小湾水电站岩锚梁开挖施工技术及质量控制
小湾水电工程建设管理局质量安全部汤荣平
【提要】小湾岩锚梁是小湾地下厂房的重要组成部份，如何加强质量控制在整个施工过程中起着关键性的作用，本文对施工技术结合质量控制手段进行分析，提出岩锚梁质量控制的重点及关键。
【关键词】岩锚梁开挖质量控制
小湾水电站位于云南省西部南涧县与凤庆县交界的澜沧江中游河段，在干流河段与支流黑惠江交汇处下游1.5km处，系澜沧江中下游河段规划八个梯级中的第二级。
小湾水电站工程属大（1）型一等工程，永久性主要水工建筑物为一级建筑物。工程以发电为主兼有防洪、灌溉、拦沙及航运等综合利用效益，水库具有不完全多年调节能力，系澜沧江中下游河段的“龙头水库”。该工程由混凝土双曲拱坝（坝高292m）、坝后水垫塘及二道坝、左岸泄洪洞及右岸地下引水发电系统组成。大坝建成后将形成149.14×108m3的水库，电站装机容量4200MW（6×700MW）。
引水发电系统分引水、厂房及尾水三大部分，具体有三大洞室和六条引水压力管道、六条母线洞、两条尾水洞以及交通洞、运输洞、出线洞和通风洞等地下建筑物组成的一个庞大地下洞室群及进水口、尾水出口、开关站、地面控制楼、通风洞口等地面建筑物组成。
电站进水口布置在右岸，采用一字形岸塔式，进水口间距24m，进水口底板高程为1140.000m。引水隧洞采用单机单管的引水方式，包含有上平段、上弯段、竖井段、下弯段及下平段，引水洞开挖直径由10.60m变为9.70m的圆形断面,衬砌后直径为9.0～8.5～6.5m。
地下厂房从河床侧向山体侧依次布置有空调机房、安装间侧副厂房、安装间、主厂房、副厂房，总长298.10m。主厂房设置岩锚吊车梁，其上部厂房开挖跨度为30.60m,下部开挖跨度28.30m，最大开挖高度达86.43m，是目前世界最大的地下厂房之一。顶拱开挖高程1032.430m，底部布置有检修排水廊道，其最低开挖高程946.00m，岩锚吊车梁轨顶高程1013.000m，尾水底板高程956.000m。
小湾水电站主厂房岩锚悬臂吊车梁作为厂房施工中的重要组成部位，其施工质量的好坏直接决定了引水发电系统的开挖质量，在施工中引起了参建各方的高度重视，在每道工序施工之前均组织相关人员进行探讨分析，并结合其它项目的施工经验，采取了合理的施工组织措施，从而确保了整个岩锚梁的施工质量均处于受控状态，并取得了较好的成果，其中开挖和混凝土均创小湾工地样板工程，得到了各方的高度赞誉。
一、开挖方法
1.设计指标
小湾水电站的主厂房岩锚梁开挖高程为EL1013～EL1009，主副厂房（厂纵0-043.75~厂纵
0+254.65）Ⅲ层为厂房岩锚悬臂吊车梁层，主副厂房Ⅲ层分层高度为：EL1006.70~1013.00m，层高6.3m，在主副厂房Ⅲ层厂纵0+030~厂纵0+241桩号、EL1009.20~1011.50m高程上设有岩锚梁1.3m岩台开挖，该岩锚梁岩台开挖精度要求较高，施工时必须精雕细凿。厂房Ⅲ层上下游边墙及端墙各设有系统砂浆锚杆，锚杆为：Φ25mm(Φ32mm)@2.5×2.5m,L=4.5m(9m)，梅花形交错布置，锚杆外露长度为10cm；依据《引水发电系统第034号设计通知单》要求，在岩锚梁下支点以下30cm处1008.9m水平布一排Φ32mm@1m、L=9m、外露10cm的砂浆锚杆，作为岩锚梁的加强支撑锚杆。厂房Ⅲ层上游边墙1007.2m高程布设有56根粘结和无粘结式锚索，长度为20米或30米；下游边墙1007.2m高程布设有58根粘结和无粘结式锚索，长度为25米或35米；左侧端墙1008.00m高程布设有4根全长粘结式锚索，长度为20米或30米；右侧端墙1008.00m高程布设有2根全长粘结式锚索，长度为20米或30米，级别均为1000KN级；除岩锚梁砼浇筑岩台范围内，上下游边墙及左右端墙均喷微纤维砼15cm。
