爆破槽挖施工技術(shù)在壩肩基巖防滲墻施工中的應(yīng)用

何承俊,覃 磊,梁貴占

(四川大渡河龍頭石水電開發(fā)公司,四川 石棉 625400)

1 工程概況

龍頭石水電站位于雅安市石棉縣境內(nèi)安順場上游約 10 km處,上游與大崗山水電站銜接,下游與規(guī)劃的老鷹巖水電站銜接,為大渡河干流規(guī)劃調(diào)整推薦 22級方案的第 15梯級電站。龍頭石水電站控制集水面積為 63040 km2,占全流域面積的 81.4%;正常蓄水位為 955.00m,庫容約 1.2億m3,電站裝機容量為 700 MW。電站開發(fā)任務(wù)主要以發(fā)電為主,樞紐由瀝青混凝土心墻堆石壩、左岸地面廠房與三條泄洪洞組成。導(dǎo)流方式為斷流圍堰,隧洞全年導(dǎo)流。

大渡河龍頭石水電站右岸基巖混凝土防滲墻樁號范圍為 0-060.00～0+99.45m,軸線長 159.45m,墻厚 80 cm,右岸基巖混凝土防滲墻最大造孔深度為 25.20m,平均成墻深度為 19.40m。其中樁號 0-06.75～0-060.00m右岸基巖混凝土防滲墻在壩肩防滲墻施工廊道內(nèi)施工,其它部分在山體斜坡上施工完成。

龍頭石大壩右壩肩基礎(chǔ)屬于粗?；◢弾r,采用帷幕灌漿防滲可灌性較差該部位防滲方案中未選擇灌漿防滲方案。為了防止右壩肩出現(xiàn)繞壩滲漏破壞壩體的情況,設(shè)計單位根據(jù)現(xiàn)場實際情況在大壩右壩肩巖石邊坡上設(shè)計了一道混凝土地下防滲墻,墻厚 80 cm,樁號范圍為 0-060.00～0+99.45m,混凝土強度為 C 30。

由于該項目壩肩邊坡地下防滲墻施工存在施工場地狹窄,沖擊鉆機吊裝困難、上下層施工作業(yè)干擾大、施工功效較低,如何確保工程進度滿足防滲設(shè)計要求成為擺在施工現(xiàn)場的實際困難。施工項目部根據(jù)現(xiàn)場實際情況,經(jīng)過細致的研究和充分評價調(diào)整了相關(guān)施工方案,決定取消常規(guī)的沖擊鉆造孔成槽的方案,嘗試采用微量控制爆破人工開挖成槽后澆筑混凝土防滲墻的施工方案,解決現(xiàn)場存在的實際困難。

2 施工布置

2.1 施工平臺

根據(jù)設(shè)計防滲墻頂線邊坡比(1:1.7)及右壩肩基巖混凝土防滲墻施工的需要,右壩肩開挖形成了 13級臺階狀,臺階之間高差約為 4.4m;平臺長度約 7.0m,平臺上下游寬 10.0m,即沿防滲墻軸線上下游各 5.0m。

2.2 槽段劃分

13級平臺從上至下共劃分了 14個槽段。在 14個施工槽段中,1#槽段長 12.5m,2#槽段長 9.0m;3#、4#槽段長度為9.2m,分兩個槽段爆破開挖,長度分別為 5.2m和 4.0m;5#～13#槽段的長度均為 7.0m,亦分兩個槽段施工,每個槽段長度為 3.5m;14#槽段長度為 5.05m,單獨施工。

基巖挖槽的施工關(guān)鍵在于創(chuàng)造一個凌空面,本工程采用混合楔形掏槽法,即在工作面的中間位置布置少量炮眼,爆破時首先起爆,在工作面形成一個槽口,為其余的炮眼爆破創(chuàng)造有利條件。

3 爆破材料

3.1 炸藥

由于山體水含量比較豐富,爆破孔鉆孔完成后,大部分孔內(nèi)都有滲水殘留,故在選取爆破材料時選擇了具有抗水性能的乳化炸藥。由于乳化炸藥的組分中不含有毒的梯恩梯等物質(zhì),爆炸后的有害氣體生成量也很少,減少了爆破后槽孔內(nèi)通風散煙的時間,為下道工序的及時銜接創(chuàng)造了較好條件。

3.2 引爆裝置

3.2.1 舜發(fā)電雷管

本工程中電雷管主要起到引爆的作用,工程中按其起爆藥量的多少分為 10個等級,號數(shù)愈大,其起爆藥量愈多,雷管的起爆能力愈強。爆破施工中 8號和 6號雷管用的最多,本工程選用的是 8號舜發(fā)電雷管。

