地下厂房地质条件较差段岩锚梁开挖施工技术和监理工作总结

摘要：锦屏二级水电站地下厂房岩锚梁地质条件较差（围岩较差），岩锚梁开挖过程中首先采取沿保护层深孔预裂、然后再进行中部抽槽和保护层分区开挖、最后钻垂直孔和斜孔的开挖方法。为保证岩台成型，在斜台下部增加锁口锚杆、超前支护高强树脂锚杆、超前灌浆等有效措施。为保证钻孔质量，每个钻孔均进行树样架措施。通过采取多种措施，使岩锚梁开挖达到了预期的效果。在地质条件较差地段进行岩锚梁开挖施工和工程监理均积累了一些成功的经验。

关键词：锦屏二级水电站地下厂房地质条件较差岩锚梁开挖施工监理总结

中图分类号： C93 文献标识码： A

1工程概况

雅砻江锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河弯上，是雅砻江干流上最重要和装机最大的梯级电站。锦屏二级水电站利用雅砻江下游河段长约150km的大河弯的天然落差，通过长约16.67km的引水隧洞截弯取直，获得约310m的水头。电站总装机容量4800MW，单机容量600MW。工程枢纽主要由首部拦河闸坝、引水系统和地下厂房三大部分组成，为闸坝、长隧洞、大容量引水式水电站。如下图。

锦屏二级水电站地下厂房三维洞室群效果图

厂区枢纽工程于2007年5月1日正式开工。为了将锦屏二级地下厂房岩锚梁创建为锦屏样板工程，根据地下厂房第Ⅱ层围岩条件较差的特点[经监理工程师统计，厂房第Ⅱ层围岩以Ⅲ为主（约占70%）、部分为Ⅱ类（约占20%）、少量为Ⅳ类（约占10%）]，监理部和施工单位从地下厂房第Ⅱ层开挖开始就做了精心的组织和部署，首先由监理部牵头组织监理部和施工单位有经验的地质工程师对厂房第Ⅱ层（岩锚梁层）围岩在现场进行实地分类，给岩锚梁的分段开挖爆破设计提供了精确的数据。通过施工单位的精心组织和精细施工以及监理单位的严格质量控制，锦屏二级地下厂房岩锚梁开挖取得了良好的效果，并获得了“锦屏水电工程A级样板工程”称号。

岩锚梁是地下厂房最重要的工程部位之一，岩锚梁开挖施工技术也是地下厂房工程三大技术难题之一，也是监理工程师质量控制的重点和难点。笔者对在地质条件较差（围岩较差）段的岩锚梁开挖过程中采取的一些措施以至最终取得良好的开挖效果进行了总结，希望能对类似工程的监理工作有一定的参考价值。

2锦屏二级地下厂房的基本地质条件及基本数据

锦屏二级水电站地下厂房出露的地层岩性为三迭系中统盐塘组第4大层(T2y4)，岩性为条带状云母大理岩。岩层产状：走向N5～25°E、倾向NW∠80°～85°。（而地下厂房的长轴方向为N35°E，厂房长轴与岩层层面呈小角度相交，这种相对关系对地下厂房顶拱和边墙围岩的稳定是很不利的、也是在工程建筑物布置中应极力避免的，但因客观条件的局限，只能在厂房的开挖支护中想法去适应）。经统计，地下厂房围岩中发育5组节理裂隙（其产状分别为：J1组：136°/∠40°～53°，对厂房上游边墙稳定极为不利；J2组：10°/∠71°；J3：36°/∠76°；J4组：177°/∠52°；J5组：77°/∠64°）。厂房长轴和岩层层面及5组节理裂隙赤平极射投影图见图1。

图1 锦屏地下厂房围岩结构面赤平极射投影图

从上图可以看出，上游边墙岩体由层面、J5组裂隙将与J1、J4组裂隙组合切割形成不稳定结构体；下游边墙岩体层面将与J3、J2组裂隙组合切割形成不稳定结构体。

J1裂隙以及岩层层面与J3、J2组裂隙组合切割在下游边墙形成不稳定结构体

J5组裂隙将与J1、J4组组合切割在上游边墙形成的不稳定结构体

岩锚梁开挖前，监理工程师曾对厂房第Ⅱ层围岩类别和节理裂隙进行了详强的划分和统计。因围岩大多属Ⅲ类围岩，岩体中节理裂隙又较发育并形成较多的不稳定结构体，这对岩锚梁的开挖成型是非常不利的。为保证岩锚梁开挖成型，监理工程师建议在岩锚梁开挖前在岩锚梁斜台下部增加锁口锚杆、超前支护高强树脂锚杆、超前灌浆等处理措施。通过采取以上处理措施，提高了围岩的完整性和稳定性。

