主厂房高边墙岩锚梁地质缺陷施工方案.docx

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主厂房高边墙岩锚梁地质缺陷施工方案

金沙江乌东德水电站

右岸地下电站主厂房高边墙、岩锚梁

地质缺陷施工报告

中国水利水电第六工程局有限公司

乌东德施工局

二〇一四年九月二十八日

乌东德右岸地下电站主厂房高边墙、岩锚梁地质缺陷施工报告

1实际揭露的地质条件

右岸主厂房主要揭露的不良工程地质问题包括6类，分别为：

①不稳定块体；②岩层走向与洞轴线走向小夹角相交（近于平行）、岩层较薄；③结构面附碳质薄膜区、钙质薄膜区、剪切面光滑；④小溶洞、溶蚀裂隙；⑤长大缓倾角裂隙；⑥局部短小缓倾角节理发育（近于水平）。

其中最主要影响到整个厂房高边墙及岩锚梁稳定的不良地质问题有两类:

分别为层间碳质薄膜及小夹角岩层。

（1）层间碳质薄膜

层间碳质薄膜分布在厂房上游边墙，其中主要影响上游边墙稳定的小夹角对应区域，为YC=1+079.8～1+136.5，YC=1+175.5～1+211.5段，约93m，集中在10#、12#及主安装间位置，该段见f42断层，产状240°～290°∠40°～70°，断面起伏粗糙，带宽0.2m～0.3m，造价人才网充填碎裂岩，断面附碳质薄膜，局部潮湿。

岩性为灰黑色中厚～厚层局部夹薄层白云岩，层面等结构面多附碳质薄膜；其抗剪强度参数（

），其抗剪强度低，在地应力作用下易产生变形与滑动，层间结合松弛，容易离层脱离，对岩锚梁和高边墙稳定产生不利影响。

其他段落碳质薄膜区与厂房轴线夹角相对较大（大于30°），对岩锚梁及高边墙影响较小。

（2）小夹角岩层

洞室轴线与岩层走向小角度相交（约20°～30°），其主厂房岩层走向与洞轴线交角≤30°的占55%）近于平行，岩层较薄，开挖后高边墙岩体卸荷松弛稳定问题极为突出，容易出现塌落、顺层剥落、片帮等变形破坏。

而且缓倾角节理相对发育，受小夹角与缓倾节理切割，岩锚梁成型较为困难。

主要集中在1+133～1+333。

2不良地质段变形情况

主厂房沿副安装场、7#～12#机组中心线、主安装场各布设一个监测断面，共布设8个系统测断面及部分不稳定块体增加监测断面。

主厂房共埋设多点位移计59套、锚杆应力计26支、锚索测力计30台，主厂房I层围岩最大变形量为12.71mm，位于12#机拱顶位置，监理工程师论坛目前已处于稳定状态。

其余各部位测值较小，变化不大。

锚杆应力及锚索锚固力测值变化不大，洞室围岩稳定。

主厂房I层爆破的松弛圈45~55cm，I层松动圈1m~1.5m，围岩松弛较小。

主厂房II~IV层开挖后碳质薄膜区围岩变形较大，主要集中在10#至12#机，目前12#机多点位移计累计位移15.83mm。

目前碳质薄膜区松弛圈最大约3.2m。

主厂房1+098.5部位多点位移计位移变化曲线图

右岸主厂房典型监测仪器埋设断面图

3目前形象及已采取的控制措施

3.1目前施工形象

我施工局于2013年7月20日接面进行前期标遗留工作的施工及前期准备，于2013年8月15日开工，2013年12月19日I层全部开挖完成，岩锚梁岩台2014年5月31日~2014年8月17日开挖完毕，厂房岩锚梁混凝土于2014年9月16日开始浇筑第一仓，目前共浇筑完成5仓。