2.工程地形地质条件
地下厂房分布的岩层为MⅣ-1层黑云花岗片麻岩夹薄层透镜状片岩，新鲜完整的片麻岩、片岩均属坚硬岩石。Ⅲ级断层F5、F11、F10在该地段通过。Ⅳ级结构面发育，规模较大的Ⅳ级结构面主要有F3、F6、F7、F8、F11、F14等。Ⅴ级结构面发育，主要为成组发育的节理和随机节理，按产状可分为两组：①N70°～90°W，NE∠65°～90°；②近SN，E(或W)∠80°～90°，部分地段发育有随机中缓倾角节理，延伸一般较短。此类节理对顶拱危害较大，须及时喷锚支护。
二、施工通道及风、水、电布置
厂房岩锚梁施工利用主厂房运输洞作为施工通道，从4#施工支洞降坡至厂房Ⅱ层的斜坡道将在岩锚梁施工前将其挖除；厂房岩锚梁施工的风水管线均从主厂房运输洞内接8寸管至厂房Ⅲ层内进行施工供风供水；厂房供电则利用空调机室内布设的电缆线，并接引至厂房Ⅲ层进行供电；其它施工布置和原厂房开挖支护措施一致。
三、岩锚梁开挖施工
1.岩锚梁开挖施工前准备工作
在进行岩锚梁施工前，要求以下相关工程施工基本结束：①1014.5m锚索打孔、下索；②Ⅱ层边墙及端墙系统锚杆；③Ⅱ层上下游边墙及左右端墙喷射砼；
2.开挖施工顺序及方法
开挖顺序为：
从4#施工支洞至厂房Ⅱ层的斜坡道挖除→②左右端墙保护层边线和左右端墙设计轮廓线和中槽5.3m保护层边线预裂→③利用厂房运输洞进行拉槽开挖（从大桩号侧向小桩号侧独头施工）→④上下游边墙5.3m保护层分为三次开挖，并依次进行手风钻开挖→⑤左右端墙的3m保护层开挖
开挖方法为：
(1)在Ⅲ层开挖施工前，首先利用主厂房运输洞作为施工通道，将从4#施工支洞至厂房Ⅱ层的原斜坡道挖除；
(2)从4#施工支洞至厂房Ⅱ层的原斜坡道挖除后，进行左右两侧端墙的保护层潜孔钻预裂，然后是左右端墙设计轮廓线的手风钻预裂。中槽拉槽边线的预裂则可以不必提前进行，原则上，中槽边线预裂只要保证超前于拉槽开挖20m以上的距离即可，中槽边线的预裂以潜孔钻进行预裂。左右两侧端设计轮廓线手风钻打孔预裂，预裂深度为4.5m左右，预裂孔孔距为40cm、线装药密度为300g/m进行控制，4.5以下部分考虑光爆开挖。用手风钻打设垂直预裂时，为使钻孔准确，采用1.5寸钢管架设样架，架子高度控制在1米左右，宽度为40cm左右，架子长度为6m 左右，架子设两根站杆两根横杆及两根纵向钢管，钢管之间可以用扣件或点焊进行连接，架子内设一排2寸的导向钢管，手风钻钻杆要求从导向钢管内穿过后打孔，导向钢管的间距以孔距进行控制，架子搭设方法见：
（3）利用主厂房运输洞进行拉槽开挖：当中槽边线预裂从大桩号往小桩号方向进行了20m 以上距离时，即可从大桩号侧往小桩号进行独头拉槽开挖，拉槽高度为6.3m，拉槽宽度为20m，采用潜孔钻机垂直打孔钻爆，排炮进尺为6m；拉槽时，从大桩号侧将拉槽宽度逐渐扩大至20m。
(4)上下游边墙5.3m保护层开挖：上下游边墙5.3m保护层开挖分为三区进行，按照分区序号依次进行手风钻开挖；在进行分区开挖前，要求先对1.3m岩台边线进行潜孔钻预裂，然后按①区→②区→③区的顺序进行开挖，后附开挖顺序图。5.3m保护层开挖要求滞后于中槽开挖30m 以上，上下游保护层开挖面也要求相互错开20m以上距离。岩台③区开挖爆破时，为确保EL1009.2m~EL1011.5m岩台成型稳定，《引水发电第043号设计通知单》中要求：在厂房上下游边墙1008.9m高程，增设一排系统锚杆Φ32mm@1.0m、L=9m、外露10cm，水平打设，在实际施工过程中，将该排系统锚杆打设完成后再进行③区开挖钻爆。
(5)左右两侧端墙3m保护层开挖：左右两侧端墙3m保护层以手风钻进行垂直钻爆开挖。