锦屏二级水电站地下主厂房开挖长度352.44m、高度72.2m，岩锚梁以上宽度28.3m、岩锚梁以下宽度25.8m，分9层开挖。岩锚梁位于厂房第Ⅱ层，由于受Ⅰ层开挖高度的影响，开挖高度为9.8m。岩锚梁岩台开挖宽度1.2m、高度1.758m、岩台斜面长2.64m、岩台倾角55°，上、下游纵向长度均为328.42m，见图2。

图2厂房第Ⅱ层开挖断面图

3岩锚梁开挖主要施工程序

首先进行保护层开挖，最后进行岩锚梁斜面岩台的开挖。岩锚梁开挖施工程序为：

4岩锚梁开挖主要施工方法

4.1保护层预裂

为减少中部梯段爆破对岩锚梁岩台开挖的影响甚至造成岩锚梁岩台被拉裂，在上、下游各预留4.5～5.0m的保护层，保护层和中部抽槽之间提前进行深孔预裂爆破。

预裂爆破参数：孔径φ76mm，孔深10.8m，超深0.5m，孔距70～80cm，药卷直径φ32mm。

预裂孔采用QZJ-100B型液压钻机钻孔，预裂爆破设计：线装药密度为300g/m，孔口段1.5～2.0m范围内药量减半、线装药密度为150g/m，孔底集中加强药量为800～1200g，把药卷绑在足够刚度的竹片上，并使竹片面向被保留的岩体，堵塞长度100～150cm，为减小爆破震动，单段爆破孔数不超过10个，采用导爆索起爆，段间使用毫秒导爆管延时。

4.2中部抽槽开挖

中槽开挖方式：采用HCR1200-ED型古河液压钻机钻孔，孔距2.0～2.5m、排距2.0m，分两层开挖，梯段高度4～5m。

4.3岩台爆破试验

由于厂房岩锚梁围岩完整性不均一，在进行岩锚梁岩台正式开挖之前在上、下游侧各选择1～2段具有代表性的围岩进行爆破试验，按围岩完整性程度分为4个等级：较好的（Ⅲ类围岩）、一般的（Ⅲ类偏差围岩）、较差的（Ⅳ类围岩）、差的（Ⅳ类偏差围岩），其对应的竖直光爆孔和斜面光爆孔初拟试验孔距分别为：40cm、35cm、30cm 和25cm。严格按岩锚梁体形进行爆破试验，以确定孔距、装药结构、线装药密度、堵孔情况等爆破参数。钻孔、装药严格按永久岩台体形尺寸和施工要求进行控制，每次爆破试验后及时对爆破效果进行评价和总结，并根据爆破效果调整爆破参数。经过爆破试验确定：较好的和一般的分别为40cm和35cm、线装药密度为60～70g/m；较差的和差的孔距为30cm、25 cm、线装药密度为30～40g/m。

4.4预留保护层①、②、③、④区开挖

预留保护层①、②、③、④区开挖是岩锚梁岩台开挖成型的前提条件。如图2所示，首先进行①区开挖，①区超前4～5个循环，②区开挖紧跟①区进行，①、②、③、④区开挖施工条件基本一致，故②、③、④区施工方法和①区基本相同。

采用YT-26型手风钻钻孔，由专人负责采用水平尺和直角尺量测，钻杆保持铅直，开孔时慢速钻进，开孔后及时进行复核，出现偏差及时进行调整，尽量保证所有钻孔落在同一平面内，同时根据孔口高程计算出孔深，保证孔底落在同一高程上。钻孔直径φ42mm、孔深3m、超深0.5m。

钻孔完成后装药之前，采用高压风将孔内积水和岩粉(屑) 冲洗干净，然后进行验孔，确保每个钻孔落在同一高程平面上，若孔深不够，须重新进行补钻。

药卷直径为φ25mm，把药卷绑在足够刚度的竹片上，人工将竹片缓慢插入孔中，并使竹片面向被保留的岩体，采用导爆索一次起爆，孔口堵塞长度40cm。

4.5超前支护措施

因围岩条件较差，为保证岩台成型，⑤区开挖之前，采取以下超前支护措施：

（1）在上游面岩台竖直面和斜面各增加1～2排φ25 L=4.5 @100cmTKM全螺纹增强树脂锚杆锁口，钻孔角度根据岩层产状适当调整，保证树脂锚杆与岩层层面尽可能垂直。该锚杆具有以下特点：杆体为全螺纹式，全长等强，与岩壁粘结强度较大，同时其抗拉强度较大（可达500MPa），杆体抗剪强度较低（75MPa），易切割，可被旋转式钻机轻易通过，钻头损坏可能性小。