厂房III层以上支护完成90%。

3.2不良地质段已采取的控制措施

（1）精细化控制爆破

在进行岩锚梁开挖前，中间拉槽宽度为12m，岩锚梁区域内增加一道保护层，一次预留保护层为4m，增加二次预留保护层为5.25m，以减小了爆破对岩锚梁岩台震动及松弛的影响，确保了边墙的稳定及岩锚梁的成型。

厂房拉槽及岩锚梁开挖共进行了26次爆破试验，确定最佳的爆破参数，并且通过“一排炮、一分析、一总结”的方法，不断总结和优化爆破参数。

岩锚梁预留双层保护层断面图

岩锚梁以下高边墙开挖时，采取两侧预留较厚的保护层，单侧保护层厚度为5~6m，中间采取施工预裂和6m小梯段拉槽的施工方法，减少爆破对不良地质段的影响，同时两侧保护层开挖完毕后，及时支护。

（2）厂房I层碳质薄膜区增设张拉锚杆、锚索、灌浆措施

主厂房I层在开挖至1+100桩号碳质薄膜区时，中导洞及扩挖区边墙均发生了塌方，为确保岩体稳定，先采取了喷混凝土对中导洞侧墙封闭岩体，并增设随机锚杆加固岩体，对已扩挖的区域进行系统锚杆加强支护，待周边所有加强支护结束后最后进行该段的扩挖施工，确保该段顶拱的稳定。

根据设计要求，针对碳质薄膜区洞段，I层进行了系统固结灌浆，孔深10m，间排距2.0m×2.0m，分两段灌浆，灌浆压力0.5～0.8MPa。

Ⅰ序孔平均单耗74.06kg/m，Ⅱ序孔平均单耗15.25kg/m。

对厂房I层不良地质段进行锚索、张拉锚杆、钢筋网等加固措施，总计增加锚索117束、增加Φ32,L=9m张拉锚杆2206根，增加比例为83%。

（3）岩锚梁不良地质段增加预锚、预灌措施

岩锚梁保护层开挖前，穿过保护层对不良地质段边墙进行超前锚杆锚固、超前预固结灌浆措施，同时，在岩锚梁岩台开挖前先对岩台以下约5m高边墙进行系统锚喷支护，支护完毕后再进行岩台的开挖。

厂房碳质薄膜无盖重灌浆桩号1+080-1+218，灌浆孔孔深为10m（以设计边墙开挖线计），孔间距2.0m，排距2.0m，分两序两段施灌，灌浆压力为0.8~1.2MPa。

Ⅰ序孔平均单耗94.6kg/m，Ⅱ序孔平均单耗40.28kg/m。

灌前压水最大透水率为21.85Lu，最小透水率为0.27Lu。

岩锚梁不良地质段预锚、预灌断面图

（4）岩锚梁范围碳质薄膜区岩台挖除增设支撑墙砼

岩锚梁岩台开挖于2014年5月31日启动至2014年7月10日将碳质薄膜区以外的岩台全部开挖完毕，按照设计要求暂停碳质薄膜区岩台的开挖及底部边墙的系统支护，于2014年8月2日收到设计变更，对该段岩台进行挖除，系统锚杆加密加长，锚索加密，增加岩锚梁支撑墙砼。

支撑墙桩号范围为：

1+78.9~1+136.8段、1+136.5~1+211.5，高程范围:

EL839.6~EL808，长度约93m，高度约32m，支撑墙厚1.0~1.1m。

碳质薄膜区范围内的岩台已按照1.5~2.0m的薄层开挖至831m高程，目前，该段的系统锚杆、灌浆全部施工完毕，锚索已下索，尚未张拉。

碳质薄膜区岩台挖除增设支撑墙砼典型断面图

（5）层面碳质薄膜及小夹角等不良地质影响区、造成的岩台超挖部位需进行挖除增设扶壁墙和砼恢复体

由于主厂房层面碳质薄膜及小夹角等不良地质影响区，岩层极薄、容易出现塌落、顺层剥落、片帮等变形破坏造成岩台超挖，根据2014年9月15日设计通知要求，对于岩台超挖20~50cm的部位采用人工挖除，增设钢筋砼扶壁墙；对于超挖大于50cm部位采用机械、人工挖除至833.97m高程，增设钢筋砼恢复体。

