陽江抽水蓄能電站高壓岔管開挖支護(hù)質(zhì)量控制

李 勇，賀 濤

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程概況及項(xiàng)目背景

1.1 工程概況

陽江抽水蓄能電站是國內(nèi)在建、已建水頭最高的水電項(xiàng)目，工程樞紐主要由上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群及地面開關(guān)站、場(chǎng)內(nèi)交通道路等建筑物組成，工程為Ⅰ等工程，工程規(guī)模為大(1)型。

引水高壓岔管呈三岔型布置，岔口夾角60°，相鄰岔口距離為19.8m，高壓岔管總長44.055m。首端與引水隧洞下平段相連，末端分別與1#、2#、3#引水支管相連，斷面為圓形斷面，開挖半徑為3.75m～4.751m。

圖1 引水高壓岔管交叉示意

1.2 工程地質(zhì)

高壓岔管位于微風(fēng)化～新鮮花崗巖體中，巖體滲透性微弱，透水率<1Lu；附近斷裂不發(fā)育，僅f747、f720從南側(cè)通過，斷層為硅化碎裂巖，膠結(jié)較好，局部滲水，影響帶為弱硅化碎裂花崗巖，影響帶寬0.2m～1.1m，對(duì)圍巖影響較小，圍巖主要為Ⅰ類～Ⅱ類，工程地質(zhì)條件較好。

1.3 施工難度

由于岔管平面小角度、多支管交叉具有跨度大、形體結(jié)構(gòu)多變、受力復(fù)雜、圍巖應(yīng)力集中、開挖成形困難、施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，傳統(tǒng)的施工方法爆破振動(dòng)導(dǎo)致岔口部位巖體開裂較為嚴(yán)重、圍巖松動(dòng)圈影響范圍變大，岔口成形質(zhì)量不佳，特別針對(duì)高水頭鋼筋混凝土岔管傳統(tǒng)的施工方法更無法滿足圍巖松動(dòng)圈及岔管成形的高質(zhì)量施工要求。

1.4 國內(nèi)岔管施工

目前，國內(nèi)在建及已建引水高壓混凝土岔管較多，但是最大靜水頭800m，動(dòng)水頭700m級(jí)高壓引水鋼筋混凝土岔管施工很少，高壓岔管開挖成形質(zhì)量及爆破松動(dòng)圈影響將直接關(guān)系高壓岔管施工成敗。

已建引水高壓岔管岔口邊墻滑移、交叉口變形大及施工安全時(shí)有發(fā)生，水電行業(yè)急需進(jìn)行高壓岔管開挖支護(hù)施工技術(shù)總結(jié)及新工藝的應(yīng)用。

2 施工程序

岔管是引水系統(tǒng)最重要的結(jié)構(gòu)，開挖體型復(fù)雜。岔管相貫洞室較多，存在“小洞貫大洞、大洞貫小洞”的情況[1]，洞室開挖順序及施工組織顯得尤為重要。本岔管開挖采取中導(dǎo)洞先行，保護(hù)層開挖適時(shí)跟進(jìn)，錨桿與噴混凝土及時(shí)進(jìn)行[2]。

施工程序?yàn)椋?#岔管中導(dǎo)洞開挖→2#岔管保護(hù)層開挖及支護(hù)→底板開挖及支護(hù)→支岔管交叉口鎖口支護(hù)→3#岔管中導(dǎo)洞開挖→3#岔管保護(hù)層開挖及支護(hù)→1#岔管中導(dǎo)洞開挖→1#岔管保護(hù)層開挖及支護(hù)。

圖2 高壓岔管分區(qū)施工示意

3 爆破參數(shù)選擇

3.1 2#岔管

2#岔管開挖分中導(dǎo)洞、保護(hù)層[3]及底板三序進(jìn)行開挖施工，保護(hù)層開挖滯后中導(dǎo)洞掌子面30.0m[4]，底板待2#岔管保護(hù)層開挖支護(hù)完成后進(jìn)行。

中導(dǎo)洞開挖斷面尺寸4.6m×5.0m，保護(hù)層開挖厚度1.5m～2.501m，底板開挖厚度1.0m。

圖3 2#岔管開挖分區(qū)

