精细化管理在绩溪蓄能电站岩壁梁施工中的应用.pdf

167云南水力发电YUNNAN WATER POWER第 40 卷第 3 期 *收稿日期：2023-05-29 作者简介：闫锋（1976-），男，山东日照人，高级工程师，主要从事隧道施工研究工作。精细化管理在绩溪蓄能电站岩壁梁施工中的应用闫锋（中铁十四局集团大盾构工程有限公司，江苏南京211800）摘要：岩壁梁是地下厂房开挖施工中难度和质量要求最高的部分。融入精细化施工理念于绩溪水电站地下厂房岩壁梁施工中，通过合理分层、规划开挖顺序及对各道关键工序的精密把控和调整，总结岩壁梁开挖操作要点，实现对岩台开挖过程的质量控制，完善岩壁梁开挖阶段的安全监测与保护措施，确保精细化管理在绩溪水电站地下厂房岩壁梁开挖过程中取得了良好的应用效果，保障了工程的开挖质量。关键词：岩壁梁；地下厂房；绩溪水电站；精细化施工中国分类号：TV512 文献标识码：B文章编号：1006-3951(2024)03-0167-04DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.03.042Application of Refined Management in the Construction of Rock Wall Beams in Jixi Pumped Storage Power StationYAN Feng(China Railway 14th Bureau Group Large Shield Engineering Co.,Ltd.,Nanjing 211800,China)Abstract：Rock wall beam is the most difficult and demanding part of the excavation construction of the underground powerhouse.The fine construction concept was integrated into the construction of rock wall beam of underground powerhouse in Jixi Hydropower Station.Through reasonable layering,planning the excavation sequence,and precise control and adjustment of each key process,the key points of rock wall beam excavation operation are summarized to achieve quality control in the rock bench excavation process.This paper also improves the safety monitoring and protection measures during the excavation stage of the rock wall beam,ensuring that the fine management has achieved good application results in the excavation process of the underground powerhouse of Jixi Hydropower Station,and ensuring the excavation quality of the project.Keywords：rock wall beam;underground powerhouse;Jixi Hydropower Station;refined construction0引言岩壁梁岩台是地下厂房系统中受力最大的结构，岩台开挖质量直接影响到桥机运行安全1-2。为保证岩壁梁施工过程的安全程度和开挖质量3，国内外学者分别对地下厂房分层开挖支护技术4、爆破施工技术5-7、岩壁吊车梁开挖技术8-10以及混凝土施工技术11展开了大量研究，并总结出相关施工工艺。