中国长江三峡集团公司内蒙古和呼和浩特抽 水蓄能发电有限责任公司呼和浩特抽水蓄能电站 （以下简称为呼蓄工程）位于内蒙古自治区呼和浩 特市东北部大青山区，距离呼和浩特市中心约20 km。呼蓄工程共配备4台单机容量为300 MW的水 轮发电机组，总装机容量1200 MW。电站建成后接 入蒙西电网，在电网中担任调峰、调频、调相及事故 备用等任务^{[1, 2]}。 1.1 电站枢纽

电站枢纽主要由上库、水道系统、地下厂房系 统、下库等组成，工程等别为1等，工程规模为大（1） 型。本工程场地地震基本烈度为7度。 1.2 地下厂房系统

地下厂房系统由主副厂房、安装场、母线洞、主 变压器洞（含主变压器副厂房）、主变压器运输洞、 出线洞及出线场、排风洞及排风竖井、通风洞、交通 洞、地面副厂房和地面油库等建筑物组成。主、副 厂房和安装场呈“一”字形布置，开挖尺寸为152.0 m×23.5 m×50.0 m，机组间距22.0 m，安装高程 1280.0 m。主变洞布置在厂房下游46.0 m处，开挖 尺寸121.0 m×17.0 m×33.5 m^{[1, 2]}。 1.3 厂房围岩特征

厂房围岩为微风化、新鲜的片麻状黑云母花岗 岩及斜长角闪岩体，2种岩体具有高强度和高弹性 （变形）模量特征。厂房围岩未受较大断裂带切割， 岩体较完整。厂房洞室围岩类型以Ⅱ~Ⅲ类为主， 具有较好的整体稳定性。

厂房区地应力最大主压应力方向为NE50~60°， 地应力属中等量级，厂房轴线与最大主应力方向夹 角为35°~45°。由于一些小断层的相互切割，对厂 房、主变室等洞室顶拱的稳定性造成不利影响。 2 岩锚梁简介

岩锚梁布置于厂房Ⅱ层EL1301—1309 m（高8 m），岩锚梁岩台上拐点高程为1304.52 m，下拐点高 程为1303.02 m；岩台横断面宽0.75 m，高1.5 m，斜 面长1.68 m。

岩锚梁开挖是地下厂房施工中难度最大者之 一，质量要求最高。岩台开挖质量将直接影响到地 下厂房岩壁吊车运行安全，因此对岩锚梁部位的开 挖必须进行相关爆破试验，寻求最优爆破参数，以 达到抽水蓄能电站工程质量相关标准的要求。 3 岩锚梁开挖质量控制过程与方法 3.1 质量控制过程 3.1.1 建立、健全质量管理组织机构

为贯彻落实“质量第一”的方针，确保地下电站 岩锚梁开挖施工质量达到国内一流水平，工程参建 各方成立了岩锚梁施工领导小组，进一步健全了质 量管理组织机构，使现场施工过程中出现的质量问 题能够得到迅速、有效地解决，促使施工方法及质 量控制措施在施工过程中持续改进。

参建方各级人员从思想上都极为重视岩锚梁 开挖工作，施工单位挑选了一批经验丰富的钻工承担岩锚梁开挖任务，并对现场技术人员进行施工前 的技术交底和质量培训工作。 3.1.2 岩锚梁开挖试验

为了确保岩锚梁开挖质量，开工前由施工单位 编制岩锚梁开挖施工专项措施，由监理单位组织参 建各方进行了认真讨论，按照“先试验，后生产”的 原则，对岩锚梁分序开挖全过程进行了仿真试验。 3.1.2.1 第1次试验

2010-11-12，在安装间厂房下游进行了岩锚梁 开挖爆破试验；2010-11-19 完成了岩锚梁爆破试 验，为岩锚梁开挖提供了合理开挖程序和爆破参 数。具体试验情况如下：

（1） 试验开挖分区和造孔要求。通过研究确 定了开挖试验分区和造孔要求，见图 1所示。

图 1(Figure 1)

图 1 岩锚梁开挖试验分区和造孔图

（2） 爆破参数的确定。确定岩锚梁开挖试验 第Ⅳ区时，爆破参数选择见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 岩锚梁Ⅳ区开挖试验爆破参数

表 1 岩锚梁Ⅳ区开挖试验爆破参数

（3） 岩锚梁开挖试验施工程序。根据岩锚梁 开挖试验过程、试验方法及相关技术要求，确定了 具体施工程序，见图 2。

图 2(Figure 2)

图 2 岩锚梁开挖试验施工程序框图

通过开挖仿真试验，对岩锚梁开挖施工工艺进行了全面检验，对爆破参数进行了验证，得到了具 有指导价值的技术参数，使现场管理人员及现场一 线工人进一步熟悉了施工工艺，探索了工艺控制的 重点和难点。试验初步取得如下成果：