3.1.1 中導(dǎo)洞

中導(dǎo)洞采用楔形掏槽，光面爆破成形，周邊孔嚴(yán)格按照結(jié)構(gòu)面進(jìn)行開挖質(zhì)量控制。周邊孔孔距0.5m、抵抗線0.65m；輔助孔孔距0.8m、抵抗線0.5m，布置2排掏槽孔，孔距0.3m。爆破孔全部采用YT28手風(fēng)鉆鉆孔，周邊孔綁竹片+導(dǎo)爆索方式爆破，輔助孔、掏槽孔采用非電毫秒管連接及起爆。掏槽孔孔深3.0m，輔助孔及周邊孔深2.6m。

圖4 中導(dǎo)洞爆破設(shè)計(jì)

表1 中導(dǎo)洞爆破參數(shù)

3.1.2 保護(hù)層

邊頂拱預(yù)留1.5m～2.501m保護(hù)層，采用YT28手風(fēng)鉆鉆孔，輔助孔、周邊孔全部采用竹片+導(dǎo)爆索方式爆破，非電毫秒管起爆，周邊孔間距50cm，抵抗線50cm，輔助孔及周邊孔鉆孔深度3.5m。

圖5 保護(hù)層爆破設(shè)計(jì)

表2 邊頂拱保護(hù)爆破參數(shù)

3.1.3 底板

底板采用搭設(shè)樣架進(jìn)行手風(fēng)鉆定位鉆孔，嚴(yán)格控制鉆孔角度及鉆孔方向，非電毫秒管分段爆破成形，鉆孔深度3.5m。

圖6 底板爆破設(shè)計(jì)

表3 邊頂拱保護(hù)爆破參數(shù)

3.2 1#、3#岔管開挖

1#、3#岔管開挖分中導(dǎo)洞+周邊保護(hù)層擴(kuò)挖成形方式施工方法。中導(dǎo)洞為全圓結(jié)構(gòu)，采取直掏槽方式進(jìn)行開挖，開挖半徑1.5m，保護(hù)層厚1.0m。

圖7 岔支管開挖分區(qū)

3.2.1 中導(dǎo)洞

中導(dǎo)洞掏槽孔深2.0m，輔助孔、周邊孔全部采用竹片+導(dǎo)爆索方式爆破，非電毫秒管起爆，周邊孔間距50cm，抵抗線50cm，輔助孔及周邊孔鉆孔深度2.0m。

圖8 岔支管爆破設(shè)計(jì)

表4 中導(dǎo)洞爆破參數(shù)

3.2.2 保護(hù)層

擴(kuò)挖保護(hù)層鉆孔孔深3.0m，周邊孔采用竹片+導(dǎo)爆索方式爆破，非電毫秒管起爆，周邊孔間距50cm，抵抗線50cm。

圖9 保護(hù)層爆破設(shè)計(jì)

表5 保護(hù)爆破參數(shù)

4 錨噴支護(hù)

4.1 放樣

錨桿施工前采用全站儀進(jìn)行按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行錨桿孔布孔。

4.2 造孔

鉆孔采用多臂鉆進(jìn)行鉆孔，開孔的位置在任何方向的偏差均應(yīng)小于100mm。錨桿孔的孔軸方向垂直于開挖面；局部隨機(jī)加固錨桿的孔軸方向應(yīng)與可能滑動(dòng)面的傾向相反，其與滑動(dòng)面的交角應(yīng)大于30°，鉆孔方位偏差不應(yīng)大于3°。錨孔深度必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，孔深偏差值不大于100mm。

4.3 清孔及注漿

鉆孔完成后用風(fēng)、水聯(lián)合清洗，將孔內(nèi)松散巖粉粒和積水清除干凈；如果不需要立即插入錨桿，孔口加蓋或堵塞予以適當(dāng)保護(hù)，在錨桿安裝前對(duì)鉆孔進(jìn)行檢查以確定是否需要重新清洗。

錨桿采用“先注漿后插錨桿”，用GS40EB錨桿注漿機(jī)進(jìn)行注漿，錨桿插送方向與孔向一致，插送過程中適當(dāng)旋轉(zhuǎn)(人工扭送或管鉗扭轉(zhuǎn))。錨桿插送速度緩、勻，有“彈壓感”時(shí)要做旋轉(zhuǎn)再插送，盡量避免敲擊安插。

5 安全監(jiān)測(cè)

收集圍巖變形及爆破振動(dòng)數(shù)據(jù)，全面分析圍巖變形及應(yīng)力分布情況。施工期監(jiān)測(cè)項(xiàng)目：圍巖變形收斂監(jiān)測(cè)、爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)、圍巖松動(dòng)圈檢測(cè)。

5.1 施工期圍巖變形觀測(cè)

5.1.1 收斂計(jì)的埋設(shè)