考虑到岩壁梁是地下厂房开挖施工中最困难的一部分，目前，国内地下厂房的岩壁梁开挖施工已经引入了“精细化施工理念”12-13，通过“精益化”的组织管理，“精细化”的操作控制，实现了“典范岩台”的质量目标14。因此，针对绩溪水电站地下厂房岩壁梁的施工难点，贯彻精细化施工理念，应用于绩溪水电站地下厂房岩壁梁开挖施工过程中，对施工过程的开挖精度、开挖效率以及施工安全大有裨益15。1工程概况安徽绩溪抽水蓄能电站地下厂房位于于安徽省绩溪县伏岭镇，总装机容量为 1 800 MW。主副厂房洞上部开挖尺寸为 210 m24.5 m53.4 m168云南水力发电2024 年第 3 期（长 宽 高），下部开挖尺寸为 210 m26 m53.4 m，安装 6 台单机容量为 300 MW 的混流可逆式水轮发电机组。副厂房、机组段、安装场呈“一”字型布置于主副厂房洞内，其中机组段长 144.5 m；安装场长 44.5 m，开挖高度 26 m。主厂房布置 2 台 250 t/50 t 的单小车桥机，桥机梁采用岩壁吊车梁结构。电站地下主厂房岩壁吊车梁（以下简称岩壁梁）混凝土位于主厂房第层上下游边墙，单侧全长 189 m，高 2.8 m，岩壁梁底部距离厂房第层底板高程为 4.2 m，梁面宽 1.95 m。2施工规划2.1开挖层高及分区的确定地下厂房的开挖采用分层开挖方式，且开挖深度一般在 60 m 以上，其中，第层为顶拱层、第层为小梯段爆破层，第层为岩壁梁层，以上 3 层施工完成后再进行岩壁梁层以下的开挖。因此，需要控制岩台开挖前预留保护层的厚度，才能保证、层分层高度的合理性。2.1.1岩壁梁层顶部开挖高程的确定依据岩台上拐点高程。岩壁梁岩台上拐点有1.5 m 以上直立光爆面，以使光面爆破效果好、钻孔爆破综合成本低；岩壁梁第 1 排受拉锚杆与岩面交点以上有 1 m 高度，以减少岩壁梁层上层爆破对岩锚梁受拉锚杆孔口区域造成隐性拉伤、破坏。兼顾上层分层厚度。地下洞室岩壁梁层上面只有 1 层顶拱层，主要考虑钻孔台车高度、所选施工设备最优施工高度，以不超过 10 m 厚度为宜；地下洞室岩壁梁层上面分 2 层，即顶拱层、小梯段爆破层，小梯段爆破层厚度不宜低于 3 m，以降低单位方量的钻孔爆破成本。2.1.2岩壁梁层底板开挖高程的确定依据受拉锚杆施工。岩壁梁岩体开挖完后，第 1 排、第 2 排受拉锚杆的孔位到底板的高度须满足台车造孔和锚杆安装所需高程。校核岩台斜面钻孔。岩台斜面钻孔钻杆的长度为斜面钻孔样架的导向钢管长度、钻杆纤尾长度及斜面长度 3 者之和。岩壁梁岩台下拐点到底板的高度在岩台斜面方向上必须满足导向钢管长度与钻孔钻杆长度之和。兼顾受压锚杆、岩壁梁钢筋混凝土的施工。台车在岩台斜面上造受压锚杆孔，其孔位到岩壁梁层底板的高度以不超过 5 m 左右为宜。岩壁梁层底板开挖高程过低，台车举大臂困难、移位频繁。岩壁梁层底板开挖高程过低，岩壁梁钢筋混凝土支撑排架增高，除影响混凝土入仓手段的选择、增加施工成本外，还增加了施工安全隐患。验证爆破飞石的影响。岩壁梁层底板开挖高程的选择，考虑了前 3 者，还应综合考虑下层岩石开挖飞石对岩壁梁混凝土表面的影响，覆盖防护费用、飞石控制爆破增加的费用。2.1.3岩壁梁层层高及布置遵循地下洞室开挖分层的原则综合考虑，确定岩壁梁层层高一般为 7 9 m。岩壁梁层的侧向保护层在层高方向上分 3 个区，其作用为：1 区，剥离岩台内侧岩体的夹制；2 区，结合 1 区并确保保护层光面爆破不对岩锚梁下拐点区域造成隐性拉伤、破坏；3 区，形成永久的直立面、为岩壁梁层下层永久直立面预裂爆破形成工艺超挖厚度。2.2施工程序岩壁梁层施工共分 13 道施工程序。1）岩壁梁层上一层开挖、锚喷支护，具备转序条件的开挖支护阶段进行中间验收。2）岩壁梁层施工预裂先行，随后进行中部拉槽梯段爆破开挖。3）岩面清理，岩壁梁岩台上拐点直立面光爆孔、辅助孔造孔，侧向保护层 1 区开挖，上拐点直立面光爆孔提前造孔。4）岩壁梁层中部拉槽水平光面开挖。5）侧向保护层 2、3 区开挖，下拐点以下的永久直立面基岩面预验收。6）岩台下拐点锁口加固处理，根据预验收情况，业主、设计、地质、监理、施工单位商定是否进行加固处理。