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水利水电厂房岩锚梁开挖施工技术

发表时间：2021/5/6 来源：《基层建设》2021年第1期作者：田维

[导读] 摘要：岩锚梁在整个水电站的建设中起着至关重要的作用。

        中国葛洲坝集团第三工程有限公司陕西 710000
        摘要：岩锚梁在整个水电站的建设中起着至关重要的作用。岩锚梁的开挖施工是水电站地下厂房开挖施工中质量要求最高、工艺要求最严格、技术难度最大的关键部位，岩锚梁开挖的成型质量直接影响到后期岩锚梁的运行安全，是岩锚梁成败与否的第一关键要素。复杂地质条件下岩锚梁开挖难度更大，对技术要求更高。文章重点论述了水利水电厂房岩锚梁开挖施工技术，仅供参考。
        关键词：水利水电；厂房；岩锚梁；开挖
        1导言
        岩锚梁开挖支护及混凝土施工内容主要包括石方洞挖、预应力锚索安装、精轧螺纹钢筋安装、钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑等。根据已开挖完成的厂房顶拱层、第Ⅱ层、主变室和排水廊道围岩类型及类别初步判断，推断厂房第Ⅲ层岩锚梁位置岩性以变质含砾岩屑石英砂岩为主，少量变质玄武岩，局部夹炭质片岩，风化程度为微风化~新鲜。
        2工程简介
        SK水电站地下厂房布置在Mangial冲沟右岸山体内，水平埋深800m，垂直埋深约430m；整体走向为NE向。在厂房上下游边墙布置有岩锚梁，岩锚梁坐落在开挖成型的岩台上。岩锚梁总长度为134.6m*2，为钢筋混凝土结构。顶部高程EL.1337.8m，宽2.0m，布置有桥机轨道埋件；底部高程EL.1335.3m；岩台拐点高程EL.1336.695m；岩台宽1.15m。岩锚梁位于厂房开挖的第Ⅲ层，岩锚梁混凝土在厂房第Ⅲ层（EL.1338.4m~1330.4m）开挖结束及第Ⅳ层中部梯段爆破完成后开始施工。岩锚梁开挖支护及混凝土施工内容主要包括石方洞挖、预应力锚索安装、精轧螺纹钢筋安装、钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑等。主要工程量见表1。
        表1岩锚梁主要工程量表

