“自落渣鉆爆開挖技術(shù)”在高陡邊坡明挖施工中的應(yīng)用

張生明, 劉 宇, 曹小麗

(中國水利水電第五工程局有限公司 第三分局,四川成都 610225)

1 概 述

苗家壩水電站位于白龍江下游甘肅省文縣境內(nèi),距下游已建成的碧口水電站公路里程 31.5 k m。該工程的主要任務(wù)是發(fā)電,樞紐建筑物主要由混凝土面板堆石壩、泄洪洞、排沙洞、引水發(fā)電洞及岸邊廠房等組成。電站正常蓄水位高程 800 m,總裝機(jī)容量 3×80 M W,保證出力 43 M W,設(shè)計(jì)年發(fā)電量 9.24億 k W?h。

排沙洞出口閘室邊坡整體走向 N W300°,坡度 35°～ 50°,坡高大于 150 m,邊坡基巖裸露,巖體主要為厚層狀變質(zhì)凝灰?guī)r間夾薄層狀板巖,巖層傾向山內(nèi)。開挖揭露主要發(fā)育三組結(jié)構(gòu)面,包括層面組、反傾組及 N E組陡傾角裂隙。其中反傾組裂隙傾向坡外,對(duì)邊坡穩(wěn)定起控制作用,在開挖中破碎巖體多沿裂隙面剝離形成光面,層面組、N E組裂隙對(duì)邊坡切割作用強(qiáng)烈,局部形成不穩(wěn)定塊體。在邊坡上下游開口線部位因其近地表,卸荷風(fēng)化作用強(qiáng)烈,卸荷裂隙發(fā)育,巖體破碎。邊坡整體為層狀逆向結(jié)構(gòu)邊坡,巖體完整性較差。

排沙洞出口閘室明挖邊坡高差約 150 m,設(shè)計(jì)基巖開挖邊坡比為 1∶0.3,每 15 m高差設(shè)有 1階 2 m寬馬道,明挖主要為石方開挖,總量約 10萬余 m3(圖 1、2)。

邊坡開挖區(qū)高線公路 775 m高程以上明挖屬高線公路二次改建路塹邊坡開挖,受開挖區(qū)陡峭地形及高、中、低線道路通行要求等因素影響,現(xiàn)場(chǎng)不具備明挖施工道路布置條件。

由于缺乏供機(jī)械施工用的道路,只能采用純?nèi)斯し绞浇M織明挖作業(yè),施工機(jī)具及材料均由人工沿便道完成倒運(yùn),鉆爆施工周期長、作業(yè)效率低下,尤其是鉆爆后人工坡面翻渣作業(yè)強(qiáng)度難以提升,嚴(yán)重影響開挖實(shí)施進(jìn)度。同時(shí),開挖鉆爆作業(yè)還要兼顧高、中、低線 3條施工道路通行,臨近的廠區(qū)明挖及施工支洞施工對(duì)爆破控制要求極高。

受限于各方面條件影響,整個(gè)邊坡開挖實(shí)施進(jìn)度緩慢,作業(yè)效率低下,每個(gè)爆破循環(huán)需時(shí) 40 d,其中人工坡面翻渣時(shí)間占總用時(shí)的 60%～70%,工期無法滿足要求。

2 施工方法及工藝

2.1 施工方法

對(duì)此,為提高作業(yè)效率,減少人工翻渣工作量及難度,加快施工進(jìn)度,項(xiàng)目部提出了采用“自落渣”鉆爆法組織明挖施工,即在邊坡明挖鉆爆過程中,將距臨空面的每排炮孔深度逐排縮小,鉆爆后形成外傾斜向臺(tái)階掌子面,使炮渣難以在開挖面積存。為進(jìn)一步減少爆破規(guī)模及人工翻渣量,開挖邊坡采用逐層控制爆破的方式削薄,以減少邊坡擾動(dòng)及交叉立體施工干擾的影響,最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)面及馬道部位的少量人工出渣。

通過爆破試驗(yàn)獲取數(shù)據(jù),其施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求,采用鉆爆梯段布孔進(jìn)行深度控制,爆破掌子面預(yù)留外側(cè)傾斜,利用炮渣自穩(wěn)坡度及減少其與掌子面的摩擦抗阻力,有效地減少了爆后掌子面積渣量并使人工翻渣效率大幅度提高,工序效率亦有較大幅度提高,達(dá)到了預(yù)期效果。

圖 1 泄洪排沙洞出口閘室邊坡平面布置圖

圖 2 泄洪排沙洞出口閘室邊坡B-B剖面示意圖

明挖材料、設(shè)備運(yùn)輸采用修筑人行便道、人工方式組織;鉆爆結(jié)合人工方式,采用梯段布孔鉆爆方法,分區(qū)、梯段、薄層控制爆破,減少了爆破規(guī)模及交叉施工干擾的影響;出渣采用人工翻渣至高線公路,反鏟接力翻渣至低線公路后裝車出渣。