（6）主要采取的补充勘探工作

对于主厂房顶拱增加2个40m深及10个25m深的补充勘探孔，在碳质薄膜区上游边墙钻设8个Φ165直径，10m深和30米深的勘探孔，同时在中层排水廊道往12#补气廊道内钻设28个2m深，Φ50直径声波检测孔，通过孔内电视及声波测试，以探明碳质薄膜区地质情况。

（7）在碳质薄膜区内进行预应力锚杆张拉试验

为验证边墙部位系统锚杆、岩锚梁受拉锚杆的锚固安全性，复核调整以上部位的支护参数，需在性状较差的层面附碳薄白云岩出露部位进行锚杆的拉拔试验。

我施工局于9月3日在主厂房1+80、1+82、1+84上游进行了锚杆拉拔试验。

试验锚杆数量3根，锚杆为Ф32，L=9m的普通砂浆锚杆，锚杆张拉按50KN、100KN、150KN、200KN分级加荷，加荷缓慢、均速，加荷速率不宜大于1KN/min；当荷载每增加一级，稳定5～10min，记录位移量。

最后一级荷载维持10min。

试验结果：

张拉结果满足要求。

锚杆张拉位移量试验结果

张拉力

直径

mm

长度

m

位移量mm

备注

第一根锚杆

第二根锚杆

第三根锚杆

50KN

32

9

3.1

3.5

3.6

100KN

32

9

5.8

5.2

5.1

150KN

32

9

8.2

8.5

8.0

200KN

32

9

11.2

11.4

11.7

4下一步的可能遇到的问题和风险

4.1碳质薄膜区岩体变形、岩锚梁稳定问题

碳质薄膜区层面胶结力极差（粘结力几乎为0），其抗剪强度低，在地应力作用下易产生变形与滑动，层间结合松弛，容易离层脱离。

该部位的岩锚梁砼施工后，如果岩体变形，使得岩锚梁可能出现大量裂缝问题。

4.2小夹角部位挖除风险，岩台越挖越破坏，影响工期

根据目前下发的设计通知要求，对岩锚梁下部小夹角部位超挖超过20cm的部位进行挖除，挖除后采用混凝土进行岩锚梁岩台的恢复，小夹角区域围岩二次挖除时极易发生顺层滑落，二次挖除区域挖除时对周边不挖除部位的围岩造成破坏，最终可能导致未超挖部位发生顺层滑落破坏，增加了岩台混凝土恢复施工工序，影响施工工期。

4.3后续开挖高边墙的稳定问题

由于三大洞室间距较近，约40m，洞室跨度大，最大跨度主厂房为32.5m，尾调室为53m，洞间两面临空高度大，其中主厂房最大高度为89.8m，尾调室最大高度为113.5m。

且洞室轴线与岩层走向小角度相交（近乎平行），岩层较薄，且缓倾角节理相对发育（近乎水平），由此可能出现开挖后高边墙岩体卸荷松弛等稳定问题，高边墙容易出现塌落、顺层剥落、片帮等变形破坏。

5下一步施工方法及建议措施

5.1建议对碳质薄膜区锚索进行张拉

由于目前碳质薄膜区岩体变形较大，建议对碳质薄膜区、小夹角挖除段的高边墙锚索提前张拉，防止碳质薄膜区及小夹角开挖后，等待支撑墙体砼浇筑完成后，再进行张拉，导致边墙继续变形，岩层松动、松弛等。

5.2对高边墙碳质薄膜区及小夹角区域采取超前预锚措施

高边墙两侧保护层开挖前，利用上层平台往两侧永久岩体钻设水平向锚杆和倾斜向下锚筋桩等超前预锚措施，对重点部位进行提前预锚，以改变岩层的结构特性，增加岩体结构的整体性保证高边墙岩层整体性，锚筋桩采用3Φ32，L=9m。