3.2.2 非電毫秒延期導(dǎo)爆管雷管

結(jié)合工程實際情況,選用非電毫秒雷管具有諸多優(yōu)越性和可行性。非電毫秒雷管是用塑料導(dǎo)爆管引爆而延期時間以毫秒數(shù)量級計量的雷管,非電毫秒雷管的段位及延期時間見表 5-1,本工程選擇的有 1段、3段 5段三個段位,即在爆破施工中每一段爆破都有 50毫秒的間隔。

3.2.3 起爆器

由于工作面的原因,考慮到放炮時要保證工作人員安全撤離現(xiàn)場,引爆裝置采用 MF B-100型電容式起爆器。

4 爆破參數(shù)

施工過程中由于開挖深度逐漸加深,巖石的風化程度逐漸減弱,不同部位的爆破參數(shù)也根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行相應(yīng)的調(diào)整,特別是槽段頂部孔口部位的爆破,更應(yīng)保證周邊巖體的整齊和完整。根據(jù)施工現(xiàn)場的具體條件和類似工程的經(jīng)驗數(shù)據(jù),并通過實踐檢驗修正,確定了爆破施工的參數(shù)如下:

4.1 炮眼參數(shù)

炮眼直徑的大小直接影響鉆眼速度、炮眼數(shù)目、單位炸藥消耗量、爆落巖石的塊度和槽孔輪廓的平整性。在我國,小斷面爆破掘進(S＜4m2)一般采用 25～32 mm的炮眼直徑,因此本工程選取炮眼直徑為 32 mm。

炮眼深度影響著每個掘進工序的工作量和完成個工序的時間,而且影響爆破效果和掘進速度,控制循環(huán)次數(shù),逐步增加眼深,能使工時得到充分利用,但斷面愈小,隨著眼深的增加,爆破受到的夾制作用愈大。由于本工程斷面寬度僅為 0.8m,結(jié)合其它因素,確定掏槽孔深 0.8m,一般爆破孔深為 0.7m。

根據(jù)《爆破工程》中介紹的一些經(jīng)驗參數(shù)(表 4-1),結(jié)合炸藥的殉爆試驗數(shù)據(jù),確定炮眼的孔距為 40 cm,兩排孔,排距為 60 cm;炮眼與工作面夾角為 75°,炮眼數(shù)掏槽爆破施工面為5個,一般爆破施工面 4個。

4.2 單位炸藥消耗量

單位炸藥消耗量對爆破效果、炮眼利用率等都有直接意義,藥量偏低時,槽孔斷面面積達不到設(shè)計要求,巖石破碎不均勻。當藥量偏高時,不僅增加炸藥的用量,而且可能造成槽孔超挖、降低圍巖的穩(wěn)定性,甚至還會損壞支架和設(shè)備。

單位炸藥消耗量取決于巖石的性質(zhì)、巷道斷面等多種因素,關(guān)系復(fù)雜,尚無完善的理論計算方法。本工程通過多次試驗調(diào)整,最終確定單位耗藥量為 1.2～1.65 kg/m2,在實際施工中取得了良好的爆破效果。

需要注意的是,在槽孔孔深 2m范圍內(nèi)的單位裝藥量要嚴格控制。藥量過大,槽口孔形孔寬都會很不整齊,對后續(xù)工序施工有較大影響,尤其不利于孔口支撐、下設(shè)鋼筋籠和澆筑混凝土等工序。因此,槽孔頂部孔口裝藥量一般控制在1.2 kg/m2左右。

5 起爆方法

根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境條件、爆破規(guī)模,綜合經(jīng)濟可行性、安全可靠性及工人的起爆操作技術(shù)的熟練程度,本工程采用電雷管起爆法。

起爆系統(tǒng)由三部分組成,擊發(fā)元件(電雷管),傳爆元件和末端工作元件(非電毫秒雷管)。在施工過程中,隨著孔深的加深,傳爆元件的長度也隨著加長,傳爆元件仍選用非電毫秒雷管;連接時,用 2根一段毫秒雷管連接炮孔內(nèi)的毫秒雷管(防止由于雷管失效而無法引爆末端工作元件)直至孔口,再將其與電雷管相聯(lián),接好主線和起爆器,引爆即可。

6 施工流程、工藝

6.1 施工流程

施工臨建——測量放線——人工開挖——風鉆打眼——裝藥放炮——清渣——重復(fù)打眼放炮——成槽驗收——澆筑混凝土——轉(zhuǎn)下一槽

6.2 施工工藝

6.2.1 施工臨建

因施工面為全—強風化粗?；◢弾r,且施工存在放炮,對表層有影響,故本段防滲墻施工不修建導(dǎo)墻;主要的臨建即為施工設(shè)備的就位、場地的平整,設(shè)備就位采吊車由 1#平臺向下逐個吊運。