7）岩壁梁岩台斜面光爆孔造孔、岩壁梁岩台铅直加斜面双向光面控制爆破。8）岩壁梁层下一层永久直立面预裂爆破、岩壁梁层下一层上小层梯段（岩下-1 层）开挖。9）岩壁梁层基岩验收，岩壁梁层岩壁梁上、下两排锚索施工。169闫锋精细化管理在绩溪蓄能电站岩壁梁施工中的应用10）岩壁梁受拉、受压锚杆施工，岩壁梁层系统锚杆施工。11）岩壁梁钢筋混凝土浇筑、保护、监测。12）岩壁梁层下层下小层梯段（岩下-2 层）开挖，岩壁梁混凝土保护设施拆除，岩壁梁层开挖支护阶段中间验收。13）岩壁梁桥机轨道安装、二期细混凝土细浇筑，岩壁梁的桥机荷载试验、定期监测、移交验收。3岩壁梁开挖操作要点3.1工艺流程岩台开挖工艺流程分为岩台垂直光爆孔工艺流程和岩台斜面光爆孔及岩台爆破工艺流程。其中岩台垂直光爆孔工艺流程，共 11 道，依次为：基岩面清理岩台侧向保护层 1 区、岩台顶部岩体断面图地质素描岩台开挖分段钻爆设计样架搭设光爆孔开孔清理安装光爆孔导向钢管、孔深限位钢管样架检测验收钻孔钻孔检测验收光爆孔保护。而岩台斜面光爆孔及岩台爆破工艺流程，粗分共 19 道，依次为：岩台侧向保护层 1 3 区爆后危岩清撬岩台下拐点锁口防护台车钻岩台岩面声波检测孔、进行岩台爆前基岩声波检测测量放样斜面光爆孔样架搭设风镐、小钢钎凿出光爆孔孔位安装光爆孔导向钢管、孔深限位钢管样架检测验收斜面光爆孔钻孔斜面光爆孔检测验收岩台垂直光爆孔、辅助爆破孔复检验收调整岩台爆破参数岩台垂直光爆孔、辅助爆破孔装药、联网、检查斜面光爆孔装药、联网、检查，与岩台垂直光爆孔、辅助爆破孔并网，检查小心拆除样架起爆、爆破振动监测清理危石、出碴岩台爆后岩面测量成果分析优化钻孔爆破参数、下一循环。3.2斜面光爆孔样架搭设样架搭设工艺流程为：岩台下拐点以上岩体危石清撬、以下地质缺陷岩体加固后，在光爆直立岩面上精放样架每根定位直立钢管的上下二定位点（包含偏中与高程）、粗放斜面光爆孔点位多臂台车钻60 mm 水平孔、安插样架横档，安立岩台侧定位直立钢管，安装远侧定位直立钢管，纵横加固，安装垂直光爆孔、辅助爆破孔装药平台的竹跳板，形成样架骨架风镐清撬斜面光爆孔点位形成孔窝在定位直立钢管上安装定位斜向钢管，再在定位斜向钢管上安装定位水平钢管，定位直立、斜向、水平等钢管组成斜面光爆孔的定位三角体测量定位斜向钢管上下口偏中与高程、检测定位三角体安装质量，测量定位水平钢管中部偏中与高程、检测钢管的曲直与刚度，在上下 2 根定位水平钢管上精放定位导向钢管的桩号、在岩面上精放斜面光爆孔点位按桩号安装定位导向钢管，通过斜面光爆孔点位检测定位导向钢管安装精度在两定位导向钢管之间、在上下 2 根定位水平钢管上，钢尺定孔距，安装导向钢管根据最长钻杆长度，在样架定位的斜向钢管上测量、安装限深钢管样架验收钻孔、起爆、爆后分析通过对钻孔质量分析，提出样架搭设改进措施下一循环样架搭设。3.3钻孔3.3.1开孔垂直光爆孔开孔：风镐清撬点位附近松动岩块，凿出深 1 2 cm、直径 5 7 cm 的孔窝，内侧缺口以便吹岩粉。斜面光爆孔开孔：风镐清撬点位附近松动岩块，在直立岩面上凿出深 1 2 cm、直径 5 7 cm 与钻杆垂直的孔窝，有时辅助锤子、短钢钎凿岩体。3.3.2钻孔过程控制1）孔向、孔深控制措施。垂直光爆孔导向钢管剖口长边放在外侧，支在岩面上，通过钻头使钻杆下端居中；钻杆直径 22 24 mm，38.1 mm钢管内径 42 43 mm，导向钢管上口用夹片使钻杆上端居中。斜面光爆孔导向钢管剖口长边放在上侧，抵在岩面上，通过钻头使钻杆上端居中；导向钢管下口用夹片使钻杆下端居中。垂直、斜面光爆孔孔深通过样架上的限深钢管控制。2）孔向过程控制。垂直光爆孔在钻孔深 10 cm、深 50 cm、第 2 根钻杆换好后 3 个时候，检查导向钢管松动、夹片位置、用坡度尺水平尺检测导向钢管、钻杆的倾角等。斜面光爆孔在钻孔深 10 cm、深50 cm、第2根、第3根钻杆换好后4个时候，检查水平钢管的曲直、导向钢管松动、夹片位置、用坡度尺水平尺检测导向钢管、钻杆的倾角等。170云南水力发电2024 年第 3 期3.4装药结构与起爆网络3.4.1垂直光爆孔装药结构垂直光爆孔采用间隔不耦合装药，药卷用胶布捆绑在竹片上，药卷之间采用导爆索连接。