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【摘 要】大型地下厂房洞室工程具有跨度大、边墙高度高、需分层开挖施工、与相邻洞室并列或纵横交错形成洞室群、洞室交岔口多等特点，而在目前乃至今后很长一个时期内，施工最常采用的手段仍是钻孔爆破法。在钻爆法开挖大型地下洞室的过程中，探讨施工中的爆破振动控制、不良地质带的处理、复杂地质条件下岩锚梁开挖施工、光面爆破和预裂爆破技术的应用、控制松动圈的厚度等关键问题，对控制大型洞室在施工期和运行期的安全稳定具有积极的工程意义。
【关键词】地下;厂房;关键技术
1.爆破振动波的传播规律及振动控制
地下厂房各层在开挖施工过程中，爆破产生的强大的冲击波以应力波的形式向外传播，岩体在爆炸动力的瞬间冲击荷载作用下，引起岩体介质中质点的振动。现行国家标准及水利部行业标准中的安全振动控制标准均采用质点最大震速和主频进行控制。当质点振动速度超过一定极限值时，将导致结构的破坏，如混凝土结构、喷锚支护结构的开裂、脱落，洞室围岩松动圈加大等。尤其是在地下厂房的中上部，为减少洞室的跨度，节省工程投资，一般采用岩壁吊车梁的结构，将起重量达数百吨的重型吊车梁，用锚杆悬挂锚固在上下游岩壁上，因高度关系及施工条件，一般岩壁吊车梁混凝土结构在第二层开挖后第三层开挖前，就已施工完成，第三层及其以下各层的开挖爆破，与岩壁吊车梁距离很近，爆破振动影响很大，而且岩壁吊车梁对爆破振动波的敏感性也很大。为此，必须研究在地下厂房开挖施工过程中，爆破振动波的传播规律，据此来制定地下厂房开挖爆破控制措施。爆破振动波引起的岩石质点振动的传播规律通常采用萨道夫斯基经验公式确定：
K、α为与地质、爆破方法、地质条件等因素有关的系数；
K为场地系数，α为衰减指数；
Q为与V值相对应的最大一段起爆药量；
R为测点与爆源中心的距离；ρ为比例药量。
对K、a值的影响因素很多，除了地形，地质条件外，还与爆破类型、装药结构、起爆方式，炸药性能、爆破作用方向及防护对象的特点等有关，一般应通过爆破振动测试，回归计算K、a值。
为防止爆破区域邻近建筑物受爆破振动破坏，爆破设计时，应采用有效的控制措施，确保被护对象在爆破时其质点振动速度。可以通过爆破测试，回归计算出萨道夫斯基经验公式中的K、a值，得到振动波的传播规律及相应的公式。根据爆区与保护对象之间的距离、保护对象质点允许振动速度，求得最大段齐发药量作为爆破药量控制的依据，限制一次爆破的最大起爆药量，以此来防止爆破区域邻近建筑物受爆破振动破坏。也可以采用预裂爆破或开挖减振沟槽。在爆破体与被保护体之间，钻凿不装药的单排防振孔或双排防振孔，可以起到降振效果，降振率可达到30％～50％。防振孔的孔径可选取35～65mm，孔间距不大于25cm。采用预裂爆破，比打防振孔要减少钻孔工作量，并取得更好的降振效果，但应注意预裂爆破时产生的振动效应。预裂孔和防振孔都应有一定的超深△h，一般取20～50cm。当介质为土层时，可以开挖减振沟，减振沟宽以施工方便为前提，并应尽可能的深一些，以超过药包位置20～50cm为好。