2.2 工藝流程

梯段布孔鉆爆明挖施工工藝流程框圖見圖 3。

圖 3 梯段布孔鉆爆明挖施工工藝流程框圖

2.3 主要施工工藝

2.3.1 施工便道的修筑及防護(hù)

人行便道采用人工手風(fēng)鉆鉆孔,形成分段自下而上小藥量開挖,在人行便道外側(cè)的鉆孔內(nèi)插入錨桿,焊接欄桿,砌筑漿砌石踏步并對(duì)欄桿掛防護(hù)網(wǎng)封閉。

2.3.2 測(cè)量放線及爆破設(shè)計(jì)

采用 T C R 702全站儀測(cè)放施工控制點(diǎn)及交底,由現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員根據(jù)測(cè)量控制點(diǎn)進(jìn)行鉆孔布置,計(jì)算出每個(gè)孔位、孔深及方位角并編制爆破設(shè)計(jì),審批后組織實(shí)施。

2.3.3 爆破分區(qū)及鉆孔布置

采用人工 100B潛孔支架鉆機(jī)分層分區(qū)進(jìn)行造孔,孔徑 90 m m,主爆孔間排距為 3 m×2.5 m,輔助孔間排距為2 m×1.6 m,預(yù)裂孔間距 1 m;開挖分層高度結(jié)合設(shè)計(jì)馬道分階情況按 15 m進(jìn)行控制,并結(jié)合開挖區(qū)長度按 30～50 m分段組織,5～10 m左右厚度逐層控制爆破消薄,將梯段布孔掌子面角度控制在 25°～30°之間。鉆爆分區(qū)及鉆孔布置見圖 4。100B鉆機(jī)搬運(yùn)方便,分解后最大部件重量僅為 102 k g,其主要技術(shù)參數(shù)見表 1。

2.3.4 裝藥及聯(lián)網(wǎng)(圖 5)

邊坡開挖采取分段微差爆破,設(shè)計(jì)坡面采取預(yù)裂控制爆破。炸藥采用 2#改性銨油炸藥,主爆破孔 φ 65藥卷連續(xù)裝藥;緩沖孔 φ 65藥卷分段不耦合裝藥;預(yù)裂孔選用 φ 32藥卷,采用不耦合空氣間隔裝藥結(jié)構(gòu),線裝藥密度為 330 g/m;巖石爆破單位耗藥量按 0.48～0.52 k g/m3控制(表 2)。

爆破采用微差爆破網(wǎng)絡(luò),1～15段非電毫秒雷管連網(wǎng),電雷管起爆。為減少爆破對(duì)邊坡及鄰近作業(yè)面的影響,預(yù)裂孔聯(lián)網(wǎng)最大單響藥量為80 k g,主爆孔及輔助孔最大單響藥量按 150 k g控制。

圖 4 鉆爆分區(qū)及鉆孔布置斷面圖

表 1 100B潛孔鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)表

表 2 梯段微差爆破參數(shù)表

2.3.5 翻渣及出渣(圖 6)

爆破后,采用掛設(shè)安全繩的人工方式對(duì)作業(yè)區(qū)的積渣進(jìn)行清理。首先人工將掌子面積渣扒除清面,再對(duì)坡面外側(cè)的掛渣、松動(dòng)體撬挖,為現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)及下部高線公路通車提供安全保障,然后采用液壓反鏟在高線公路路面挖除積渣。高線公路通車后,集中時(shí)段將其他部位的施工材料搶運(yùn),穿插進(jìn)行下一循環(huán)鉆爆,確保出渣面的安全,由低線公路翻渣裝車出渣。

圖 5 梯段布孔鉆爆明挖爆破聯(lián)網(wǎng)示意圖

圖 6 鉆爆及翻渣(出渣)示意圖

3 結(jié) 語

采用“自落渣爆破”進(jìn)行高邊坡明挖作業(yè),減少了爆破后爆渣在開挖面的堆積量,由原來的60%減少到 20%左右,縮短了人工翻渣時(shí)間,翻渣工期由原來的 10～12 d縮短到 3～4 d。該工程高線公路以上的邊坡明挖作業(yè)循環(huán)累計(jì)次數(shù)為12次,實(shí)際上每個(gè)循環(huán)節(jié)約人工翻渣工期 7 d,累計(jì)節(jié)約直線工期 84 d,從而緩解了工程進(jìn)度壓力,節(jié)約了設(shè)備及人工成本投入約 60萬元。