复杂地质条件下地下厂房岩壁吊车梁开挖质量控制措施

（河北丰宁抽水蓄能有限公司，河北省承德市 068350）

0 引言

岩壁吊车梁是地下厂房的关键受力结构，其施工质量的好坏，将直接影响岩壁吊车梁的荷载受力情况，进而影响桥机的安全稳定运行和机组结构安全[1]。因此，必须引起高度关注岩壁吊车梁开挖质量的控制。

1 工程概况

河北丰宁抽水蓄能电站位于河北省承德市丰宁满族自治县境内，工程枢纽总体布置由上水库、下水库、水道系统、开关站和地下厂房系统组成。工程规划装机容量360万kW，具有周调节性能，为一等工程，大（1）型规模。电站分两期建设，一、二期工程装机容量分别为1800MW，均安装6台单机容量300MW的立轴单级混流可逆式水泵水轮机，电站建成后，在京津唐电网系统中承担调峰、调频、调相和事故备用任务。

河北丰宁抽水蓄能电站地下厂房岩壁吊车梁布置在一、二期工程主机间及安装场上下游侧，长度为374m，其中一期工程长度为221.91m，二期工程长度为152.09m，最大宽度为1.65m，最大高度为2.53m，岩台水平宽度仅为0.75m。岩壁吊车梁层（见图1）为中粗粒花岗岩，出露有断层及节理裂隙密集带，属于典型的陡倾角、小交角不利组合，地质条件变化没有规律，随机不稳定块体较多，岩体开挖面揭露后，不利于岩壁吊车梁的开挖成型。

图1 岩壁吊车梁层地质照片Fig.1 The geological picture of rock-anchored crane beam

为确保岩壁吊车梁岩台成型质量，提高岩台岩体完整性以及厂房边墙围岩的安全与稳定，河北丰宁抽水蓄能有限公司（以下简称丰宁公司）采取了一系列技术和管理等创新举措，确保了岩锚梁开挖成型质量。

2 岩壁吊车梁开挖施工技术措施

（1）地质超前预报。针对电站复杂的地质条件，丰宁公司在地下厂房二层开挖时，要求设计院地质工程师每天到地下厂房进行检查分析，对厂房第二层进行地质素描，利用地质雷达对地下厂房岩壁吊车梁层进行预报判断，提前摸清岩壁吊车梁附近的地质情况（见图2），为后续工程施工提供相关技术支持。

图2 岩壁吊车梁层地质预报图Fig.2 Geological forecast map of rock-anchored crane beam

（2）仿真开挖试验。在地下厂房二层开挖施工时，在一、二期地下厂房上游侧各选择1～2段具有代表性的围岩进行预灌、预锚固和仿真爆破试验，验证灌浆效果和玻璃纤维锚杆的锚固效果，确定预灌、预锚参数和岩台竖向孔、斜面孔的孔距和线装药密度等爆破参数，为后续岩壁吊车梁开挖奠定基础。实验结果表明，玻璃纤维锚杆锚固、预灌浆等技术措施对岩壁吊车梁岩台成型具有良好的控制效果。

（3）优选开挖方案。结合地下厂房岩壁吊车梁岩台结构特征和揭露的地质条件，确定地下厂房三层分中部拉槽、保护层、岩台三个区域开挖，为了减少岩锚梁在中部拉槽过程中的爆破影响，中部拉槽宽度按8m进行，剩余两侧保护层（8.5m宽）分三次依次采取光爆剥离；岩台一次爆破成型，同时控制其光爆孔间距，见图3。

图3 岩壁吊车梁开挖分区图Fig.3 Partition diagram of rock-anchored crane beam

（4）岩台保护层提前锚固。地下厂房岩壁吊车梁预锚及仿真开挖试验完成后，通过岩壁吊车梁成型效果显示，采取的岩壁吊车梁开挖技术方案和工艺措施是切实可行的。根据现场地下厂房揭露的复杂地质条件，针对不同的裂隙组合和不利结构面，采用四排玻璃纤维锚杆+随机玻璃纤维锚杆的方式对岩台进行预锚，见图4。

图4 岩台锚固图Fig.4 Anchor diagram of protective layer

（5）对岩壁吊车梁岩台下拐点和临时边墙加强支护。下拐点开挖前，对岩壁吊车梁下拐点增加一排带垫板锚杆进行锁脚支护[2]。同时，下拐点以上岩台临时边墙采用喷厚5cm的C30钢纤维混凝土的方式进行临时支护，避免滑塌后岩台面无法成型。在岩壁吊车梁基础遇到断层时，采取回填钢筋混凝土+锚杆的措施进行处理。

（6）光爆孔提前造孔。为降低中部拉槽及保护层爆破对岩台拐点区域造成影响，提前对岩台拐点区域进行应力释放，在对应区域中部拉槽施工前，先将上下拐点对应区域的结构进行光爆孔（岩壁吊车梁上拐点、下拐点对应的竖直孔）提前造孔，并利用PVC管进行插管保护，结果显示光爆孔提前造孔对不良地质带的岩台成型质量有明显提升作用[3]。

3 岩锚梁开挖质量控制措施

（1）岩壁吊车梁上、下拐点及斜面孔搭设样架，由测量人员对导向管逐孔校正，架子工及时进行调整加固，确保孔向及导向管顶高程精度。钻工根据导向管顶高程及孔底高程确定钻杆长度，截取钻杆，保证光爆孔孔底在同一水平面上。造孔时，为提高孔向及爆破后的岩面平整度，采用在DN48样架管内增加DN32小套管，同时在开孔困难部位（如斜岩面），先凿3～5cm开孔槽再进行造孔，造孔过程中“三检人员”进行孔位、孔向、孔深的检查，发现偏差时，及时纠偏，必要时重新造孔，保证造孔质量[4]。