地下厂房开挖，一般均采用光面爆破技术，但光面爆破技术对地下厂房的爆破振动，不能起到有效的削减，对岩壁吊车梁等重要结构的振动控制不利。所以，在地下厂房开挖施工过程中，应引进预裂爆破技术。在地下厂房分层开挖中，在第二层以下各层施工中，应用预裂爆破技术，在主体区域开挖爆破之前，提前形成结构缝面，阻隔振动波的传播，削减振动波的能量，传到洞室围岩中及岩壁吊车梁等重要结构上的振动得到衰减，这样，既能使开挖轮廓面形成完好平整，又能使围岩、喷锚支护结构、岩壁吊车梁得到振动防护，有利于振动控制。地下厂房中的预裂爆破，不象一般地面一般岩土中的预裂爆破，存在自由面，地下厂房中的预裂爆破属于无限抵抗线条件下的爆破，没有自由面，难度较大，需通过爆破试验研究确定最优化的技术参数，确保爆破质量，使隔震减衰达到应有预定的效果。
2.大跨度地下厂房不良地质带处理问题
不良地质地层包括低强度的软弱岩层、地质构造发育的结构松散地层、非岩性粘土和粒状土地层、高地应力地层、富水地层中地下水活动强烈的地段等。如何针对不良地质围岩段，采取最优的施工方法和支护方案，是解决地下厂房不良地质带处理的关键性技术问题。
岩壁吊车梁是地下厂房的一种特殊结构形式，它是通过锚杆（或锚索）将吊车梁锚固在岩壁上,采用岩壁吊车梁这种结构形式，无需吊车柱或墙，可充分利用围岩承载能力，不仅能减少地下硐室的开挖跨度，有利于围岩稳定，而且吊车或施工临时吊桥可先期投入运行，加快厂房下部开挖及混凝土和机组安装进度，经济效益十分显著。岩锚梁岩台开挖要求其具有良好的开挖轮廓面和较小的破坏范围，特别是在不良地质段，岩锚梁岩台的成型对爆破开挖技术提出了很高的要求。目前，在爆破工程中，技术人员通常凭借个人经验、工程类比或者在相似地段进行爆破试验，来决定爆破开挖参数。这样爆破效果并不理想。今后研究的重点是如何在不良地质段，采用优化的开挖方法和爆破参数，为不良地质条件下的岩壁梁岩台开挖探索有效合理的新方法。
3.围岩松动圈及其控制问题
大型地下洞室开挖以后，围岩的应力将重新分布，某些部位进入塑性受力状态，导致地层松动，在洞室周围形成一定厚度的松动圈。开挖爆破引起的地震波的振动，也能引起地层松动，产生松动圈。围岩松动圈内，岩体地层松动，或进入塑性受力状态，岩体强度和弹性模量降低，导致承载能力下降。如松动圈的的范围过大，将导致岩体变形加大，影响围岩的稳定与安全。此外，围岩松动圈的范围大小，又是锚杆支护深度的重要依据，如果松动圈的范围过大，超出设计估计值，将使锚杆支护深度不足，引起较大的设计变更，给设计施工带来不利。通过围岩松动圈厚度测试，可评价锚杆支护结构设计与施工方案是否合理。采取相应的技术措施，控制松动圈的厚度，是大型地下厂房洞室群施工中必须高度重的技术问题之一。
聲波测试是弹性波法检测开挖爆破对岩体破坏影响程度的一种主要方法，该方法是以人工激振的方法向介质（岩石、岩体、混凝土构筑物）发射声波，在一定的空间距离上接收介质物理特性调制的声波，通过观测和分析声波在不同介质中的传播速度、振幅、频率等声学参数，来研究介质的性态。
Vp为纵波（P波）波速；E为介质的弹性模量；
μ为介质的泊松系数；ρ为介质密度。
测试时，在开挖后的洞室顶部及侧墙等部位，选定测试断面，布置一系列相应的钻孔，孔深大于预计可能出现的松动圈厚度，然后用声波换能器，测定在不同深度上两个钻孔之间岩体的声波传播速度(或单孔中沿孔深的波速)，作出波速随深度变化的曲线。依据围岩不同性质的各带具有不同的声波速度层，即可划定松弛带的范围。通常情况下，松动圈范围内的岩体多处于弱塑性状态，岩体料为破碎，波速较低，而其后岩体被压密，成为应力升高区，波速较高，再往后，波速恢复正常。根据这一特征，通常将洞室周围附近，波速较正常为低的范围，定为松动圈范围。
【参考文献】
［１］杜宜斌,张成益,伍新涛.宝兴水电站地下厂房岩锚梁施工技术[J].四川水力发电,2009,S1．
