摘要：针对地下洞室施工中的不良地质围岩段，如何采取最优的施工方法和支护方案，使之既可保证地下厂房开挖支护的施工安全和工程永久安全，又能缩短围岩支护时间，加快施工速度，是解决地下厂房不良地质带处理的关键性技术问题。本文介绍白莲河地下厂房F8断层性状及开挖与支护施工程序、方法等。
关键词：地下厂房；不良地质带；控制爆破；柔性支护
1、概述
白莲河抽水蓄能电站地下厂房位于已建白莲河水库大坝右坝头上游侧山体内，厂房纵轴线方向为东西向，自上游向下游平行排列有球阀室—主厂房—主变洞—尾水闸门室4大洞室，三者之间的岩体厚度分别为30m、32m和15.6m；在地下主厂房与主变室之间布置4条母线洞和1条厂用配电洞，其轴线方向为南北向，与主厂房轴线方向垂直；进厂交通洞从下游水平正交进入厂房。主厂房开挖尺寸为146.40m×21.85m×50.883m（长×宽×高），主变洞位于主厂房洞室下游，尾水闸门室位于主变洞下游，经运输廊道与进厂交通洞相连。
2、F8断层性状
白莲河电站地下厂房洞室均位于雄厚的花岗岩体内，地质构造主要为F8断层，其余断层规模较小。厂房围岩总体上看，除F8断层带以外，大部分地段围岩完整性较好，Ⅱ类围岩约占整个厂房的70%，岩体主要为块状、次块状结构，少量裂隙较发育地段为镶嵌碎裂结构。F8断层（包括F8－1、F8－2及其影响带）属Ⅳ类围岩，走向为355?～15?/SW（NW），岩体主要表现为节理密集带，部分节理面夹泥膜，层间岩体较破碎，最大厚度为0.25m。根据白莲河电站地下厂房开挖揭露的地质情况，F8断层及影响带的出露宽度达到46m（厂0+090～厂0+136），断层宽约25m，斜切整个厂房，其围岩明显破碎、胶结松散，节理密集，泥化严重，并有少量掉块，且F8断层上下界面间与其它节理组成的岩石块体自稳性差，其中约13m范围内岩石自稳性差，近似Ⅴ类围岩，钻孔后塌孔率较高，设计地质人员勘察划分断层带围岩类别为Ⅳ类夹Ⅴ类。F8断层及其影响带是工程遇到的影响最大的不利地质条件，对厂房的施工进度影响较大。
3、开挖方法
厂房顶拱层开挖采用中导洞超前掘进，两侧扩挖的方法。中导洞由东向西掘进至厂0+102桩号处，为探明地质条件，采取2m×2m小导洞进行坑探施工，查明地质条件后，采用自钻式超前锚杆、掘进一循环支护一循环和钢拱架强支撑的方式通过断层，顺利完成中导洞掘进。钢拱架安装示意如图1。
图1 钢拱架安装示意图
中导洞开挖完成后，为保证厂房直线工期，两侧扩挖采取预留F8断层段岩柱的方法，留下F8断层及影响带，先从厂房西端两侧分别刻槽向中部扩挖，最后采用短循环、弱爆破、跟进支护等手段完成岩柱扩挖。
厂房刻槽先从西端下游开始，上游滞后，扩挖至厂0+70桩号后，再从东向西按上、下游侧分别刻槽扩挖至厂0+115桩号。扩挖示意图见图2，厂房中导洞厂0+100～厂0+105段典型开挖支护剖面图见图3。
图3 厂房中导洞厂0+100～厂0+105段典型开挖支护剖面图
F8断层固结灌浆完成后，再对厂0+70～厂0+115段进行扩挖。该段扩挖采用“短进尺、弱爆破”的控制爆破技术，分别从东、西两侧相向掘进，跟进支护，循环进尺控制在1.5m～2.0m，最后预留厂0+100～厂0+105段岩柱。
该段岩柱扩挖分两循环进行，即上、下游墙各一循环开挖到位，先进行上游岩柱的开挖，再进行下游岩柱的开挖。开挖预采用三臂台车钻孔，东西两侧相向施钻，一次爆破完成。厂房F8断层预留岩柱开挖见图4。
图4 主厂房F8断层预留岩柱扩挖示意图
开挖施工前后，及时布设收敛观测断面并加强观测，监测围岩变形情况，为现场采取安全措施、决策施工提供依据。若观测资料显示围岩变形增大，则立刻调整施工程序，分循环跟进支护后再进行下一循环开挖。
4、支护技术
主厂房顶拱层F8断层处理范围为厂0+90～厂0+115.6，永久支护采用“锚杆+钢筋格构梁+挂网喷钢纤维砼+预应力锚索”的柔性方式支护。F8断层带扩挖循环进尺控制在2m左右。初喷5cm厚钢纤维混凝土跟进施工，系统锚杆及格构梁支护滞后开挖的距离按两个循环控制，同时要为开挖钻孔提供足够的操作空间。
4.1 锚杆
锚杆包括系统锚杆和锚索端头连接梁固定锚杆。