根據(jù)地質(zhì)條件、圍巖應(yīng)力大小，施工方法和支護(hù)形式，按一定間距(一般為50m)和地質(zhì)條件差的部位布設(shè)觀測(cè)斷面和測(cè)點(diǎn)位置。初測(cè)觀測(cè)斷面應(yīng)盡可能靠近開挖掌子面?；€的數(shù)量和方向應(yīng)根據(jù)圍巖的變形條件和洞室的形狀大小確定。本工程選用下圖布線。

圖10 測(cè)點(diǎn)布置

5.1.2 測(cè)樁的埋設(shè)

(1)測(cè)點(diǎn)應(yīng)牢固地埋設(shè)在圍巖表面，其埋設(shè)深度不宜小于20cm。

(2)清除測(cè)點(diǎn)埋設(shè)處的松動(dòng)巖石。

(3)鉆孔工具垂直洞壁鉆孔，將測(cè)樁固定在孔內(nèi)，并在孔口設(shè)保護(hù)裝置。

(4)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)完畢、穩(wěn)定后立即進(jìn)行初始值的測(cè)定。觀測(cè)周期為：開始1～3天：3次/天。以后：1次/天。

5.1.3 收斂觀測(cè)

觀測(cè)前應(yīng)在室內(nèi)進(jìn)行收斂計(jì)標(biāo)定，測(cè)前必須將測(cè)樁端頭擦洗干凈，收斂計(jì)兩端分別固定在基線兩端的測(cè)樁上，按預(yù)定的測(cè)距固定尺長，并保證鋼尺不受扭。拉動(dòng)裝置，使鋼尺達(dá)到已選定的恒定張力，讀記收斂值，然后放松鋼尺張力，三次讀數(shù)差不應(yīng)大于收斂計(jì)的精度范圍。取三次讀數(shù)的平均值作為計(jì)算值，觀測(cè)的同時(shí)，測(cè)記收斂計(jì)的環(huán)境溫度。

5.1.4觀測(cè)資料的整理、分析

現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)記錄應(yīng)在24h內(nèi)及時(shí)進(jìn)行校核、整理。按下列公式計(jì)算溫度修正的實(shí)際收斂值。

U=Ui+aL(ti-to)

式中：U——實(shí)際收斂值，mm；

Ui——收斂讀數(shù)值，mm；

a——收斂計(jì)系統(tǒng)溫度線脹系數(shù)；

L——基線長，mm；

ti——收斂計(jì)觀測(cè)時(shí)的環(huán)境溫度，℃；

to——收斂計(jì)標(biāo)定時(shí)的環(huán)境溫度，℃。

5.2 爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)

地下洞室開挖均采用鉆爆法，為將爆破振動(dòng)速度控制在允許值內(nèi)，確保施工安全，洞內(nèi)在開挖鉆爆作業(yè)時(shí)有選擇地進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果選擇爆破參數(shù)，控制單爆藥量，確定開挖與支護(hù)、混凝土作業(yè)的安全距離。

5.3 圍巖松動(dòng)圈測(cè)試

巖石松動(dòng)范圍可采用鉆孔聲波測(cè)試儀進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)部位及孔位應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)與監(jiān)理人員共同確定，由監(jiān)理人員核實(shí)工作量，當(dāng)某個(gè)部位檢測(cè)完后及時(shí)提供觀測(cè)報(bào)告。根據(jù)爆破前后聲波波速的變化確定爆破破壞的范圍和強(qiáng)弱，確定合理的爆破藥量和開挖方案。

6 岔管開挖質(zhì)量控制重點(diǎn)及措施

6.1 測(cè)量放樣

施工測(cè)量采用全站儀進(jìn)行。測(cè)量作業(yè)由專業(yè)人員實(shí)施，每一排炮要求準(zhǔn)確放出中心十字線和周邊線，并根據(jù)爆破設(shè)計(jì)逐孔放點(diǎn)，后視點(diǎn)必須逐孔放樣，采用“+”、“-”標(biāo)示超欠挖情況及周邊孔鉆孔軸線，洞軸線中心線標(biāo)識(shí)清楚，孔位中心線與前一排炮殘孔對(duì)齊，誤差應(yīng)在±5cm以內(nèi)。

6.2 鉆孔及裝藥

(1)由合格鉆工嚴(yán)格按照測(cè)量定出的中線、腰線、開挖輪廓線和測(cè)量布孔進(jìn)行鉆孔作業(yè)。各鉆工分區(qū)、分部位定人定位施鉆，實(shí)行嚴(yán)格的鉆工作業(yè)質(zhì)量經(jīng)濟(jì)責(zé)任制。