（2）在钻孔完成后采用插PVC管的形式检查孔深、孔向、孔斜、孔距，并对成孔进行有效防护，尽量避免塌孔、堵孔等现象发生。当自检合格后，填写钻孔检查验收表，通知监理工程师和业主人员进行验收，验收合格后方可进入下一道工序施工。

（3）装药爆破过程严格按照爆破设计进行爆破孔间距控制、药卷加工、装药、黄泥堵孔、闭合联网、起爆等程序。保护层采用全光爆装药结构，即主爆孔、光爆孔全部采用导爆索+PVC管绑扎间隔均匀装药，控制主爆孔装药量，减少爆破振动[3]。

4 岩壁吊车梁层开挖管理措施

（1）成立质量领导小组和工作小组，明确主要职责、工作计划及管理措施，确保岩壁吊车梁层开挖一次成型，并创建样板工程。此外，丰宁公司结合地下厂房第一层揭露的复杂地质条件，在第二层开挖时，超前谋划岩壁吊车梁层开挖，筹划开展仿真实验[5]。

（2）严格审查地下厂房开挖施工方案。地下厂房开挖施工方案是施工质量的重要影响因素[6]。施工方案经施工单位后方技术负责人审核后，报送监理中心，监理中心组织召开业主、设计、监理和施工单位参加的四方施工方案审查会，对施工方案进行修改完善。

（3）开展专家咨询，解决技术质量难题。丰宁公司非常重视专家对工程建设的指导作用，组织成立了丰宁抽水蓄能电站内部专家技术委员会，充分发挥了专家在丰宁抽水蓄能电站建设中的技术指导、咨询和总结作用。此外，丰宁公司还邀请设计、施工单位后方专家和水电行业资深专家到工地进行现场咨询，解决了地下厂房岩壁吊车梁层开挖等施工中存在的诸多技术质量难题，为丰宁抽水蓄能电站工程建设提供了宝贵的建议。

（4）严格过程管理措施，确保开挖施工质量。岩壁吊车梁层开挖严格执行“一炮一设计”原则，其爆破设计由施工单位总工、主管副总监亲自审核并严格按照爆破设计进行施工，爆破孔验收合格后方可装药爆破。爆破完成后，参建各方相关负责人及时到作业面进行检查，根据爆破效果进行分析总结，不断优化爆破参数[3]。

5 结束语

丰宁抽水蓄能电站一、二期地下厂房岩壁吊车梁开挖施工，克服了地质条件较差、岩台开挖不易成型，质量控制难度较大等困难，岩壁吊车梁开挖成型效果较好，见图5。

图5 岩壁吊车梁开挖效果图Fig.5 Excavation rendering of rock-anchored crane beam

施工过程中增加预留保护层宽度、玻璃纤维锚杆超前支护、下拐点锁脚支护及临时边墙喷混凝土封闭等措施，使成型岩台斜面开挖半孔率达到93%以上，平均超挖控制在9cm左右，无欠挖，质量评定达到优良标准。对于复杂地质条件下岩壁吊车梁开挖技术和质量管控积累了一些成功的经验，希望能对后续类似工程有借鉴意义。

[1] 徐文仙. 棉花滩水电站地下厂房岩壁吊车梁施工质量控制[J].水力发电，2000（1）：15-16.XU Wenxian. Construction quality control of crane beams on rock wall of underground powerhouse at mianhuatan hydropower Station [J]. Hydroelectric Power，2000（1）：15-16.

[2] 彭相国，佟阳，石显接，等. 呼蓄电站岩壁吊车梁精细爆破及支护技术 [J]. 中国三峡，2013（12）：29-32.PENG Xiangguo，DONG Yang，SHI Xianjie，et al. Fine blasting and supporting technology of crane beam on the rock wall of Huzhun Hydropower Station [J]. China Three Gorges，2013（12）：29-32.

[3] 冉龙武，刘正军. 复杂地质条件下地下厂房岩壁吊车梁的开挖施工 [J]. 四川水力发电，2011，30（s2）：209-211.RAN Longwu，LIU Zhengjun. Excavation construction of crane beam on rock wall under complex geological conditions [J].Sichuan Hydroelectric Power，2011，30（s2）：209-211.

[4] 王岩，王永，满锐. 地下厂房岩壁吊车梁的爆破试验[J]. 黑龙江水利科技，2012（1）：125-127.WANG Yan，WANG Yong，MAN Rui. Blasting test of crane beam on rock wall of underground powerhouse [J]. Heilongjiang Science of Water Conservancy，2012（1）：125-127.

[5] 张洪宝，杨雷，沈志强. 浅谈琅琊山蓄能电站地下厂房岩壁吊车梁施工质量控制[C]// 浙江抽水蓄能电站建设管理技术研讨会论文集. 2005.ZHANG Hongbao，YANG Lei，SHEN Zhiqiang. Discussion on construction quality control of rock wall crane beam in underground powerhouse of Lanshan Pumped-storage Power Station [C]// Proceedings of Zhejiang Pumped Storage Power Station Construction Management Symposium，2005.

[6] 汪易森，李小群. 天荒坪抽水蓄能电站地下厂房洞室群围岩三维弹塑性有限元分析及施工方案优化[J]. 华东水电技术，2000（3）：100-105.WANG Yisen，LI Xiaoqun. Three-dimensional elastoplastic finite element analysis and optimization of construction scheme for surrounding rock masses of underground powerhouse of Tianhuangping Pumped-storage Power Station [J]. East China Hydropower and Water Treatment，2000（3）：100-105.