对于破碎围岩段，利用锚杆孔进行固结灌浆，灌浆压力为0.2～0.6MPa，水灰比为0.6：1。

（2）爆破前对岩台在下拐点增加锁脚锚杆、型钢及挂网锚喷加固，锁脚锚杆规格为φ22 L=0.5m 间距@70cm，岩台下拐点以下进行超前挂网锚喷封闭压边。

4.6预留保护层岩台⑤区开挖

①、②、③、④区开挖超前4～5个循环，即可进行④区开挖，④区开挖是岩锚梁岩台成型好坏的关键，该区的开挖一定要加强控制，严格要求，精益求精、精雕细琢。

在钻孔施工前人工清除④区上部浮碴，测量放出靠边线的竖直光爆孔所在轴线位置，然后拉线标示每个光爆孔孔口位置。

垂直、倾斜光爆孔采用YT-26型手风钻钻孔，竖直孔钻孔前由测量人员放出孔位，并对准孔位拉二道水平钢丝作为样架，确保钻杆方向正确。为保证倾斜孔的钻孔精度，经测量放样后，用排架钢管搭设样架，样架和倾斜孔倾斜度一致，其向前的延长线为倾斜孔孔口位置，垂直孔和倾斜孔错开布置。钻孔直径φ42mm、孔距30cm，每个钻孔孔深根据现场实际情况进行计算，理论计算深度分别为141cm、224cm，施工时严格控制孔深，偏差控制在3cm以内。斜孔钻孔施工如图3所示。

图3岩锚梁岩台钻孔示意图

药卷直径为φ25mm、线装药密度为27m～72g/m，除底孔外将其分为8～12等份，在孔底塞入长度约5cm的绵纱作为柔性垫层，然后把药卷绑在足够刚度且宽度不低于2.5cm的竹片上，人工将竹片缓慢插入孔中，并使竹片面向被保留的岩体，垂直孔和斜孔采用导爆索同时起爆。装药结构见图4。

图4岩锚梁岩台爆破装药结构图 (40g/m)

4.7控制要点

（1）提前对预留保护层进行临时预裂爆破，保证预留岩台的完整性，预留宽度根地质情况而定（工程宽度为4.5～5m）；

（2）对岩锚梁岩台开挖进行1：1生产性试验，确定不同围岩与孔距、装药结构和装药量之间的关系；

（3）不良地质地段采用TKM全螺纹增强树脂锚杆超前支护，利用锚杆孔进行超前灌浆。

（4）在岩台下部50cm处增加锁脚锚杆，并提前对下拐点以下部位进行挂网喷锚支护施工，防止岩台下拐点拉裂，造成超挖；

（5）岩台斜面开挖时比设计高程低5～10cm钻孔，避免岩台局部欠挖；

（6）每孔树样架施工保证钻孔精度；

（7）根据围岩完整程度，岩台光爆破孔间距为25～40cm，实际线装药密度为27～72g/m（含导爆索12g/m）。

（8）⑤区垂直孔和斜孔同时起爆。

4.8开挖质量检查

岩锚梁开挖完成后，监理工程师进行了检查和测量，经统计，上游岩锚梁岩台成型率达85%、下游成型率达96%，上、下游平均成型率达90.5%，成型岩台斜面开挖炮孔残留率达到95%以上，平均超挖值为10.2cm，无欠挖。在以Ⅲ类围岩为主（少部分Ⅳ类围岩）的地下洞室进行岩锚梁开挖能达到如此的效果，令监理工程师和业主满意。

图5岩锚梁开挖效果图

5、结语

锦屏二级水电站地下厂房岩锚梁开挖施工，克服了地质条件较差、工期紧等困难，对岩台开挖采取预留保护层、超前支护、灌浆、垂直孔和竖直孔同时起爆和超前锁脚压边等措施，使成型岩台斜面开挖炮孔残留达到95%以上，平均超挖控制在10cm左右，无欠挖，质量评定达到优良标准。对于在Ⅲ、Ⅳ类围岩段岩锚梁开挖的施工技术和工艺水平以及监理工程师的质量控制和在其中所起的作用等方面进行了一次有意义的尝试，并积累了一些成功的经验，希望能对类似工程的监理工作有一定的参考价值。