龙滩电站地下厂房岩锚梁施工

张生芹 郭松飞 周 飞

（中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都610081）

0 概述

（1）工程简介

龙滩电站地下厂房为国内目前在建的最大的地下厂房，厂房长398.9m，宽30.7m（28.9m），高77.4m。主厂房上下游侧EL243.75高程各布置一条岩锚梁，单条岩梁梁长388.9m（HR0+60～HL0+318.7）在厂房右端HR0+60～HR0+70.2为岩台梁。岩锚梁体型见图1,地下厂房岩锚梁的施工有其共同的特点，每个地下厂房所处的地质条件不同，围岩类型的差别，又各具特殊性。针对龙滩地下厂房的地质特点及地下厂房的体型尺寸，采用现场试验结合工程类比的方法寻求施工措施、确定施工工艺和各项技术指标。

（2）施工措施综述

地下厂房岩锚梁的施工都有其共同的特点，每个地下厂房因所处的地质条件不同，围岩类型的差别，又各具特殊性。针对龙滩地下厂房的地质特点及地下厂房的体型尺寸，采用现场试验结合工程类比的方法寻求施工措施，确定施工工艺和各项技术指标。

图1 岩锚梁体型

1 施工措施

1.1 爆破松动圈确定

在地下洞室施工中采用钻爆法，任何一种爆破方式均会对围岩产生影响。爆破松动圈是评价爆破成功与否的技术指标之一。在其它条件相同的情况下，松动圈的大小影响了支护的方式、支护时机。岩锚梁是通过深锚杆附着在岩面上的一个构筑物，岩锚梁为一超静定结构，岩台的成型直接关系到锚杆受力和梁体稳定。岩台的成型包括两个方面：（1）爆破后的岩台成型，（2）岩梁砼入仓前的岩台成型。岩台爆破成型后，表层基岩通常会产生掉块，龙滩电站地下厂房围岩结构面、节理面产状不利于岩台的最终成型，开挖后，掉块现象将会加剧。施工中应减小因爆破对围岩产生的破坏。因而在岩台开挖前应确定两个方面的爆破对岩锚梁范围内的岩石产生的影响范围：（1）岩台爆破开挖时产生爆破松动圈；（2）岩台开挖前相邻部位爆破产生的松动圈。

在龙滩电站地下厂房岩锚梁岩台开挖前在厂房I层已成形岩面及预留中柱，厂房II层拉槽所预留的保护层，对不同的围岩类别做了爆破松动圈的测定。爆破松动圈测定采用双孔法，水偶合，测孔深6m。采样频率0.1m。测定成果见表1。

表1 厂房爆破松动圈测定成果

从表1可看出，采用控制爆破后，爆破松动圈基本在0.8m以内，未采用控制爆破的厂房岩柱上的爆破松动圈在2.9m。根据实测结果，首先确定岩台预留保护层的尺寸，以厂房岩柱的松动圈范围为基础，考虑到厂房II层中部拉槽应用梯段爆破，爆破对岩石产生的破坏范围高于掘进爆破，保护层预留了5.9m。厂房II层拉槽完成后对上下游保护层进行了松动圈测定，厂房III类、II类围岩松动圈小于3.5m，IV类围岩小于4m。

1.2 爆破参数及工工艺确定

根据龙滩电站地下厂房围岩地质条件、厂房II层开挖措施及现有设备结合岩台开挖技术要求，初步拟定岩台开挖采用四种方案进行工艺性试验，即：

（1）353E水平钻孔，光面爆破，全断面一次成型；

（2）预留保护层，手风钻钻垂直、斜孔光面爆破成型；

（3）预留保护层，台车钻水平孔、手风钻钻斜孔光面爆破成型；

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（4）预留保护层，手风钻造垂直、斜面套管光爆成型。

在工艺性试验的同时完成在各类围岩段爆破参数的确定。

通过试验结果对比，龙滩地下厂房岩锚梁岩台采用了预留保护层，岩台上、下拐点直墙手风钻垂直预裂，岩台斜面斜孔光爆，岩台下拐点欠10cm的施工工艺。光爆参数见下表

表2 岩台斜面光爆参数表

岩台开挖完成后，对上下游侧岩锚梁EL243.75～EL246.55范围内围岩进行松动圈测定，III类、II类围岩松动圈小于50cm，IV类围岩小于80cm。

岩台开挖前期，上下游侧均出现表层岩石掉块，在上游侧HR0+20桩号段，岩台开挖12小时后便发生大面积掉块。经分析，上游侧的岩层倾角较大，倾角在65°～80°之间，岩层倾向与厂房轴线交角大。HR0+00～HR0+70桩号段围岩多为泥板岩、灰岩夹泥板岩、粉砂岩互层及少量砂岩，围岩的节理、裂隙发育，存在一定量的隐性节理，岩石的完整性较差。爆破后围岩在应力调整的过程中导致了掉块，爆破时爆破振动对围岩的扰动使围岩节理产生扩张，也是导致掉块的因素之一。下游侧边墙岩层为缓倾角，并且围岩的应力变化大（根据安装埋设的监测仪器所得数据）是导致掉块的主要因素。据此，采取了在岩台斜面开挖前先施工岩台上下直墙的系统锚杆，并在岩台下拐点EL243.75高程以下25cm位置增设一排随机锚杆（锚杆直径Φ25，间距1.5m，入岩4.5m）的措施，有效地减少了边墙的表层岩石掉块。在围岩变形较大、围岩应力调整期短的层状围岩中，地下厂房的岩锚梁段施工分层，在满足施工岩梁锚杆的大型机具的作业空间的基础上，应尽量降低分层高度。岩台斜面光爆孔的方向角与围岩结构面走向能有30～40度交角，能减小因爆破造成的节理、裂隙扩张程度。

