水蓄能电站地下厂房岩壁吊车梁部位的开挖施工工艺，根据地下厂房已揭露围岩特性，即要确保围岩不受较大爆破扰动，减少围岩松动圈的深度，来保证岩台开挖成型质量，又要考虑施工通道、工期、以及开挖方案经济性等综合因素，最终决定将厂房岩壁梁层中部拉槽开挖由常规的超前垂直预裂预留保护层后再拉槽开挖，改为取消保护层，岩台垂直预裂孔爆破后即开始中部拉槽开挖，减少了保护层垂直预裂和保护层开挖工序，在中部拉槽后即进行岩台双向光面爆破开挖。

3、双向光爆实验地下厂房岩壁吊车梁部位的开挖施工核心技术为岩台双向光爆，即岩台保护层“直孔和斜孔光面爆破一次开挖”方法。

为了保证开挖质量，在岩台开挖前需选取一个部位进行模拟试验和生产性实验。

双向光爆实验的目的主要是通过试验确定岩壁吊车梁开挖所用的火工材料、装药结构、施工程序、钻孔参数、爆破参数，以及钻孔施工工艺等。

通过在与岩台地质条件相近的地段，采用多种爆破参数进行多次爆破工艺试验，初步选定双向光爆所适合的施工程序、施工工艺、爆破参数和钻孔参数等，此后，选取一段约10m左右的岩台进行生产性试验，再次验证初选施工工艺和爆破参数的合理性，优化后推广应用。

4、开挖施工程序4.1岩壁吊车梁开挖施工程序梅州抽水蓄能电站岩壁吊车梁岩台位于厂房III1层，开挖施工程序如下：厂房Ⅱ层边墙欠挖检查及处理→岩台上拐点以上结构面垂直光爆孔造孔（内插PVC管护孔）→岩台与III1层拉槽区域间垂直预裂孔造孔（内插PVC管护孔）→III1层左右半副拉槽开挖→III2层边墙预裂→III2层左右半副抬底爆破→地质素描及岩面基础验收→锁口锚杆、角钢防护施工→下拐点以下1m范围喷混凝土支护→下拐点以下系统支护→岩台区开挖。

其中锁口锚杆、角钢防护施工及下拐点以下1m范围喷混凝土支护用于有地质缺陷的部位，地质条件较好的部位未采取此项加强措施。

4.2施工程序中的几个控制要点4.2.1为确保岩台成型效果，岩台上拐点以上边墙垂直光爆孔与岩台下拐点边墙垂直预裂孔孔距大小一样，开孔位置在同一桩号。

4.2.2根据岩台开挖爆破试验成果，III1层和III2层水平抬底开挖必须在已预裂边墙水平距离不小于80cm处设置设一排水平光爆孔，孔间距50cm，严格控制水平抬底光爆孔装药量，主暴孔与已预裂边墙水平距离不小于250cm，排炮进尺4~6m（视围岩状况调整进尺），严格控制孔向，严禁出现向已预裂边墙侧飘孔，减少或控制爆破对边墙围岩的扰动。

4.2.3开挖高度岩壁吊车梁上一层开挖底板距离岩壁吊车梁上拐点一般在1.5m~2.0m左右，该距离过大会导致光爆孔钻孔深度增加，不利于钻孔孔向控制。

岩壁吊车梁所在层的开挖底板距离岩壁吊车梁层下拐点3.5m~4.0m，该距离的控制主要要考虑手风钻进行岩壁吊车梁斜面孔施工的空间需要，并综合考虑岩壁吊车梁受拉、受压锚杆的造孔及安装空间需要。

4.3开挖顺序与分段控制4.3.1开挖顺序梅州抽水蓄能电站III层开挖水平推进方向是由进厂交通洞安装间段开始向另一端副厂房方向掘进，采取上下游半副水平抬底开挖掘进；预留的岩台在III层开挖完后进行，开挖推进方向与中间开挖一致，逐段开挖。

4.3.2分段长度梅州抽水蓄能电站岩壁吊车梁岩台开挖分段长度一般按50m一段，根据现场揭露出的实际地质情况，若遇到岩石破碎带、块体或断层部位，在岩台开挖时可对光面爆破分段长度适当调整。

4.4岩台开挖工艺流程岩台开挖施工工艺流程如下：测量放线→样架施工→样架检查验收→造孔施工→验孔→样架拆除→按爆破设计参数装药垂直孔与斜面孔→双向光面爆破→爆破后效果检查。

4.5施工操作要点及控制措施4.5.1测量放线测量由专业人员进行，放样内容包括样导向架定位点、所有周边孔开孔点，所放点位须在现场进行明显标识，放线过程现场技术员全程参与。

4.5.2样架搭设及检查验收导向样架采用1.5寸钢管排架搭设，管扣件连接，边墙及底板开挖面采用手风钻先造φ50mm的孔，深50cm，再用Φ48钢管插入孔内加固样架，定位导向管长1.0m，具体根据孔位要求布置。

导向管的间距、角度、稳固度，是保证岩台开挖成型效果的先决条件，样架搭设参见右图。

样架搭设完毕后需经过专业测量人员进行校核及质量管理部门验收后方能投入使用。

4.5.3造孔控制岩壁吊车梁岩台开挖爆破孔孔径为40mm，孔向采用样架进行精度控制，上拐点垂直光爆孔按向岩壁内侧超挖5cm并向下超挖5cm控制，下拐点直边墙垂直预裂孔造孔按孔底向岩壁内侧超挖5~8cm控制，以便下层开孔；岩台斜面光爆孔造孔时，在下拐点开口按超挖5cm，并向岩壁超挖5cm控制，孔底超挖落在上拐点以下5cm控制。

