大崗山水電站大壩左岸拱肩槽開挖施工技術(shù)

周貴龍

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司 長(zhǎng)沙市 410007）

1 工程概況

大崗山水電站壩址位于四川省大渡河中游雅安市石棉縣挖角鄉(xiāng)境內(nèi)，上游與規(guī)劃的硬梁包（引水式）電站尾水相接，下游與龍頭石電站水庫(kù)相接，為大渡河干流規(guī)劃的22個(gè)梯級(jí)的第14個(gè)梯級(jí)電站。壩址距下游石棉縣城約40 km，距上游瀘定縣城約72 km。

電站樞紐主要由攔河混凝土雙曲拱壩、泄洪消能建筑物、引水發(fā)電建筑物等組成，混凝土雙曲拱壩壩高210 m，壩頂中心線弧長(zhǎng)622.42 m，壩頂厚度10.00 m，壩底厚度 52.00 m，厚高比 0.248，弧高比2.964，上游倒懸度0.136。電站裝機(jī)容量2 600 MW（4×650 MW）。

2 工程地質(zhì)狀況

大崗山水電站壩址區(qū)河谷狹窄，河谷呈“V”形，峽谷系數(shù)（峽谷深與寬之比）約為1∶2.1（壩頂高程處）。兩岸谷坡陡峻，左岸1 250 m高程以上地形坡度 40°，（975～1 250）m 高程之間較陡，達(dá) 50°～70°；右岸略緩，1 250 m高程以上地形坡度35°～40°，以下地形坡度 40°～50°。

左岸壩肩及抗力體位于Ⅻ線～Ⅳ線下游約200 m范圍，地形較完整，山體較雄厚，谷坡陡峻，岸坡走向約NE26°。下游發(fā)育有1#、2#兩條淺溝，1#溝位于壩下游 190 m，沿 β8（f7）發(fā)育，切割深度一般（40～60）m；2#溝位于壩下游 400 m，沿 β4（f5）發(fā)育，切割深度一般（30～50）m。

大崗山拱壩基礎(chǔ)巖性較為均一，主要為花崗巖體，且大部為Ⅱ、Ⅲ1類花崗巖體，建基巖體地質(zhì)缺陷主要有：①斷層破碎帶及其影響帶，為Ⅴ1類巖；②Ⅲ2、Ⅳ類花崗巖，變模較低，對(duì)拱壩應(yīng)力和基礎(chǔ)變形存在較大的影響；③Ⅲ2、Ⅳ、Ⅴ1類輝綠巖脈。

左壩肩及抗力體范圍內(nèi)主要有 f33、f54、f67、f4、f17、f35、f36等斷層和 β8（f7）、β112（f32）、β118（f19）、β41（f46）、β21、β28等輝綠巖脈破碎帶切割，巖體主要發(fā)育有③、④、⑥等3組裂隙，部分結(jié)構(gòu)面組合可能對(duì)左壩肩抗滑穩(wěn)定不利。

3 左壩肩拱肩槽開挖特性

開挖高差大。左岸壩肩槽最大開挖高度165 m。由于前期壩頂以上開挖標(biāo)段已經(jīng)挖至左岸1 100 m高程，實(shí)際完成左岸壩肩EL1 100 m～EL970 m高程開挖及支護(hù)工程。

長(zhǎng)緩坡鉆孔角度控制難。左岸壩肩槽最下層EL980 m～EL970 m建基面中心線水平傾角為26.95°，開挖鉆孔角度控制難度相當(dāng)大。

開挖輪廓要求嚴(yán)。拱肩槽建基面超欠挖標(biāo)準(zhǔn)不大于20 cm，上下游邊坡超欠挖標(biāo)準(zhǔn)不大于35 cm；平整度不大于15 cm，爆孔壁無(wú)明顯的爆破裂隙；預(yù)裂孔殘孔率：Ⅱ級(jí)巖體，殘孔率在90%以上；Ⅲ級(jí)巖體，殘孔率在80%以上；Ⅳ級(jí)巖體，殘孔率在50%以上。

爆破振動(dòng)要求嚴(yán)。距離爆破梯段頂面10 m處安全質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，拱肩槽建基面控制在10 cm/s，上下游邊坡控制在15 cm/s。