［２］宋婧,李俣继,向能武.乌江构皮滩水电站地下厂房主要地质问题研究综述[J].资源环境与工程, 2009,5．
［３］张文煊,王文辉.龙滩水电站地下厂房开挖爆破震动衰减规律研究[J].工程爆破, 2006,3．
【关键词】地下;厂房;关键技术
1.爆破振动波的传播规律及振动控制
地下厂房各层在开挖施工过程中，爆破产生的强大的冲击波以应力波的形式向外传播，岩体在爆炸动力的瞬间冲击荷载作用下，引起岩体介质中质点的振动。现行国家标准及水利部行业标准中的安全振动控制标准均采用质点最大震速和主频进行控制。当质点振动速度超过一定极限值时，将导致结构的破坏，如混凝土结构、喷锚支护结构的开裂、脱落，洞室围岩松动圈加大等。尤其是在地下厂房的中上部，为减少洞室的跨度，节省工程投资，一般采用岩壁吊车梁的结构，将起重量达数百吨的重型吊车梁，用锚杆悬挂锚固在上下游岩壁上，因高度关系及施工条件，一般岩壁吊车梁混凝土结构在第二层开挖后第三层开挖前，就已施工完成，第三层及其以下各层的开挖爆破，与岩壁吊车梁距离很近，爆破振动影响很大，而且岩壁吊车梁对爆破振动波的敏感性也很大。为此，必须研究在地下厂房开挖施工过程中，爆破振动波的传播规律，据此来制定地下厂房开挖爆破控制措施。爆破振动波引起的岩石质点振动的传播规律通常采用萨道夫斯基经验公式确定：
K、α为与地质、爆破方法、地质条件等因素有关的系数；
K为场地系数，α为衰减指数；
Q为与V值相对应的最大一段起爆药量；
R为测点与爆源中心的距离；ρ为比例药量。
对K、a值的影响因素很多，除了地形，地质条件外，还与爆破类型、装药结构、起爆方式，炸药性能、爆破作用方向及防护对象的特点等有关，一般应通过爆破振动测试，回归计算K、a值。
为防止爆破区域邻近建筑物受爆破振动破坏，爆破设计时，应采用有效的控制措施，确保被护对象在爆破时其质点振动速度。可以通过爆破测试，回归计算出萨道夫斯基经验公式中的K、a值，得到振动波的传播规律及相应的公式。根据爆区与保护对象之间的距离、保护对象质点允许振动速度，求得最大段齐发药量作为爆破药量控制的依据，限制一次爆破的最大起爆药量，以此来防止爆破区域邻近建筑物受爆破振动破坏。也可以采用预裂爆破或开挖减振沟槽。在爆破体与被保护体之间，钻凿不装药的单排防振孔或双排防振孔，可以起到降振效果，降振率可达到30％～50％。防振孔的孔径可选取35～65mm，孔间距不大于25cm。采用预裂爆破，比打防振孔要减少钻孔工作量，并取得更好的降振效果，但应注意预裂爆破时产生的振动效应。预裂孔和防振孔都应有一定的超深△h，一般取20～50cm。当介质为土层时，可以开挖减振沟，减振沟宽以施工方便为前提，并应尽可能的深一些，以超过药包位置20～50cm为好。
地下厂房开挖，一般均采用光面爆破技术，但光面爆破技术对地下厂房的爆破振动，不能起到有效的削减，对岩壁吊车梁等重要结构的振动控制不利。所以，在地下厂房开挖施工过程中，应引进预裂爆破技术。在地下厂房分层开挖中，在第二层以下各层施工中，应用预裂爆破技术，在主体区域开挖爆破之前，提前形成结构缝面，阻隔振动波的传播，削减振动波的能量，传到洞室围岩中及岩壁吊车梁等重要结构上的振动得到衰减，这样，既能使开挖轮廓面形成完好平整，又能使围岩、喷锚支护结构、岩壁吊车梁得到振动防护，有利于振动控制。地下厂房中的预裂爆破，不象一般地面一般岩土中的预裂爆破，存在自由面，地下厂房中的预裂爆破属于无限抵抗线条件下的爆破，没有自由面，难度较大，需通过爆破试验研究确定最优化的技术参数，确保爆破质量，使隔震减衰达到应有预定的效果。