（1）岩台开挖布孔梅州抽水蓄能电站厂房上拐点以上垂直光爆孔间距45cm，为保证岩台开挖质量整体效果和造孔质量，光爆孔提前造孔完成，内插PVC 管防护；下拐点直边墙预裂布孔间距同样为45cm，预裂孔位置与上拐点以上垂直光爆孔桩号对应；斜面光爆孔间距45cm，斜面孔开口位置与上拐点垂直光爆孔、下拐点的预裂孔在同一断面。

若遇到岩石破碎带、块体或断层部位，可适当调整孔距。

每个光爆孔均由专业人员通过测量放线定出孔位。

（2）孔深控制严格控制垂直孔的孔深，在样架上面专门搭设一根横向水平钢管，从钢管的上口到每个爆破孔的孔底深度取为定值，并将所用钻杆长度相应截为该定值（包括钻头长度），钻工用定长钻杆施工至横向钢管上口处时，钻机被此钢管挡住无法向下施钻，从而保证所造孔深度相同。

（3）倾角控制严格控制造孔的倾角，每个光爆孔都采用导向管（φ48×3.5钢管）对孔向进行控制，为保证钻杆在导向管内居中，在导向管的上口处都加设对中夹片，在导向钢管孔向一致且稳定的前提下所钻孔孔向也满足要求。

4.5.4样架拆除斜面光爆孔和垂直光爆孔（取出PVC管）经过检查验收合格后，可拆除样架。

拆除过程中需对爆破孔进行有效的保护，防止出现堵孔等现象。

4.5.5爆破参数控制根据生产性试验取得的参数，按开挖装药爆破参数进行控制，实际开挖过程中根据揭露的地质情况及时对爆破参数进行优化调整，调整时线密度按10g/m进行增减。

受到炸药规格限制，本工程爆破全部采用Φ32直径的2#岩石乳化炸药，单个药包为1/20节的Φ32×350mm药卷，垂直光爆孔线装药密度为122g/m，斜向孔为145g/m。

所有光爆孔药卷均事先按照爆破设计确定的装药结构采用竹片绑扎好，光爆孔插药入孔时还应注意药卷的方向，竹片靠洞室轮廓线一侧，药卷朝向最小抵抗线方向。

爆破孔采用粘土或细砂袋进行堵塞，堵塞长度50cm。

4.5.6爆破效果检查排炮结束12h之内，现场技术人员、专职质检人员及专职安全人员到现场检查爆破效果，收集相关数据，测量人员采用全站仪对岩面超欠挖情况进行检查形成测量体型图，另外检查下拐点的破坏情况、上拐点成型是否在一条直线上，炮孔间是否出现“八”字孔现象，检查并统计残孔率及半孔率，炮孔间岩面的平整度，垂直孔与斜面孔对应是否整齐。

根据检查结果及收集的数据，及时与质量标准相比较，得出评价结论及改进方法。

梅州抽水蓄能电站岩锚吊车梁岩台成型后，光爆残孔率达到97.76%，岩台平均超挖7.89cm，不平整度采用2m直尺检测，平均在6.38cm。

成形岩台见上图。

4.5.7不良地质段下拐点加固措施岩台下拐点部位岩体较为破碎，节理、裂隙等较发育时，在进行爆破施工前采取加固措施，从而保证岩台的成型质量。

采取在岩台下拐点以下10cm位置布置一排锁口锚杆，参数为Φ25L=3m@75cm，外露15cm；采用钢筋压条对锁口锚杆进行通长焊接加固；在锁口锚杆和焊接钢筋压条的基础上，采用C30喷射混凝土对下拐点以下1m范围进行喷6~8cm厚混凝土加固；对于岩石破碎带、块体或断层部位，按工程设计要求采取其它多重加固措施。

5、结束语梅州抽水蓄能电站岩壁吊车梁部位开挖施工工艺打破传统工法特点，采用新的组合方式，即岩台预留待开挖，先直边墙的垂直预裂，靠预裂直边墙80cm设置一排水平光爆孔，减少了爆破对岩壁的扰动，避免后续岩台开挖成型质量受影响，分左右半幅水平抬底爆破，排炮循环进尺6m，最后进行预留岩台“双向爆破”开挖施工工艺。

通过对开挖施工工艺的改进与创新，不仅使岩台开挖成型质量同样达到“国内一流水平”，而且还充分考虑了施工方案经济的合理性，减少了潜孔钻、压风机等配套设备的投入与开挖工序循环，也缩短本层开挖工期，在单位时间内开挖产值工效极大的提高，大大降低施工成本。

梅蓄抽水蓄能电站地下厂房岩锚梁开挖时采用的一系列施工方法，是科学、有效的，施工中采取的施工技术对今后相关地下厂房的施工有一定的借鉴意义，值得类似工程参考经验。

参考文献1、岩壁吊车梁岩台（双向控爆）开挖施工工法作者：郭建峰：1977年人，男，山东菏泽人，大学本科，高级工程师，主要从事水电站、道路桥梁、TBM掘进与衬砌的施工和质量管理工作。