底部 1 个加强药卷重量为中间标准段药卷重量的 2倍，顶部药卷距孔口 20 50 cm，药卷间距 30 cm左右，依据线装药密度，求得中间标准段药卷重量。光爆孔的药卷通过普通药卷现场加工，药径25 mm，长 20 cm，重 100 g 的乳化药卷，用小刀沿径向均匀切割成两半，再分别沿其轴向切割成两半，即加工成药径 18 mm，长 10 cm，重 25 g 的光爆孔用乳化药卷，孔径42 mm，不耦合系数为2.3。3.4.2斜面光爆孔装药结构斜面光爆孔装药结构同垂直光爆孔，但为防止岩台上拐点处药量过分集中，对岩台拐角损伤过大，斜面光爆孔距孔底 10 cm 处装药，加上斜面光爆孔设计欠钻 5 cm，斜面光爆孔底部加强药卷距岩台上拐点 15 cm。光爆孔顶部药卷距孔口20 50 cm，堵塞长度 20 cm，用纸卷堵塞。3.4.3起爆网络岩壁梁岩台开挖爆破采用导爆索导爆管混合起爆网络，并且光爆孔与辅助爆破孔之间的毫秒微差用低段位塑料导爆管雷管；岩台分段起爆，每小段之间传爆用低段位塑料导爆管雷管。4岩台开挖过程质量控制4.1钻爆设计个性化钻爆设计流程为：岩台模拟爆破试验岩台钻孔爆破设计岩台侧向保护层开挖后，若岩台岩石情况变化较大，调整钻孔的爆破参数爆破效果分析、优化钻孔爆破参数钻爆设计个性化，提出有裂纹、有节理岩面等特例岩层个性化爆破方法和数据，从而在钻爆设计环节达到精细化过程控制。其中，在前期钻爆设计阶段，岩台模拟爆破试验后，需要对试验数据进行认真分析总结，根据不同岩石情况提出不同的爆破参数。并且在岩壁梁层中部拉槽梯段爆破后，根据岩台及岩台侧向保护层顶部岩石出露情况、岩台上拐点以上岩体厚度，进行每岩台开挖单元钻孔爆破设计，实施垂直光爆孔、辅助爆破孔造孔。而在后期爆破参数调整阶段，尤其是岩台侧向保护层开挖后，岩台岩石情况更加清楚，若变化较大，则需要适当调整钻孔的装药量、装药结构等爆破参数。4.2质量过程控制精细化4.2.1质量控制标准精细化运用质量控制具体标准将以前粗放型的质量管理方法细化，如爆破孔深的偏差、孔距误差不得大于 3 cm，平均超挖值不得大于 8 cm，半孔率必须大于 80%，平整度小于 10 cm 等。4.2.2施工过程精细化在质量控制标准精细化的基础上，明确岩壁梁岩台开挖工艺流程，使操作工艺精细化，即岩台垂直光爆孔工艺流程粗分共 11 道工序；岩台斜面光爆孔及岩台爆破工艺流程，粗分共 19 道工序。当岩台开挖为 1 个岩台开挖单元，即 30 m 左右时，在上 19 道工序中，循环总时间约 36 h，比常规施工的 12 h 大约增加两倍时间。其中，增加时间主要在为保证钻孔质量而增设的工序上，即开孔、样架搭设、样架检查、岩台验孔等。5岩壁梁开挖阶段的安全监测与保护5.1下拐点岩体保护岩石完整性好、节理裂隙不发育区段，采用工艺措施保护下拐点岩体，如岩台侧向保护层第小区开挖时，光爆孔下拐点处按欠挖 5 cm 钻孔，减少下拐点以下直立岩面超挖。而岩石破碎、节理发育的区段，为防止岩台下拐点以下岩体受损，在岩台开挖爆破前，下拐点处布置 1 排锁口锚杆，用热轧不等边角钢对锚杆通长焊接加固，角钢与岩面之间空隙用砂浆填塞密实形成加强保护。5.2爆后分析爆破施工完成后，选择代表性部位连续测绘岩台垂直、斜面光爆孔的孔壁及孔壁间岩面横断面图，计算垂直、斜面光爆孔钻孔平均倾角、孔壁与孔壁间岩面偏中差平均值。每 1 m 测绘岩台横断面，计算岩台直立面、斜面超挖平均值、最大值，欠挖平均值、最大值，分析钻孔倾角以及钻孔间的超、欠挖。（下转第 178 页）178云南水力发电2024 年第 3 期全监测的精度要求。由于系统的 2 台（或更多台）主机可以相互提供后视，监控过程可以过度依赖基点，即 Q 和 P 可以是没有点位置标志的飞行点，可以随机决定，主机可以放在任何地方，从而实现真正的自由台站监控。但三维基地的原点 B、检查点或备份点 C 和 A 是必要且不可或缺的。并且将扩大监控的区域和范围。系统多个主机的线性相邻能见度将大大延长大坝的监测长度。例如，系统的 1 个主机的有效测量距离为 S。