聲波衰減檢測(cè)要求高。拱肩槽建基面爆前爆后聲波測(cè)試速度衰減不能大于10%，否則判定為爆破破壞。

左岸壩肩拱肩槽開挖工程的綜合特性為工作量大、建基面輪廓復(fù)雜、開挖質(zhì)量要求高、開挖高差大、地質(zhì)條件復(fù)雜、鉆爆難度大等。

4 開挖方案的確定

左岸壩肩EL1 100～EL970 m開挖邊坡分壩肩上游邊坡、拱肩槽及下游邊坡三部分，上下游邊坡每（30～40）m設(shè)一級(jí)馬道，拱肩槽不設(shè)馬道，每一梯段按照漸變的方法進(jìn)行開挖。本文主要對(duì)拱肩槽部位開挖施工進(jìn)行論述。

4.1 開挖方案總體規(guī)劃

左岸拱肩槽開挖采用自上而下分層及從外（臨江面）而內(nèi)（設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)坡面）分區(qū)、分塊進(jìn)行。開挖采用平臺(tái)法下降，梯段高度控制為10 m，臨近拱肩槽壩基面采用預(yù)留保護(hù)層方法進(jìn)行，預(yù)留保護(hù)層厚度為15 m，保護(hù)層前區(qū)為主爆區(qū)，保護(hù)層區(qū)為預(yù)裂爆破區(qū)，先進(jìn)行主爆區(qū)鉆爆、開挖施工，然后進(jìn)行預(yù)裂爆破區(qū)鉆爆、開挖施工。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙當(dāng)壩肩槽開挖到灌漿、排水平洞的高程時(shí)，保護(hù)層（預(yù)裂帶）暫不開挖，從保護(hù)層（8～10 m厚）位置進(jìn)洞，當(dāng)進(jìn)洞10 m左右時(shí)開始保護(hù)層開挖。進(jìn)洞位置采用CM351鉆機(jī)造孔（6～8）m水平炮孔進(jìn)行爆破，到灌漿和排水平洞外2 m左右位置采用手風(fēng)鉆造鉆爆孔。

4.2 拱肩槽建基面開挖方法

拱肩槽預(yù)裂孔主要采用YQ-100B潛孔鉆造孔。由于YQ-100B鉆機(jī)本身結(jié)構(gòu)尺寸決定了需要一定空間滿足架鉆要求，故壩肩槽建基面開挖時(shí)采用超欠平衡的控制方法，即每一梯段預(yù)裂孔開口處欠挖20 cm（手風(fēng)鉆修順小錯(cuò)臺(tái)），孔底處超挖20 cm。緩沖孔與爆破孔平行，緩沖孔與預(yù)裂孔之間的垂直距離控制在（1～1.5）m之間，以此來(lái)保證建基面受到的爆破擾動(dòng)最小。為保證施工質(zhì)量，YQ-100B鉆機(jī)的鉆桿采用Φ60鉆桿，以減少造孔時(shí)因鉆桿下沉引起的孔深擾度過(guò)大造成孔深方位偏差。

針對(duì)拱肩槽邊坡坡比的變化，當(dāng)邊坡由陡坡變?yōu)榫徠聲r(shí)，可根據(jù)預(yù)裂孔施工鉆機(jī)（YQ-100B）長(zhǎng)度及鉆機(jī)與固定架靠墻所需厚度，在上一級(jí)預(yù)裂鉆孔時(shí)，計(jì)算預(yù)留下一邊坡預(yù)裂開口架鉆所需空間，形成鉆機(jī)固定所需空間的超挖，確保下一層預(yù)裂鉆機(jī)造孔精確；當(dāng)邊坡由緩變陡時(shí)，在確保鉆機(jī)固定就位空間時(shí)可直接進(jìn)行造孔施工。

5 施工準(zhǔn)備

5.1 工器具選型及改造

YQ-100B潛孔鉆鉆機(jī)按設(shè)計(jì)坡比只需較小的上鉆平臺(tái)即可滿足要求，且造孔精度高、易控制，利于建基面開挖施工，所以采用YQ-100B潛孔鉆鉆機(jī)造預(yù)裂孔。緩沖及爆破孔因造孔精度要求相對(duì)較低，采用CM351鉆孔具有就鉆容易、工作效率高的優(yōu)點(diǎn)。傾角控制均采用高精度可調(diào)性量角器，以滿足施工需要。方位角控制采用線錘與鉆桿確定的平面來(lái)控制，線錘尖端與方位點(diǎn)重合，目測(cè)線錘與鉆桿中心線重合。