6.2.2 測量放線

右壩肩基巖防滲墻墻厚 0.8m,根據(jù)測量確定軸線后,用白灰標示出軸線及上下游開挖線。

6.2.3 人工開挖

根據(jù)開挖線開始施工,每一平臺施工段分臺階狀開挖施工,施工槽段分為 3個臺階開挖。

6.2.4 風鉆打眼

利用風鉆打炮眼,并用風管將孔底鉆碴吹凈,然后用紗布塞將炮孔堵住,防止在打其它炮眼時巖粉進入孔內(nèi),每次打炮眼量為布滿一個施工臺階為宜。

6.2.5 裝藥、放炮

(1)裝藥前的準備工作

首先對炮眼參數(shù)進行檢查驗收,測量炮眼位置,炮眼深度是否符合要求。然后對鉆好的炮眼進行清碴和排水。一般用壓氣管通入眼底,利用氣壓將眼內(nèi)的巖碴和水分吹出。

(2)裝藥

裝藥時一定要嚴格按照預(yù)先計算好的每個炮眼裝藥量進行裝填,裝藥結(jié)構(gòu)為連續(xù)裝藥,且每個炮眼總的裝藥量不宜超過眼深的 2/3。在干燥的炮眼內(nèi)裝藥時,可將藥卷的外皮用小刀劃開少許裂縫,裝入炮眼后,在放入起爆藥包之前,用木制炮棍壓緊,以增加炮眼的裝藥密度。在有水或潮濕的炮眼中,直接將藥包放入孔內(nèi),用木制炮棍壓緊。

起爆藥包安放在靠近眼底的位置,即放在眼底的第二藥包的位置,并將雷管的聚能槽朝向眼口。然后接著要放入一、兩個普通藥包,用炮棍輕輕壓緊,不可用猛力去搗實起爆藥包,防止早爆事故或?qū)⒗坠苣_線拉斷造成拒爆。這種起爆被稱為反向起爆,試驗表明,反向起爆能提高炮眼利用率,減小巖石破碎塊度,增大拋碴距離,降低炸藥消耗量。

(3)堵塞

炮眼裝藥后,眼口末裝藥部分應(yīng)該用巖粉和砂子進行堵塞,用炮棍適當加壓搗實。炮眼堵塞長度要全部堵塞,也可以是部分堵塞,但堵塞過短則起不到堵塞作用,堵塞應(yīng)是連續(xù)的,中間不要間斷。

良好的堵塞可以提高炸藥的爆轟性能,使炮眼內(nèi)的炸藥反應(yīng)完全而產(chǎn)生較高的爆轟壓力,還能阻止爆轟氣體產(chǎn)物過早地從炮眼口沖出,提高爆炸能量的利用率。

(4)爆破

做好爆破前的安全警戒工作,撤離現(xiàn)場人員到安全地帶,連接好起爆裝置,引爆炸藥。

6.2.6 清渣

爆破完成后先用大功率鼓風機向槽內(nèi)送風,將槽內(nèi)爆破后殘余的有害氣體和煙塵排除,送風時間根據(jù)挖槽深度確定,一般為 0.5～1 h。施工人員戴好防護面具系好安全帶后,由卷揚機緩慢下入槽內(nèi),入槽過程中邊下邊檢查孔壁巖石情況及孔壁內(nèi)原支撐是否良好,對存在安全隱患的部位及時處理和加固,當槽內(nèi)孔壁全部檢查完確保安全無誤后方可進行清渣工作。槽內(nèi)采用吊籃和小推車清除放炮后的碎碴;平臺清碴采用自然斜坡滑溜式出碴,并用風鎬將槽孔壁修飾平整。

6.2.7 防滲墻混凝土澆筑

槽段開挖分 I期、I I期進行,I期槽段開挖至設(shè)計高程后請監(jiān)理、設(shè)計、業(yè)主進行聯(lián)合驗收,驗收合格后開始放置鋼筋籠,下設(shè)混凝土澆筑導(dǎo)管,澆筑方法仍采用水下混凝土直升導(dǎo)管法澆筑。由于開挖面落差大,交通不便,澆筑時采用混凝土泵與溜槽相配合送料的澆筑方法。

相鄰 I期槽段澆筑完成后開始進行 I I期槽段的開挖,I I期槽段開挖完成后對 I期槽段砼防滲墻接頭面進行鑿毛處理,確保砼墻體有良好的粘接效果。

7 結(jié)語

龍頭石大壩右壩肩基巖砼防滲墻在施工過程中,項目管理人員不斷總結(jié)經(jīng)驗,大膽嘗試新工藝新技術(shù)精心組織施工。同時對安全管理工作高度重視、安全措施嚴謹?shù)轿弧Ｋ鶓?yīng)用的爆破槽挖技術(shù)及相關(guān)施工工藝,由嘗試施工到逐步全線展開應(yīng)用,保證了工程進度和質(zhì)量降低了施工消耗,取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟效果,解決了實際施工中的難題,為岸坡段基巖混凝土防滲墻施工總結(jié)了可貴的施工經(jīng)驗。