        注：表中工程量为预估量，具体以现场实际发生为主。
        3施工重点难点
        3.1岩锚梁岩台的开挖成型质量直接影响到厂房桥机的安全运行，因此岩锚梁的开挖质量是施工的重点。
        对策：岩锚梁开挖采用分层分序开挖，均使用气腿钻造孔，先开挖外侧保护层，再开挖岩台。外侧保护层高8.0m，宽4.0m，分三小层开挖支护，边墙采用垂直光面爆破，主爆破孔采用垂直孔爆破；岩台高2.5m，宽1.15m，采用垂直与斜向上的对孔光面爆破一次成型。岩台的垂直光面爆破孔与第①层保护层造孔同时完成，并插入PVC管进行孔道防护。钻孔需用钢管样架和导向钢管并经测量放样来保证钻孔精度。
        3.2保护层开挖完成后，由于底板不平整，且部分围岩经爆破后产生松动，排架可能会下沉，影响承重排架系统的稳定。
        对策：排架基础铺设粗骨料，厚度15~20cm左右，经人工平整后碾压。排架需用[100mm槽钢或200mm*50mm模板垫脚。
        3.3岩锚梁混凝土属于半悬挂式，为永久外露面，外观质量要求高。受侧向及垂直方向的力较大，模板系统的稳固是混凝土浇筑过程中重要的质量保证。
        对策：采用内拉外撑的模板加固方式。在边墙设置4排φ25插筋，焊接φ18拉条；侧模采用横向+竖向[100mm槽钢围檩，底模采用∠100角铁三角架支撑。
        3.4岩锚梁混凝土为高约束区混凝土，为保证混凝土施工质量，需采取一定的温控措施，以防止混凝土产生裂缝。
        对策：控制入仓温度；预埋冷却水管，进行通水冷却；采取有效的养护方式；混凝土达到28d龄期强度才能进行厂房区域爆破作业，厂房周边洞室爆破需根据爆破振动监测结果调整爆破参数。
        3.5为满足总进度计划要求，厂房岩锚梁混凝土需在3个月内完成，施工强度大；锚索灌浆及张拉需在混凝土浇筑完成后进行，故排架需在锚索张拉完成后拆除，影响下层开挖。
        对策：合理安排混凝土仓位，加大钢模及钢管等材料的供应；进行混凝土备仓及锚索灌浆、张拉等工序作业时，配置足够人力资源，保证岩锚梁混凝土施工工期要求。
        4水利水电厂房岩锚梁开挖施工技术
        4.1施工方法
        （1）中部拉槽区开挖。中部拉槽区采用ROC-D9液压钻钻竖向孔薄层梯段开挖。为减少爆破振动对高边墙围岩和岩锚梁永久结构面的振动影响，中部拉槽区与两侧保护层之间设置了一排施工预裂孔，预裂孔在中部拉槽梯段爆破时与主爆孔同步爆破，采用延期雷管保证预裂孔先于主爆孔爆破，同时，为控制单次爆破规模和单响药量，中部拉槽区采取薄层梯段爆破开挖（梯段深度为5.5m）。
        （2）保护层区开挖。岩锚梁保护层采用竖向光爆，爆破孔采用YT-28手风钻造孔。因岩锚梁地质条件复杂，为减小中部拉槽爆破对岩锚梁永久结构面的振动影响和控制岩锚梁结构面的卸荷松弛变形，将该工程岩锚梁保护层厚度由常规的3m增加到5m。为解决保护层开挖后岩台开挖区垂直光爆孔和主爆孔造孔空间狭小和施工道路布置困难等不利条件，岩锚梁保护层Ⅲ2-1开挖时，同时进行岩台区垂直孔的造孔施工。为保证岩锚梁保护层的钻孔质量，严格控制超欠挖，岩锚梁保护层Ⅲ2-1区光爆孔和岩台区垂直孔采用样架进行导向[4]，样架采用Φ48架管搭设，全站仪测量定位。由于岩台区岩体内部裂隙发育，为避免提前完成的竖向孔后期出现塌孔现象，岩台区竖向孔造孔完成后采用Φ32PVC管（L=3m）插入爆破孔进行保护，孔口采用棉纱堵塞。中部拉槽Ⅲ1-1区开挖后，上游部分洞段缓倾角裂隙与陡倾节理密集发育，相互切割，下游侧除以上节理裂隙外，还有顺层裂隙（倾向临空面）发育，在高地应力作用下，开挖后快速卸荷造成两侧Ⅲ2-1区保护层沿裂隙面发生松弛、坍塌，此时，采用竖直起爆的方式爆破孔不能很好的成孔。对于该部分洞段的开挖，将开挖方式调整为“YT-28手风钻水平平推+竖直光爆”，竖直光爆孔采用样架导向造孔。
        4.2岩锚梁下拐点防护
        ②区保护层和③区保护层开挖完成后，除了及时进行边墙的喷护及锚杆施工，还应考虑对下拐点的防护。针对不同岩石情况在岩台开挖前对下拐点采取不同的防护措施，对有节理、裂隙部位，采取在下拐点以下10cm布置一排φ25mm，L=1.5m（外露15cm），间距75cm的锁口锚杆，同时在外露端焊接∠50*4mm角铁进行加强防护；岩体完整部位仅布置一排φ25mm，L=1.5m（外露15cm），间距75cm的锁口锚杆。
        4.3装药爆破
        ①区保护层主爆孔采用φ32mm乳化炸药；垂直光爆孔采用φ25mm乳化炸药间隔装药，堵塞长度55cm，线装药密度119g/m。①区保护层开挖爆破炸药单耗0.35kg/m3。
        ②区保护层主爆孔采用φ32mm乳化炸药；垂直光爆孔采用φ25mm乳化炸药间隔装药，堵塞长度90cm，线装药密度93g/m。②区保护层开挖爆破炸药单耗0.35kg/m3。
        ③区保护层主爆孔采用φ32mm乳化炸药；垂直光爆孔采用φ25mm乳化炸药间隔装药，堵塞长度90cm，线装药密度93g/m。③区保护层开挖爆破炸药单耗0.35kg/m3。
        ④区岩台垂直光爆孔采用φ25mm乳化炸药间隔装药，堵塞长度57.5cm，单孔药量166.8g，线装药密度90g/m。斜面光爆孔采用φ25mm乳化炸药间隔装药，堵塞长度56.8cm，单孔药量152.9g，线装药密度80g/m。岩台开挖爆破炸药单耗0.39kg/m³。
        岩台爆破炸药采用φ25mm药卷剖成两半自制加工。炸药均绑扎在竹片或PVC管上。堵塞采用岩粉或黏土，在堵塞前先用药箱包装纸或水泥袋塞入孔内，防止堵塞料漏入装药段，堵塞段应稍加捣实。
        4.4特殊情况的处理
        造孔时，如遇锚杆点模糊不清，须对锚杆点进行重新放样；对于超挖较大的部位，技术员须现场旁站锚杆孔造孔，根据测量资料控制每个孔的造孔深度；造孔过程中，对于不符合要求的废孔采用不干缩砂浆进行回填灌浆；对于岩锚梁锚杆与系统锚杆点位发生冲突时，应优先保证岩锚梁锚杆满足设计要求；注浆开始或中途停止注浆超过30min时，应用水或稀水泥浆润滑注浆泵管路，然后按照试验确定的配合比重新进行砂浆拌制；插杆推进过程中，如遇阻碍，不得倒退，可轻微旋转锚杆使其插入，不得硬性敲击锚杆。
        结束语
        综上所述，通过对该工程原有锚杆施工工艺中的各关键工序进行深入的改进和提高，施工局固化形成了一整套应对复杂地质条件下超长岩锚梁锚杆施工的关键技术，使水电站厂房岩锚梁受力锚杆一次验收合格率达到了98%，保证了岩锚梁的结构安全，希望能给相关的工程一定的借鉴。
        参考文献：
        [1]杨双龙，杨建喜，苏靖海．岩壁吊车梁在TBM组装洞室中的应用：辽宁省水利学会2014年学术年会[C]，2010.
        [2]陈卫华．浅谈竖井开挖方法技术研究与应用[J]．消费导刊．2019，4（6）：80-82.