3.开挖工艺措施
主要工序作业措施：
开挖准备：洞内风、水、电以及施工人员、机具准备就位。
测量放线：洞内导线控制网测量及施工放样全部采用全站仪进行。每排炮后进行设计规格线测放，并根据爆破设计参数点标出孔位；钻孔作业：严格按测量定出的开挖轮廓线和测量布孔进行钻孔作业。分区、分部位定人定位施钻。每排炮由值班工程师按“平、直、齐”的要求进行检查，做到炮孔的孔底落在爆破规定的同一个铅直断面上；为了减少超挖，预裂孔和周边孔的外偏角控制在设备所能达到的最小角度。光爆孔的偏差不得大于5cm，其它孔位偏差不大于10cm。用手风钻打设1.3米岩台垂直光爆孔和斜面光爆孔时，为使钻孔准确，采用1.5寸钢管架设样架，架子设两根站杆两根横杆及两根纵向钢管，钢管之间可以用扣件或点焊进行连接，架子内设一排2寸的导向钢管，手风钻钻杆要求从导向钢管内穿过后打孔，导向钢管的间距以孔距进行控制，架子搭设方法可参照后附打孔方法示意图中的方法进行搭设。
装药、联线、起爆：装药前用高压风水冲扫孔内，炮孔经检查合格后，方可进行装药爆破。
炮孔的装药、堵塞和引爆线路的联结，由考核合格的炮工严格按批准的爆破设计图(爆破参数在实施中不断优化)装药；采用非电雷管联结起爆网络，要求做到装药密实、堵塞良好；由炮工和值班技术员复核检查无误，炮工负责引爆。岩锚梁开挖，要求按样板工程标准进行施工，开挖钻爆时，先按后附爆破设计图中的爆破参数进行实施，每排炮爆破后由技术、质量和施工厂队会监理工程师对爆破效果进行现场检查和验收，并在爆破过程中不断优化和总结爆破参数，确保开挖的质量。
通风散烟及除尘：开挖施工过程中一直启动通风设备通风，保证在放炮后30min内将有害气体浓度降到允许范围内，爆破散烟结束后，开挖面爆破渣堆洒水除尘。
安全处理：爆破后用反铲或人工清除残留危石。
出碴及清底：采用3m3侧卸装载机配合15t自卸汽车出渣。出渣完毕后用反铲清理工作面积渣，为下一循环钻爆作业做好准备。
4.围岩分类及爆破设计参数的选定
在岩锚梁开挖钻爆过程中，要求按不同的围岩类别进行不同的装药爆破；在本开挖钻爆措施中，后附图中根据不同的围岩类别进行了不同的爆破设计，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类围岩段选用后附图中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类围岩爆破设计中的参数；Ⅳ、Ⅴ类围岩、断层及不良地质洞段则选用不良洞段爆破设计中的参数。厂房以下桩号范围为Ⅳ、Ⅴ类围岩、断层及不良地质段，其作均为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类围岩段。
厂房岩锚梁不良地质段有：
F10断层：上游边墙厂纵0+158.00～厂纵0+178.00
下游边墙厂纵0+143.00～厂纵0+166.00
F11断层：上游边墙厂纵0+003.00～厂纵0+030.00
下游边墙厂纵0-022.00～厂纵0+003.00
F5断层：下游边墙厂纵0+251.00～厂纵0+254.65
（实际施工中，根据开挖揭露的围岩情况进行地质描述和判断，并对不良地质段桩号范围加以修正）
二、施工质量控制及检测指标
为了保证岩锚梁的开挖质量达到设计和规范要求，在开挖之前由小湾建管局多次组织召开由业主、设计、监理、施工四方参加开挖质量专题会，从源头上进行把关，并成立了相关部门参加的开挖质量控制小组，对开挖每道工序进行全过程的跟踪控制。
1.质量控制标准
①残留炮孔痕迹，应在开挖面均匀分布，残留炮孔不少于90％；
②相邻两孔的岩面平整，孔壁无明显的爆破裂隙，相邻两孔间岩面的不平整度不应大于10cm，相邻两茬炮之间的台阶或预裂的最大外斜值不应大于10cm；