在机器人智能识别系统的 N 个主机连续线性排列的情况下，坝的连续总监测长度为 0.9（N+1）S。文章介绍的方法在各坝体变形监测和安全监测中均具有实际意义，可有效降低监测成本，保证监测质量，保障多样化大坝的运行安全。参考文献：1 雷苏琪，刘兵，胡斌斌.基于 3DGIS-ARK 平台的万安大坝安全监测智能系统设计与应用J.水利水电快报，2022，43（12）：136-141.2 李龙飞，李君军，赵杰，等.基于图像识别技术和轨道机器人的大坝安全智能移动巡检系统研发J.中国农村水利水电，2022，（11）：215-221.3 张敏.沙河集水库大坝安全智能巡检系统设计与实现J.滁州职业技术学院学报，2021，20（2）：77-80.4 李阳.消力池水下机器人智能巡检系统关键技术及应用R.广元：嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，2020.5 董永，周建波.水电站大坝安全智能巡检系统研究与设计J.大坝与安全，2020，（1）：1-5.（上接第 170 页）1）钻孔倾角分析。筛出人为因素造成“飘孔”等异常钻孔外，比较钻孔平均倾角、导向钢管安装倾角之间的微差，分析样架整体刚性、导向钢管与钻杆之间的夹片工艺、钻工持钻习惯等，提出样架加固方案、导向钢管安装倾角（即垂直、斜面光爆孔钻孔角度设计值）的微调值。2）钻孔间超、欠挖分析。计算孔壁与孔壁间岩面偏中差平均值，验证垂直、斜面光爆孔开孔向外、向下偏移 3 cm 是否能避免大面积欠挖。分析岩台横断面图上拐点超欠挖，验证垂直、斜面光爆孔在上拐点向外、向下偏移 8 cm 是否能避免上拐点欠挖；或可否适当减少拐点向外、向下偏移值。6结束语岩壁梁开挖在地下厂房施工中最困难。融入精细化施工理念于绩溪水电站地下厂房岩壁梁施工中，通过合理分层、规划开挖顺序及对各道关键工序的精密把控和调整，总结岩壁梁开挖操作要点，实现对岩台开挖过程的质量控制，完善岩壁梁开挖阶段的安全监测与保护措施，确保精细化管理在绩溪水电站地下厂房岩壁梁开挖过程中取得了良好的应用效果，保障了工程的开挖质量。参考文献：1 张德高，张志斌.溪洛渡水电站右岸地下厂房岩壁梁岩台开挖质量管理J.云南水力发电，2009，25（6）：109-110+118.2 于兵.长河坝水电站地下厂房开挖施工技术实践 J.水电站设计，2019，35（1）：53-56.3 石建国，张玉鹏.复杂环境下厂房岩壁梁施工关键技术与管理 J.云南水力发电，2021，37（1）：118-122.4 李华.大跨度、高边墙地下厂房分层开挖支护施工技术J.江西建材，2017，（14）：108-109+113.5 马军峰，李博.永泰抽水蓄能电站主副厂房洞爆破开挖技术J.云南水力发电，2021，37（10）：165-169.6 肖厚云，丁世华.杨房沟水电站地下厂房精细化开挖爆破施工技术综述J.四川水利，2021，42（4）：27-33.7 王红彬，沈德虎，石焱炯，等.高应力开挖卸荷下洞室岩壁梁爆破施工工艺J.爆破，2020，37（1）：68-73.8 刘蕊，白威，余健.清原抽水蓄能电站地下厂房岩锚梁开挖施工技术研究J.水电与抽水蓄能，2021，7（2）：74-77+98.9 方柱柱，刘骁，邓雨露.白鹤滩水电站左岸地下厂房岩壁吊车梁开挖技术研究J.水利水电技术，2017，48（S2）：35-39.10 张志斌，念卫林.溪洛渡水电站右岸地下厂房岩壁梁岩台开挖技术J.云南水力发电，2010，26（4）：45-48.11 徐成光，尹强.向家坝水电站地下厂房岩壁梁混凝土施工关键技术及质量控制J.四川水力发电，2009，28（4）：21-23.12 徐成光.精细化管理在向家坝电站地下厂房岩壁梁开挖施工中的应用J.四川水力发电，2009，28（4）：14-16+26.13 雷宏.精细化管理在大岗山水电站厂房岩锚梁施工中的应用 J.四川水力发电，2013，32（6）：18-21+59.14 严匡柠，熊诗涛，李玉良.洪屏抽水蓄能电站地下厂房岩壁梁岩台精细化开挖技术J.施工技术，2013，42（12）：36-39.15 张士勇.绩溪水电站地下厂房岩壁梁精细化开挖技术J.安徽建筑，2020，27（7）：51-52+69.