2.大跨度地下厂房不良地质带处理问题
不良地质地层包括低强度的软弱岩层、地质构造发育的结构松散地层、非岩性粘土和粒状土地层、高地应力地层、富水地层中地下水活动强烈的地段等。如何针对不良地质围岩段，采取最优的施工方法和支护方案，是解决地下厂房不良地质带处理的关键性技术问题。
岩壁吊车梁是地下厂房的一种特殊结构形式，它是通过锚杆（或锚索）将吊车梁锚固在岩壁上,采用岩壁吊车梁这种结构形式，无需吊车柱或墙，可充分利用围岩承载能力，不仅能减少地下硐室的开挖跨度，有利于围岩稳定，而且吊车或施工临时吊桥可先期投入运行，加快厂房下部开挖及混凝土和机组安装进度，经济效益十分显著。岩锚梁岩台开挖要求其具有良好的开挖轮廓面和较小的破坏范围，特别是在不良地质段，岩锚梁岩台的成型对爆破开挖技术提出了很高的要求。目前，在爆破工程中，技术人员通常凭借个人经验、工程类比或者在相似地段进行爆破试验，来决定爆破开挖参数。这样爆破效果并不理想。今后研究的重点是如何在不良地质段，采用优化的开挖方法和爆破参数，为不良地质条件下的岩壁梁岩台开挖探索有效合理的新方法。
3.围岩松动圈及其控制问题
大型地下洞室开挖以后，围岩的应力将重新分布，某些部位进入塑性受力状态，导致地层松动，在洞室周围形成一定厚度的松动圈。开挖爆破引起的地震波的振动，也能引起地层松动，产生松动圈。围岩松动圈内，岩体地层松动，或进入塑性受力状态，岩体强度和弹性模量降低，导致承载能力下降。如松动圈的的范围过大，将导致岩体变形加大，影响围岩的稳定与安全。此外，围岩松动圈的范围大小，又是锚杆支护深度的重要依据，如果松动圈的范围过大，超出设计估计值，将使锚杆支护深度不足，引起较大的设计变更，给设计施工带来不利。通过围岩松动圈厚度测试，可评价锚杆支护结构设计与施工方案是否合理。采取相应的技术措施，控制松动圈的厚度，是大型地下厂房洞室群施工中必须高度重的技术问题之一。
聲波测试是弹性波法检测开挖爆破对岩体破坏影响程度的一种主要方法，该方法是以人工激振的方法向介质（岩石、岩体、混凝土构筑物）发射声波，在一定的空间距离上接收介质物理特性调制的声波，通过观测和分析声波在不同介质中的传播速度、振幅、频率等声学参数，来研究介质的性态。
Vp为纵波（P波）波速；E为介质的弹性模量；
μ为介质的泊松系数；ρ为介质密度。
测试时，在开挖后的洞室顶部及侧墙等部位，选定测试断面，布置一系列相应的钻孔，孔深大于预计可能出现的松动圈厚度，然后用声波换能器，测定在不同深度上两个钻孔之间岩体的声波传播速度(或单孔中沿孔深的波速)，作出波速随深度变化的曲线。依据围岩不同性质的各带具有不同的声波速度层，即可划定松弛带的范围。通常情况下，松动圈范围内的岩体多处于弱塑性状态，岩体料为破碎，波速较低，而其后岩体被压密，成为应力升高区，波速较高，再往后，波速恢复正常。根据这一特征，通常将洞室周围附近，波速较正常为低的范围，定为松动圈范围。
【参考文献】
［１］杜宜斌,张成益,伍新涛.宝兴水电站地下厂房岩锚梁施工技术[J].四川水力发电,2009,S1．
［２］宋婧,李俣继,向能武.乌江构皮滩水电站地下厂房主要地质问题研究综述[J].资源环境与工程, 2009,5．
［３］张文煊,王文辉.龙滩水电站地下厂房开挖爆破震动衰减规律研究[J].工程爆破, 2006,3．