另外考虑在厂房底部L3支洞增加斜向上的锚筋桩加固边墙。

超前预锚图示意图

5.3严格采取控制爆破措施

在进行岩锚梁以下开挖时，采取中间施工预裂，中部4~6m薄层梯段拉槽方法，保护层加厚至5~6m，以减小了爆破对两侧岩体震动及松弛的影响，不良地质段保护层开挖分层高度减少至1.5~2m，支护及时跟进，减少爆破松弛深度。

施工过程中解决消除人的因素、设备钻具因素、钻机定位、孔位点的放样、钻孔的精度等因素对边墙开挖的影响，施工现场成立开挖组织机构，挑选有经验的钻工、炮工，实行专人操作钻机，专人装药，班组定岗，专人检查，现场旁站，钻孔及装药过程控制，严格按照各项要求进行精细化施工，边墙钻孔增加钻机固定样架，确保钻孔的精度。

5.4碳质薄膜区部位的施工方法及程序安排

待主厂房三层边墙系统支护完毕，先进行831至835.97的支撑墙施工，该段支撑墙共分一层，支撑强达到设计强度后进行上部岩锚梁砼的施工。

在岩锚梁以下开挖过程中，每开挖支护一层进行一层的支撑墙混凝土施工，分层高度控制在4~6m,为满足下层混凝土入仓要求，在上层支撑墙底部收口时按照45°斜角，钢筋过缝。

施工程序图

5.5建议支撑墙每隔5m增设支撑柱

考虑到碳质薄膜区岩体变形的不确定性，建议支撑墙每隔5m设一混凝土支撑柱，支撑柱尺寸约为80cm*80cm，支撑柱与支撑墙同步施工，在局部与埋件冲突部位可适当调整，并采取预埋管道的方法。

5.6建议支撑墙由目前的32m高减少至5m高

建议支撑墙只施工5m高，至831高程，下部边墙不再考虑挖除，直接采用预锚、强锚固岩体措施。

5.7建议碳质薄膜区岩体增设化学灌浆加固岩体

由于水泥灌浆强度有限，建议在碳质薄膜区及小夹角区的支撑墙衬砌混凝土施工完成后，为增加岩体整体结构的稳定性，对该两段采用化学灌浆加固岩体。

化学灌浆的主要优点：

①化学溶液的粘度低，可灌性好，能灌入0.03～0.001mm的微细裂隙中,还能渗入泥化夹层中，并改变其物理力学性能。

②化学溶液从流体变成胶凝体或固体的聚合时间，可在几秒钟到数小时之间较准确地进行控制，有效地控制浆液扩散范围，还可在很短的时间内封堵有压集中渗流。

③其聚合体几乎是不透水的,渗透系数一般为10cm/s，且在高水头下不易被挤出。

6地厂端墙与导流洞隔墙空间关系及控制措施

6.1右厂4#施工支洞与导流洞、主厂房的位置关系

右厂4#施工支洞位于导流洞与主厂房之间，与3#导流洞最近的水平距离为19.61m，底板高差为5.52m，与主厂房最近的水平距离为8.36m。

空间关系

平面关系

6.2采取的主要控制措施

①在右厂4#施工支洞内桩号0+23.19～0+196.22m范围内进行围岩固结灌浆，固结灌浆孔孔径为Φ56mm，孔深6m，间排距3m×3m梅花形布置，固结灌浆在临近导流洞衬砌砼施工完成后进行，且在过水前完成。

②在导流洞内设系统固结灌浆，固结灌浆孔孔径为Φ56mm，孔深10m，间排距3m×3m梅花形布置，灌浆压力为1.0MPa。

③与右厂4#施工支洞相邻段的导流洞、厂房右端墙开挖过程中采用控制爆破技术，开挖施工按“短进尺、多循环、弱爆破”的原则进行，并加强相邻洞室的观测。