1.3 爆破振动测定

岩锚梁砼施工后,爆破作业时必须对爆破质点振动速度采取控制。龙滩电站设计提出的地下洞室爆破质点振动速度控制要求见表3。

表3 允许爆破质点振动速度（cm/s）

从上表可看出设计对龙滩电站地下厂房爆破质点点振动速度的控制要求较高的，并且受保护的构筑物较多，爆破作业时所受的约束条件也多。

Ⅱ层开挖前，选择在主厂房、主变室进行了爆破振动试验，预裂缝降低爆破振速比例试验，以确定爆破振动预控的相关参数，对施工方案进行优化调整。

图2 爆破振动测试V～R关系图

根据试验测试成果分析，形成预控方案为：爆破安全距离大于15-18m，取单响药量为15kg～25kg，爆破安全距离小于10m，则最大单响药量须在5kg以下。各段爆破间隔时间宜大于60ms。

为减小开挖爆破对岩锚梁新浇砼的扰动，在岩锚梁砼未施工前，先完成Ⅲ1层6m高度拉槽开挖，为提供岩锚梁砼施工场地，采取爆破后不出碴；边开挖边回填的方法施工。岩锚梁砼浇筑凝期达到28天，Ⅱ层边墙支护完成后，在安全距离≥100m范围外，进行Ⅲ1层保护层及下部分层开挖，在开挖过程中，通过参照爆破振动试验成果和现场爆破振动监测数据资料的概率分析，优化爆破参数。其爆破规模及安全范围控制方法为：中槽开挖按爆破单响药量≤22kg，保护层开挖爆破单响药量≤5kg，爆破安全距离≥20进行控制。

1.4 岩锚梁锚杆

岩锚梁主要设计了3排受力锚杆，锚杆参数见表4。

目前施工中利用大型钻孔机具，机械注浆设备进行岩梁的钻孔、注浆作业，采用先注浆后插杆工艺施工。龙滩地下厂房岩锚梁锚杆施工完毕后，对岩梁锚杆按100%检测率进行了注浆密实度无损检测，合格率100%，优良率98.1%。

表4

1.5 岩锚梁砼

龙滩电站地下厂房岩锚梁砼强度为C2830。单条梁长388.9m，分为26个块号施工，最大浇筑长度22m（一块），最小浇筑长度15m。上下游岩梁各设置了4条结构缝，23条施工缝。施工时采用跳块法。施工中对岩梁环向筋的加工、安装进行了改进，环向筋加工如图，图3中②为其它电站岩梁环向筋加工图，①为龙滩电站岩梁环向筋加工图。从图中可看出①图中的钢筋接点数比②图中的钢筋接点少了一半，焊接工作量相差一倍，改进后施工效率提高了。

图3 环向筋加工示意图

1.6 岩锚梁前期变型分析

岩锚梁于2003年4月20日施工完毕。由于还未做桥机荷载试验，目前的监测数据只能反映梁体在静态条件下随围岩变型产生的变型量、梁体与基岩面的开合度以及岩梁锚杆因围岩应力变化产生的应力改变量。

岩锚梁内共埋有38组锚杆应力计，其中有6组应力计发生应力异常现象。主要表现为受压锚杆转为受拉，受拉锚杆转为受压见曲线图。从曲线图中可看出，在锚杆入岩6m，3.5m两个位置的应力计变化异常，应力增值大，速率快。同一桩号的测缝计所获得的岩梁开合度数值为0.28mm，0.28mm这一数值从2003年4月3日一直稳定至2003年4月23日，从2003年4月26日至2003年5月14日开合度增大至0.43mm，开合度曲线见图。从锚杆应力变化曲线及开合度曲线图中可得出，围岩深处的应力变化与岩梁开合度的变化无直接联系。岩梁开合随开挖层高的降低，边墙高度的增加而增大。爆破时爆破振动波对梁体的影响较小，虽然在龙滩地下厂房III层以下开挖爆破作业时出现了超标的爆破，最大的爆破质点振速达14cm/s，但爆破质点振速的增大并没增大岩梁与基岩面的开合度，就岩锚梁的爆破质点振速控制而言，目前龙滩电站7cm/s的质点振速控制标准的合理性有待商讨。

图4 厂房上游侧岩梁受拉锚杆应力曲线图

图5 厂房下游侧岩梁受压锚杆应力曲线图

图6 厂房下游侧岩梁受拉锚杆应力曲线图

图7 厂房上游侧岩梁受压锚杆应力曲线图

2 结束语

（1）岩锚梁施工前，必要的相关现场试验有利于指导岩锚梁的施工，有针对性的提出解决方案；

（2）减小厂房岩锚梁开挖层的层高，是解决岩台最终成型的一个方法，分层应由围岩的变位量、围岩的地质条件、施工机械的有效作业范围确定；

（3）对岩锚梁的爆破质点振动速度控制标准能否放宽，龙滩地下厂房III层开挖爆破施工时，在岩梁上实测超标炮次为38次，超标炮次中,最大质点振动速度达14cm/s，最小的也有7.22cm/s，从开合度曲线可看出，开合度的增加是随高边墙的增高而增加的。