（1） 初步确定了爆破参数。实际施工过程中， 若地质条件发生较大变化时，根据岩石揭露情况， 实行爆破孔“个性化”装药。根据岩锚梁试验爆破 后成型质量，摸索出岩锚梁开挖爆破参数，见表 2。

表 2(Table 2)

表 2 试验后岩锚梁开挖爆破参数

表 2 试验后岩锚梁开挖爆破参数

（2） 采用PVC管作为固定药卷的材料，爆破效 果明显优于传统竹片固定型式。

（3） 将剖开的钢管作为造孔导向样架，提高了 开孔位置的精准性，孔位偏差均在1 cm以内。

（4） 将DN100钢管和边墙插筋连接作为钻孔 样架，强度、刚度和稳定性均较好，可以有效控制钻 孔角度。

（5） 推荐⑤号、⑥号孔整体超挖5 cm。⑤号孔 向下超挖5 cm，能保证岩台不产生欠挖现象；②号 孔向边墙方向平移5 cm，保证④号孔钻孔角度，孔 深减少20 cm，减少对岩台斜面影响；④号孔下钻位 置推荐岩台下拐角欠挖5 cm，能减少爆破对岩台下 拐角的破坏性^[2]。

（6） 采用直径为25 mm的光爆药卷，提高装药 不耦合系数，进一步提高爆破成型质量。 3.1.2.3 试验初步评价

岩锚梁试验各项指标均满足设计及规范要求， 试验结果比较理想，试验取得成功。

（1） 事先对爆破参数进行了分段准备，现场装 药时根据岩石地质条件对药量进行适当的调整，造 孔质量控制措施落实到位，岩石起伏，平整度较好。

（2） 通过对岩锚梁Ⅳ区的开挖试验，验证了施 工程序合理性，理顺了质量控制关键环节的衔接； 对施工过程工序控制重点的认识更加深刻，明确了 造孔和线装药密度的调整是下一步工作的关键；为 后续生产性试验提供了宝贵的第1手资料，认为爆 破参数必须有选择性地确定。 3.2 岩锚梁开挖程序和分序控制

通过厂房下游边墙与交通洞交叉部位的试验， 最终确定了岩锚梁开挖施工程序和开挖分区参数。 3.2.1 单段岩锚梁施工程序

单段岩锚梁施工程序确定为：第2-1层边墙欠 挖处理（EL1309.00 m~EL1306.32 m）→岩台Ⅰ区、Ⅱ 区、Ⅲ区、Ⅳ区、Ⅴ区、Ⅵ区开挖（含垂直和斜面光爆 孔造孔）→EL1303.02 m~EL1301.00 m岩面地质素描 及基础初验→下拐点10 cm以下1 m范围加固措施 实施（采用锁口锚杆）→岩台Ⅵ区开挖。 3.2.2 岩锚梁开挖施工分区

（1）Ⅰ区开挖：Ⅰ区EL1309.00 m~EL1305.40 m 采用直径为42 mm、深50 cm的孔进行光面爆破。

（2）Ⅱ区开挖：Ⅱ区EL1309.00 m~EL1306.32 m 采用直径为42 mm、深30 cm的孔进行光面爆破。

（3）Ⅲ区开挖：Ⅲ区EL1305.40 m~EL1301.0 m 采用直径为76 mm、深90 cm的孔进行施工预裂爆 破。

（4）Ⅳ区开挖：Ⅳ区EL1306.32 m~EL1303.97 m 采用直径为42 mm、深30 cm的孔进行光面爆破。

（5）Ⅴ区开挖：Ⅴ区EL1303.97 m~EL1301.00 m 采用直径为42 mm、深30 cm的孔进行光面爆破。

（6）Ⅵ区开挖：Ⅵ区EL1306.32 m~EL1303.02 m 斜岩台布孔采用直径为42 mm、深30 cm的孔及直 径为42 mm、深30 cm的孔进行双面光爆孔开挖。 3.2.3 分区说明

Ⅱ区的底部高程选择为EL1306.32 m，主要是 考虑到在Ⅵ区所造的垂直孔深度要控制在2.0~2.5 m，便于手风钻造孔孔底精度控制（向外偏15 cm）。

Ⅳ区底部高程的确定主要考虑了爆破对岩锚梁下拐点影响，故爆破孔底部集中装药部位与下拐 点的距离确定为95 cm。

Ⅴ区底板高程选择为EL1301.00 m，原因有3 点：1是能够使岩锚梁系统锚杆和受拉（受压）锚杆 施工高度适中；2是可以充分利用手风钻造孔深度 偏差相对较小的特点；3是便于后续岩锚梁砼浇筑 高程控制适中。岩锚梁开挖爆破分序图见图 3。