③预裂爆破的预裂缝应连续贯通；
④斜面开挖应达到设计角度29028’33”，允许偏差±20。
⑤超欠挖控制：在高程EL1009.2～EL1013.3m的岩锚悬臂吊车梁部位不允许出现欠挖现象。其余按照相关技术措施规定执行。
⑥预裂孔间距Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类围岩控制在32cm。Ⅳ、Ⅴ类围岩及不良地质段的开挖孔距应控制在25cm，（或者由技术部人员现场进行确定）
2.质量控制手段
对于岩锚梁开挖必须严格执行三检制，由于孔位较密对所有预裂孔，一检、二检、三检人员必须加强过程控制。
①造孔控制程序
a、在钻孔前作业队必须在设计边线上用 1.5”钢管搭设造孔样架，样架必须加固牢靠保证在钻孔过程中不发生变形。样架搭设完毕后作业队必须申请进行验收，在验收合格后方可进行下一道工序的施工。
b、为了保证孔向、垂直度及孔底均落在同一平面上并满足设计要求，在造孔前应由测量人员将孔位、高程标识在样架或岩面上。在开钻前由作业队、二检、三检、技术部，监理共同进行验收，签发《厂房Ⅲ层开挖开工（钻）证》后方能开钻。
c、在开孔0.5m后，进行钻孔校核，开孔1.5m后至终孔时进行校核。并做好校孔记录。
②装药控制程序
a、在孔位验收合格后，方可进行装药施工；
b、在装药过程中，技术部、三检人员必须进行旁站，并要求作业队严格按照施工技术措施要求严格控制线装药密度，并做好装药连线记录。
c、由作业队、二检、三检、技术部，监理共同进行验收，签发《厂房Ⅲ层开挖准爆证》后方可进行爆破。
3.奖惩条例
为完善激励机制进一步提高施工队伍的积极性，小湾在质量控制方面提出“样板工程”控制标准，对于达到小湾“样板工程”的，给予相关施工单位天整个工地进行通报表场及奖励。“样板工程”质量控制标准
a、残孔率不小于90％，残留炮孔应均匀分部在岩面上；
b、相邻两孔的岩面平整，孔壁无明显的爆震裂隙，相邻两孔间岩面的不平整度不应大于10cm，相邻两茬炮之间的台阶或预裂的最大外斜值不应大于10cm；
c、预裂爆破的预裂孔应连续贯通；
d、斜面开挖应达到设计角度29028’33”，允许偏差±20；
e、超欠挖控制：在高程EL1009.2～EL1013.3m的岩锚悬臂吊车梁部位不允许出现欠挖现象，在下拐点（EL1009.2）以下允许欠挖5cm。
通过加强质量跟踪控制和完善奖罚激励机制，极大的调动了施工、管理人员的工作积极性。在开挖完成后，经过监理、施工方的共同检测岩锚梁的各项检测指标如下：
a、孔痕率：本段为Ⅱ、Ⅲ类围岩，岩性为黑云花岗片麻岩及薄层透镜状片岩，主要有F10、F11断层穿过，下游边墙岩石节理较发育且近似平行边墙，开挖后卸荷极易掉块。下游侧孔痕率为90.8 %，上游侧孔痕率为96.1%，平均孔痕率为93.6%，全部符合规范要求。
b、岩台斜面角度（设计29o28′33"）：检测80个断面，最大值31.6o、最小值27.2o、平均值30.2o，合格77点，合格率96.3%，岩台成型较好，外观平整，无错台现象，符合设计要求。
c、平整度：共检测278点，最大值12cm、平均值5.3cm，合格256点，合格率 92.1%，符合规范要求。
d、超挖值：岩台上拐点以上共检查88个断面，最大超挖值15.9cm、平均超挖值 8.9cm（地质原因超挖断面未进行统计），符合规范要求及合同承诺。
小湾电站引水发电系统岩锚梁的开挖质量，从各项检测指标来看均达到和超过了国内同类项目的施工质量，施工水平得到了相关方的高度评价，在开挖完成后被评定为小湾水电工程建设管理局开挖“样板工程”。为小湾施工质量的提高起到了积极的推动作用。