5.1.1 鉆機(jī)改造

由于YQ-100B潛孔鉆鉆機(jī)自身因素造成鉆進(jìn)過(guò)程中鉆機(jī)不穩(wěn)定、易擺動(dòng)，特別是鉆機(jī)開孔時(shí)，擺動(dòng)幅度較大，不利于精度控制。經(jīng)過(guò)研究，在鉆機(jī)兩側(cè)各加焊了兩根Φ48的鋼管，鋼管與樣架的立桿牢固連接，消除了鉆進(jìn)當(dāng)中鉆機(jī)擺動(dòng)幅度大的頑癥。YQ-100B潛孔鉆鉆機(jī)改造加固見圖1。

圖1 YQ-100B潛孔鉆鉆機(jī)改造加固圖

5.1.2 鉆機(jī)樣架改造

根據(jù)測(cè)量孔位，在上層坡面采用手風(fēng)鉆打設(shè)四根插筋孔（必要時(shí)可增設(shè)插筋），用Φ48鋼管作插筋，入巖0.8 m，外露1.2 m（可根據(jù)實(shí)際地形調(diào)整外露長(zhǎng)度）。鉆機(jī)底部和頂部各一根橫桿，插筋與橫桿用扣件連接，必要時(shí)可在鉆機(jī)底部增加一根輔助橫桿，橫桿與立桿用扣件連接，立桿與YQ-100B潛孔鉆鉆機(jī)兩側(cè)加焊的兩根鋼管扣件連接。橫桿、立桿均采用Φ48鋼管。為了減少系統(tǒng)誤差，必須采用單機(jī)單架。具體加固辦法見圖2。

圖2 YQ-100B潛孔鉆鉆機(jī)樣架改造圖

5.1.3 量角器改進(jìn)

同類工程施工中使用的量角儀器一般為工程地質(zhì)羅盤（精度為0.5°）或可調(diào)性量角器（精度為0.2°），誤差較大，在拱肩槽開挖過(guò)程中不能滿足造孔精度要求。因此，為了提高造孔精度，專門制作了兩把YQ-100B潛孔鉆鉆機(jī)專用的加厚小量角器，對(duì)原來(lái)的量角器精度進(jìn)行了改進(jìn)，由0.2°提高到0.1°，有效地提高了造孔過(guò)程中傾角控制的精度。高精度量角器大樣見圖3。

圖3 高精度量角器大樣圖

5.2 鉆機(jī)操作手的組織培訓(xùn)

參與左岸拱肩槽施工的YQ-100B潛孔鉆操作手，來(lái)自原中水八局溪洛渡工地。但為了確保大崗山左岸拱肩槽的開挖質(zhì)量，在左岸拱肩槽開挖前，項(xiàng)目部對(duì)各操作手技能進(jìn)行了統(tǒng)一考核，凡合格者才允許進(jìn)入左岸拱肩槽的預(yù)裂孔造孔。不合格者只允許擔(dān)任副操作手，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期跟班，具備主操作手能力，才能擔(dān)任主操作手。

6 基本施工方法

6.1 施工測(cè)量

測(cè)量隊(duì)按設(shè)計(jì)圖紙要求放出每次開挖的輪廓范圍及開口線、開挖坡度，并作好明顯標(biāo)志，工區(qū)技術(shù)員每次跟蹤放樣。測(cè)量隊(duì)按照開挖爆破設(shè)計(jì)參數(shù)放樣，預(yù)裂孔及聲波孔逐孔編號(hào)放樣，放樣內(nèi)容包括：孔位、孔口高程、孔斜、方位角、孔深等參數(shù)，每孔標(biāo)識(shí)注明，并提供準(zhǔn)確無(wú)誤的測(cè)量資料給開挖工區(qū)、質(zhì)量辦。

6.2 造 孔

邊坡開挖時(shí)按梅花形布孔，主爆孔采用CM-351造孔，孔徑 Φ105 mm，初擬間排距（2.5～3.5）m×（3.0～4.0）m（根據(jù)巖石情況，結(jié)合爆破試驗(yàn)定），梯段高度10 m；預(yù)裂孔孔徑Φ90 mm，采用YQ-100B型潛孔鉆造孔，間距（60～80）cm，拱肩槽預(yù)裂爆破孔深10 m。

每爆區(qū)鉆孔施工完成后，由質(zhì)檢人員將爆區(qū)所有鉆孔逐個(gè)檢查記錄合格后，三檢質(zhì)檢員會(huì)同監(jiān)理終檢，如發(fā)現(xiàn)不合格，及時(shí)通知鉆孔人員處理。

6.3 裝藥、堵塞、聯(lián)網(wǎng)