图 3(Figure 3)

图 3 岩锚梁开挖爆破分序图

要求从Ⅱ-2层（EL1305.4 m～EL1301.00 m）的 施工预裂爆破就开始严格控制爆破参数，尽量减少 爆破围岩松动对岩锚梁岩台的影响。

为了减小开挖第Ⅲ区施工预裂爆破药量过大 对保护层3.75 m范围内造成的影响，严格控制施工 预裂最大单响不大于50 kg。现场实际单孔装药 4.2~5 kg，线密度为600~650 g/m，最大单响为42 kg。对Ⅱ-2层拉槽爆破最大单响也提出了控制要 求，通过一系列的调整，为岩锚梁第Ⅵ区开挖创造 了良好的条件^{[3, 4]}。 3.3.2 严格工序控制，制定预控措施

岩锚梁轮廓线上爆破孔必须对每个孔进行测 量放线，要求岩锚梁双向光爆垂直孔及斜面孔深误 差在2 cm内。斜岩台面上拐点孔深按高程控制，放 线时每个孔的尾部必须进行放样，并进行编号标 示。

为减小造孔过程中出现的造孔角度偏差，须搭 设样架进行稳定加固，便于角度的控制。开孔前， 对造孔样架验收后方能开孔^{[4, 5]}。造孔的质量控制 是岩锚梁开挖的技术关键，按照试验要求搭设钻孔样架，利用样架控制岩锚梁造孔。 3.3.3 严格执行控制标准

制定了严格的造孔要求：光爆孔外偏角≤2°（孔 底超挖≤8 cm），孔深偏差≤3 cm，开孔误差≤1 cm， 两孔间距误差≤3 cm，排炮（间）爆破台坎≤8 cm，平 均超挖值≤8 cm，光面爆破半孔率≥98％，两孔间平 整度≤6 cm。上道工序合格后，方可开始下一道工 序的施工^{[3, 4, 5]}。 3.3.4 合理调整装药结构

为避免装药爆破对开挖成型造成的破坏，要求 保护层光爆孔装药时，药卷避开岩锚梁下拐点集中 装药，减少对下拐点的爆破损伤；岩锚梁双向光爆 装药时，应合理分布（以试验所取得的爆破参数为 依据，可综合考虑现场的地质条件和岩石抵抗线情 况），避免孔底（上拐点）部药卷集中。用PVC绑扎 药卷时，根据不同孔段位置备药编号，对号入位；爆 破后检查其爆破效果，根据爆破效果重新制定爆破 方法，进一步优化爆破方案。 3.3.5 岩锚梁下拐点预加固

为了防止Ⅲ~Ⅳ类岩石部位的岩锚梁下拐点开 挖爆破成型出现掉块或超挖现象，影响开挖整体成 型质量，制订了以下措施：

（1） 在岩锚梁下拐点以下5 cm（EL1303.07 m) 增加1排锁口锚杆。利用长3 m、直径22 mm、外露 长度为15 cm，按75 cm间距布置的锚杆，采用锁口 方式进行预加固。

（2） 在岩锚梁Ⅴ区开挖造④孔时，通过合理控 制超欠（在岩锚梁下拐点EL1303.02 m与⑥孔相交 时按照欠挖3~5 cm成型），就能在爆破⑥孔时爆破 成型正好能够满足设计要求。 4 实施效果

呼蓄工程地下厂房岩锚梁开挖试验从 2010-11-12 开始，于19 日完成试验。2011-01-22 岩锚梁开挖工作全部完成，历时约2个月。岩锚梁 开挖采取6区开挖，通过1次仿真试验和1次生产性 试验，3次爆破参数优化，很好地控制了爆破参数并 认真落实了岩锚梁开挖预控措施。

监理单位对成型岩锚梁第6区测量结果见表 3， 岩锚梁开挖成型效果见图 4。质量验收结果表明， 残孔率为98％，两孔之间不平整度＜6 cm，平均超 挖为12 cm，没有欠挖现象；岩锚梁开挖3个面上的 爆破孔实现了“3线1个面”，质量超过了设计要求。

表 3(Table 3)

表 3 岩锚梁开挖测量结果

表 3 岩锚梁开挖测量结果

图 4(Figure 4)

图 4 岩锚梁开挖成型效果

根据岩石地质情况，呼蓄工程地下厂房岩锚梁 开挖工作制定了切实可行的施工爆破设计方案，施 工过程中，参建各方严格控制了施工工艺，使得岩 锚梁开挖质量得到保证。呼蓄工程地下厂房岩锚梁爆破开挖施工工艺值得推广，质量控制经验可供 其他同类工程借鉴。