(2)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)旁站，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)問題。每排炮由值班工程師按“平、直、齊”的要求進(jìn)行檢查，做到炮孔的孔底落在爆破規(guī)定的同一個(gè)垂直斷面上。為了減少超挖，周邊孔的外偏角控制在設(shè)備所能達(dá)到的最小角度。光爆孔及掏槽孔的偏差不得大于1°，其他炮孔孔位偏差不得大于2°。

(3)鉆孔過程中技術(shù)人員利用地質(zhì)羅盤儀+水平靠尺及方向桿檢查鉆孔角度及進(jìn)行鉆孔驗(yàn)收，對(duì)于不合格的孔采用M30砂漿封堵，重新在該孔旁50mm鉆孔。

6.3 裝藥、連線、爆破

(1)裝藥前用高壓風(fēng)沖掃孔內(nèi)，炮孔經(jīng)檢查合格后，方可進(jìn)行裝藥爆破。炮孔的裝藥、堵塞和引爆線路的聯(lián)結(jié)，由考核合格的炮工嚴(yán)格按批準(zhǔn)的鉆爆設(shè)計(jì)進(jìn)行施作，裝藥嚴(yán)格遵守爆破安全操作規(guī)程。

(2)光爆孔用小藥卷捆綁于竹片上間隔裝藥。利用臺(tái)車安全平臺(tái)或平臺(tái)車作為登高設(shè)備裝藥，掏槽孔、擴(kuò)槽孔和其他爆破孔裝藥要密實(shí)，堵塞良好，嚴(yán)格按照爆破設(shè)計(jì)圖(爆破參數(shù)實(shí)施過程不斷調(diào)整優(yōu)化)進(jìn)行裝藥、用非電雷管聯(lián)結(jié)起爆網(wǎng)絡(luò)，最后由炮工和值班技術(shù)員復(fù)核檢查，確認(rèn)無誤，撤離人員和設(shè)備，炮工負(fù)責(zé)引爆。

6.4 岔支管交叉口

主洞段開挖支護(hù)完成后及支管開挖前進(jìn)行鎖口錨桿支護(hù)施工，鎖口錨桿采用多臂鉆進(jìn)行鉆孔，采取先注漿后插桿施工工藝施工。岔支管交叉口布置兩排鎖口錨桿，錨桿間距50cm，梅花形布置，鎖口錨桿采用φ25、L=4.5m砂漿錨桿，鎖口錨桿能有效降低交叉口因爆破損壞洞口巖體[4]。

因洞室開挖完成后巖體應(yīng)力重新分布，交叉口應(yīng)力較集中，交叉口巖柱需加強(qiáng)支護(hù)以降低圍巖變形及順層巖體開裂，采用φ25、L=4.5m砂漿錨桿對(duì)穿設(shè)置，能有效降低巖體變形及巖體松弛的影響。

6.5 爆破試驗(yàn)

岔支管交叉口及岔管爆破參數(shù)、鉆孔形式及裝藥結(jié)構(gòu)都必須進(jìn)行爆破試驗(yàn)確定，根據(jù)本工程地質(zhì)及巖石飽和抗壓強(qiáng)度選定幾種不同爆破參數(shù)、鉆孔參數(shù)及裝藥結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選擇最優(yōu)爆破效果及經(jīng)濟(jì)效益爆破設(shè)計(jì)作為現(xiàn)場(chǎng)施工使用。

7 結(jié)語

在本次陽江抽水蓄能電站引水高壓岔管開挖支護(hù)控制，合理運(yùn)用中導(dǎo)洞、保護(hù)層開挖方法及交叉口提前鎖口、加強(qiáng)支護(hù)方法，高壓引水岔管殘孔率達(dá)96.2%，拱頂不平整度±10cm，取得優(yōu)良開挖效果。

(1)岔支管開挖前提前進(jìn)行交叉口鎖口支護(hù)及交叉段巖體加強(qiáng)支護(hù)，能有效提高交叉口洞室成形質(zhì)量及降低巖體變形。

(2)岔支管交叉口開挖采取“短進(jìn)尺、弱爆破”方式開挖作業(yè)，必要時(shí)根據(jù)巖層走向及三維模擬應(yīng)力分布情況，提出專門爆破設(shè)計(jì)是開挖質(zhì)量控制的重點(diǎn)。