一個(gè)爆區(qū)梯段造孔全部完成時(shí)進(jìn)行裝藥，均采用人工裝藥，主爆破孔以乳化炸藥為主，采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)；預(yù)裂孔采用乳化炸藥，采用柱狀分段不偶合裝藥；巖石爆破單耗藥量按（0.3～0.4）kg/m3控制。梯段爆破采用非電毫秒微差爆破網(wǎng)絡(luò)，非電毫秒雷管采用MS1～MS15段，電雷管起爆的方式進(jìn)行。各孔用堵塞材料堵塞，主爆孔堵塞長(zhǎng)度（1.5～3.0）m，預(yù)裂孔堵塞（1.0～1.5）m。

分段起爆藥量按招標(biāo)文件技術(shù)條款控制，拱壩壩基面預(yù)裂孔最大單響藥量按不大于20 kg控制；一般梯段爆破要求：距建基面30 m以外單響藥量不大于 100 kg，（30～15）m不大于 75 kg，15 m 以內(nèi)不大于25 kg。最終根據(jù)爆破試驗(yàn)確定的數(shù)據(jù)作具體調(diào)整。

7 爆破試驗(yàn)

施工開挖以爆破試驗(yàn)參數(shù)作為指導(dǎo)施工的依據(jù)，針對(duì)拱肩槽建基面開挖的爆破試驗(yàn)，爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度安全標(biāo)準(zhǔn)小于10 cm/s。

2009年8月6日，在上游邊坡選與拱肩槽建基面巖體性質(zhì)類似的待開挖塊體，進(jìn)行了針對(duì)拱肩槽建基面開挖的第一次爆破試驗(yàn)。爆破參數(shù)：預(yù)裂孔單孔裝藥量4.1 kg、緩沖孔6 kg、爆破孔12 kg，單孔單響，最大單響藥量12 kg。本次爆破測(cè)得最大振動(dòng)速度12 cm/s，大于建議的安全控制標(biāo)準(zhǔn)10 cm/s。本次監(jiān)測(cè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度超標(biāo)主要是因?yàn)榇ù蟊O(jiān)測(cè)項(xiàng)目部在對(duì)本次爆破試驗(yàn)布置觀測(cè)儀器，是按照邊坡開挖振動(dòng)監(jiān)測(cè)布置，測(cè)得振動(dòng)速度超標(biāo)的點(diǎn)出現(xiàn)在與爆破區(qū)域同高程上。

2009年8月22 日，在上游邊坡選與拱肩槽建基面巖體性質(zhì)類似的待開挖塊體，進(jìn)行了針對(duì)拱肩槽建基面開挖的第二次爆破試驗(yàn)。爆破參數(shù)：預(yù)裂孔單孔裝藥量3 kg、緩沖孔8 kg、爆破孔14 kg，單孔單響，最大單響藥量14 kg。本次爆破測(cè)得最大振動(dòng)速度9.96 cm/s，小于建議的安全控制標(biāo)準(zhǔn)10 cm/s。

8 EL1 100 m～1 090 m拱肩槽預(yù)裂爆破施工效果

8.1 施工質(zhì)量

根據(jù)上述試驗(yàn)成果，項(xiàng)目部組織了左岸拱肩槽EL1 100 m～1 090 m部位開挖預(yù)裂施工。爆破后，左岸拱肩槽邊坡巖體較完整～較破碎,局部出現(xiàn)細(xì)小裂隙，裂隙閉合無(wú)填充，為Ⅲ-Ⅳ類圍巖，局部輝綠巖脈發(fā)育，巖體較破碎，為Ⅴ類圍巖，通過(guò)嚴(yán)格開挖控制，剔除地質(zhì)缺陷的測(cè)量點(diǎn)，開挖半孔率為94%，平整度合格率為97%，超欠挖合格率82.7%。開挖質(zhì)量總體較好，效果見圖4。

聲波最大衰減值為7.98%，聲波衰減率滿足設(shè)計(jì)要求；爆破振速最大峰值6.72 m/s，滿足爆破安全監(jiān)測(cè)規(guī)程和設(shè)計(jì)要求。

圖4 開挖質(zhì)量效果圖

8.2 開挖成果

左岸壩肩拱肩槽EL1 100～EL1 090 m梯段開挖質(zhì)量檢測(cè)成果統(tǒng)計(jì)，見表1～表6。

表1 左岸拱肩槽EL1 100～EL1 090 m爆破參數(shù)、質(zhì)量指標(biāo)表

表2 左岸拱肩槽EL1 100～EL1 090預(yù)裂爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表