系统锚杆统一采用Φ32钢筋，长度分别为L=9.4m（入岩9.0m）@1.0m×0.8m、L=10.0m（入岩9.9m）@1.0m×0.8m、L=13.0m（入岩12.9m）@1.0m×1.0m、L=15.4m（入岩15m）@1.0m×0.8m。锚杆造孔采用锚杆台车与QZJ—100B型潜孔钻，注浆采用1台麦斯特注浆机和2SNS砂浆泵施工。锚索端头连接梁固定锚杆为Φ25@1.0m L=4.0m（入岩3.3m），采用YT28汽腿钻造孔，按先注浆后插杆的顺序施工。
4.2 钢筋格构梁
格构梁从（厂）0+90处开始安装，与系统锚杆相连。安装前清理作业面，清除浮石、石渣或堆积物，挖除欠挖部分，并用高压风清扫初喷钢纤维砼时留下的反弹料。每榀格构梁分为7节制作、安装，其中顶拱5段，左右侧墙及小弧段各1段，先安装中导洞部分，其后向两侧延伸，安装结合段不得出现在拱脚部位。格构梁安装前测放定位线，确保各节安装后位于同一横断面内；格构梁之间用Φ25水平钢筋进行纵向连接，连接筋间距为25cm，格构梁与锚杆连接点必须焊接牢实。钢格栅拱架结构见图5。
图5 钢格栅拱架分节结构图
4.3 钢纤维喷护
CF25钢纤维喷射砼采用湿法喷射工艺，利用湿喷台车进行施工，分两次施工。第一次喷射为封闭围岩，喷射厚度为5cm。砼喷射前，应使用高压风吹除岩面浮渣，严禁用高压水冲洗岩面。第二次为将钢纤维砼补喷至设计厚度，分三层施工，每层厚度不大于10cm。
喷射时自下而上进行，先喷凹洼后补平，喷头与受喷面尽量垂直，一般保持0.6~1.0 m的距离，同时喷头应按螺旋形轨迹（R=300mm）一圈压半圈地移动；各喷层之间的间歇时间应符合有关规定，若间歇时间超过2h，应在复喷前先喷水湿润混凝土表面、再行喷射，以保证砼层间的良好粘结。第二次喷射前，先用水湿润第一次的喷射砼表面，并将表面的乳膜、浮尘冲洗干净，喷射格构梁时先从格构梁两侧向格构梁内喷射，确保格构梁内喷射砼饱满、密实；混凝土喷完后到下一次放炮时间应不小于3h。
4.4预应力锚索
锚索为1500KN无粘结预应力锚索，锚索中心连线在▽70.62m高程处，间距为4.8m；锚索外露端头用C40砼连接梁锚固，连接梁厚度为70cm，高程为▽69.87m～▽71.37m段。锚索共布置11根，其中：上游为5根端头锚索，水平布置，布置范围为0+92～0+111.2，连接梁范围为0+90～0+113.2；下游为6根对穿锚索，与②排水洞对穿，全部自主厂房向②排水洞上仰8.9?，对穿锚索布置范围为0+88～0+112，连接梁范围为0+86～0+114。锚索其它参数见表1。
5、施工监测情况
从F8断层岩体声波测试情况看，经武汉理工大学在固结灌浆前、后对F8断层进行的岩体声波测试，灌浆前围岩声波纵波速度为2100～3500m/s，局部为1700m/s，14d凝期后的声波速度有较大幅度的提高（波速在4000m/s以上）。
经收敛变形监测统计情况表明，厂房F8断层监测曲线整体平缓，拱顶收敛一般在3mm左右，系统支护完成后，变形速率趋于稳定，收敛值基本稳定在2mm以下，且没有持续增大现象。
6、结语
白莲河地下厂房不良地质带采用科学合理的开挖方法，成功应用“锚杆+钢筋格构梁+挂网喷钢纤维砼+预应力锚索”的柔性支护处理技术，较好地完成了最大不良地质带F8断层的处理施工，确保了洞室稳定；在工期上也优于刻槽置换混凝土的施工方案，可弥补F8断层处理对主厂房施工直线工期的影响，保证了整体开挖施工进度。
参考文献：
[1] 水利电力部东北勘测设计院锚喷组.地下洞室的喷锚支护[S].北京：水利电力出版社，1985.
[2] 侯建华，钱继源.大朝山水电站地下厂房开挖与支护施工技术[J]，浙江水利科技，2005年第05期.
[3] 邓仁杰.不良地质条件下的洞室开挖及支护施工技术[J]，广西水利水电，2004年S1期.
论文作者:郑辉
论文发表刊物:《北方建筑》2016年12月第34期
论文发表时间:2017/2/23
标签：断层论文; 厂房论文; 围岩论文; 地质论文; 锚杆论文; 地下论文; 下游论文; 《北方建筑》2016年12月第34期论文;