表3 左岸拱肩槽EL1 100～EL1 090 m爆破檢測(cè)孔聲波檢測(cè)統(tǒng)計(jì)表

表4 左岸拱肩槽EL1 100～1 090 m邊坡預(yù)裂半孔率檢測(cè)表

表5 左岸拱肩槽EL1 100～1 090 m邊坡預(yù)裂平整度檢測(cè)表

表6 左岸拱肩槽EL1 100～EL1 090 m坡面開挖測(cè)量驗(yàn)收合格率統(tǒng)計(jì)表

9 技術(shù)總結(jié)

9.1 預(yù)裂超欠平衡施工方法

拱肩槽的開挖邊坡中間不設(shè)馬道，為了保證邊坡鉆孔時(shí)鉆機(jī)的架設(shè)部位，拱肩槽及壩基置換部位邊坡開挖采用超欠平衡法，開挖施工設(shè)計(jì)的施工線與設(shè)計(jì)線最大的超欠挖控制在±20 cm，保證預(yù)裂鉆孔的YQ-100B鉆機(jī)架設(shè)位置，具體拱肩槽開挖預(yù)裂施工邊線控制情況見圖5。

9.2 實(shí)際施工中鉆爆參數(shù)

根據(jù)四川大學(xué)爆破安全監(jiān)測(cè)項(xiàng)目部的建議，左岸拱肩槽部位采取分區(qū)開挖形式，采取2～3排主爆、1排緩沖和1排預(yù)裂孔的開挖爆破方式。

圖5 拱肩槽開挖施工線與設(shè)計(jì)線比較圖

為保證左岸拱肩槽開挖質(zhì)量，保證爆破施工時(shí)爆破質(zhì)點(diǎn)振速在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，結(jié)合爆破施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、爆破監(jiān)測(cè)、物探檢測(cè)等各方面信息，通過(guò)對(duì)左岸拱肩槽爆破施工情況進(jìn)行分析，總結(jié)左岸拱肩槽爆破開挖技術(shù)參數(shù)見表7。

表7 左岸拱肩槽開挖爆破參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

爆破影響控制：預(yù)裂孔單響最大藥量不大于20 kg，緩沖孔單響最大藥量不大于25 kg，主爆破孔單孔單響最大裝藥量不大于25 kg。

另根據(jù)前階段爆破試驗(yàn)成果，特別是爆破塊度和爆堆形狀、前緣拋擲情況的觀察和分析，主爆破孔采用（0.3～0.4）kg/m3的炸藥單耗是相對(duì)合適的，在臨近拱肩槽輪廓面的緩沖孔，避免采用Φ90藥卷裝藥，而采取Φ70或Φ60藥卷進(jìn)行裝藥爆破。

左岸拱肩槽孔間微差開挖爆破網(wǎng)絡(luò)見圖6。

圖6 左岸拱肩槽孔間微差開挖爆破網(wǎng)絡(luò)示意圖

下部左岸拱肩槽開挖，按照上述試驗(yàn)成果施工，預(yù)裂孔殘孔率、相臨兩殘孔間的巖石不平整、超欠挖值、拱肩槽建基面爆前爆后聲波測(cè)試速度衰減值、安全質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度等能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。少數(shù)爆破檢測(cè)數(shù)據(jù)未達(dá)標(biāo)時(shí)，經(jīng)過(guò)分析總結(jié)，在下一梯段爆破過(guò)程中予以改進(jìn)，成功的避免了同一問(wèn)題的再次出現(xiàn)，達(dá)到設(shè)計(jì)質(zhì)量要求。

10 結(jié)語(yǔ)

采用以上開挖爆破參數(shù)及施工方法，在大崗山左岸拱壩拱肩槽開挖中取得了良好的施工質(zhì)量，預(yù)裂孔造孔機(jī)具選YQ-100B潛孔鉆，樣架導(dǎo)向，可有效控制鉆孔角度，提高預(yù)裂面開挖質(zhì)量。

對(duì)鉆孔方向控制的方法進(jìn)行了明確統(tǒng)一，角度控制時(shí)采用了高精度電子量角器，能有效地減小系統(tǒng)誤差，保證了預(yù)裂孔成孔質(zhì)量。

采用預(yù)裂-緩沖-主爆的網(wǎng)絡(luò)起爆順序，有效地解決了預(yù)裂面“貼膏藥”的施工難題，把爆破振動(dòng)控制在允許范圍內(nèi)，同時(shí)減少了預(yù)裂面欠挖處理的工作量，從而提高了工效，節(jié)約了成本。