溪洛渡水電站左岸特大泄洪洞底板開挖光面爆破效果分析

張 文 選

(中國水利水電第七工程局有限公司 第一分局，四川 彭山 620860)

1 工程概述

溪洛渡水電站左、右岸各布置兩條泄洪洞，其中左岸1號泄洪洞全長1 759 m，2號泄洪洞全長1 563 m，兩條洞軸線平行，中心間距50 m，單條泄洪洞分別由進水塔、有壓洞段、工作閘門室、無壓段、龍落尾段和出口挑坎段組成。有壓段為圓形斷面，開挖斷面直徑為17.2 m；無壓段為圓拱直墻，開 挖 斷 面 為 15.7 m×20.6 m～21.6 m×

23.179 m(寬×高)，縱坡i=0.023；龍落尾段由奧奇曲線段、斜坡段、反弧段和下直坡段組成，其中斜坡段坡度為22.5°。

泄洪洞開挖自下而上，有壓段開挖共分三層，分層高度依次為8.6 m、5.6 m、3 m，第三層(底板)弧線長13.05 m，斷面積27 m2；無壓段分層高度依次為8.6 m、10 m、3 m，第三層(底板)斷面積為47.1～64.8 m2。

左岸泄洪洞深埋段上覆巖體厚100～250 m，水平埋深200～500 m，出口段上覆巖體厚30～50 m，水平埋深50～150 m。沿線地層巖性為P2β9～P2β12層致密狀玄武巖及角礫(集塊)熔巖。洞身段約80%布置在P2β12層中下部致密狀玄武巖內。沿線地層巖質堅硬、巖體新鮮、嵌合緊密，巖體多呈塊狀～次塊狀結構，局部層間、層內錯動帶發(fā)育段巖體呈鑲嵌結構，以Ⅱ類、Ⅲ1類為主，出口段部分巖體位于弱風化、弱卸荷帶內，多呈次塊狀結構～鑲嵌結構，嵌合較松弛，局部為Ⅳ類圍巖。

2 洞室開挖質量標準

(1)開挖巖面或壁面無松動巖塊、小塊懸掛體。

(2)不良地質段的處理符合設計要求。

(3)洞軸線：允許偏差范圍 ≤10 mm。

(4)超欠挖：允許偏差范圍 +20 ～0 cm。

(5)開挖面平整度：允許偏差范圍 ≤10 cm。

(6)殘孔率：Ⅰ、Ⅱ類巖體為80%以上，Ⅲ類巖體為50%以上，Ⅳ、 Ⅴ類巖體為20%以上。

(7)爆破振動控制：已開挖的地下洞室洞壁≤10 cm/s。

3 開挖控制要點分析

3.1 底板集渣積水

左岸泄洪洞無壓段底板設計坡度為2.3%，YT-28手風鉆造孔，每循環(huán)開鉆前，因上一循環(huán)掌子面范圍內的虛渣用反鏟不能全部清理干凈，給開鉆造成較大難度，而且?guī)r體內裂隙水與施工棄水混合，積水抽排困難，周邊孔定位難度大。

3.2 布孔誤差

受現(xiàn)場照明影響，測量人員每循環(huán)周邊孔放線后，需要人工分工加密，測量孔放孔個數(shù)越少，人為分孔誤差越大，間距不均勻，對光面爆破質量產生較大影響。

3.3 鉆孔校核困難

邊墻、頂拱造孔時，后視點設置在穩(wěn)定的巖石上，但底板上均為虛渣而且人員、設備來回移動，影響后視點位置的固定。

3.4 鉆機結構尺寸影響大

受手風鉆鉆機結構限制，造孔時不能緊貼巖面，易形成技術性超挖。

3.5 爆破設計優(yōu)化調整困難

底板與邊墻、頂拱相比，炮后質量檢查困難，不能根據(jù)圍巖地質情況及時優(yōu)化鉆爆參數(shù)。

4 開挖措施分析

4.1 YT-28手風鉆造孔影響因素

(1)每循環(huán)作業(yè)開鉆前，用反鏟清理臨近掌子面3 m范圍內的底板浮渣，對于局部少量浮渣及左右兩側靠近邊墻轉角處不宜用反鏟清理的浮渣，由人工輔助清理。

(2)采用潛水泵抽排底板范圍內的積水，不得影響正常開孔。

通過采取以上兩項措施，作業(yè)面的施工環(huán)境得到了顯著改善。

4.2 造孔點位偏差的控制

(1)測量放點時，技術員必須到現(xiàn)場接點，做好技術交底工作。

(2)沿洞軸線位置用紅油漆清晰標示開孔位置，以保證孔位偏差在3 cm以內。

(3)有壓洞段周邊孔測量放樣點為9個，每個間距90 cm，無壓洞段周邊孔測量放樣點為10個，每個間距1.8 m。

4.3 光面爆破孔間距的控制

(1)現(xiàn)場通過嚴格執(zhí)行裝藥前的驗孔制度，對檢查發(fā)現(xiàn)的違規(guī)行為立即進行處理。

(2)用長度為2～3 m的PVC管，每間隔45 cm用紅油漆做好孔位標示，根據(jù)測量放樣點情況現(xiàn)場加密布孔。

(3)若開孔孔位地質條件差、不易造孔，可適當調整開孔位置，但應控制在5 cm以內。

(4)對檢查發(fā)現(xiàn)孔距超標的孔，按空孔不裝藥處理，并就近補造一孔。

4.4 改進鉆機結構尺寸影響因素

(1)YT-手風鉆鉆機本體與鉆桿間存有夾角，導致造孔孔斜有偏差，易產生錯臺。在現(xiàn)場采取了改變正常氣腿下壓的操作，嘗試側放鉆機，使鉆機后部高度降低，以縮小造孔角度偏差。側放鉆機，可降低5～8 cm后部高度，可在一定程度上縮小角度偏差，但開挖后的炮后檢查錯臺尺寸仍未得到根本性消除(圖1)。

圖1 手風鉆鉆孔偏差示意圖

(2)基于以上因素，造孔時選用了長度為4.5m、5 m、6 m的鉆桿進行開孔，利用長鉆桿的柔性調整鉆孔的角度，以減小造孔角度的影響。經分析，選用4.5 m、5 m鉆桿較適宜造孔，而6 m鉆桿太長，易斷。開孔時，一人扶正鉆機，一人負責鉆頭對中并幫助壓住鉆頭，以便鉆工彎曲鉆桿，達到調整角度的目的。經實際驗證，效果良好，基本消除了爆破孔底錯臺現(xiàn)象。

4.5 爆破孔向的控制

(1)固定式樣架。為有效控制造孔角度，防止人為主觀因素影響造成孔斜偏差過大，選用了固定式造孔樣架試驗性造孔(圖2)。通過樣架橫桿確定其后視點位置，造孔時，開孔前點位置由在掌子面上的測量輪廓點確定，開孔后點位置通過樣架橫桿后視位置向下丈量70 cm確定，最終達到了確定造孔角度的目的。但在使用中存在以下問題：一是固定樣架實際操作較為困難，特別是開孔階段，因樣架固定牢固，沒有任何鉆桿活動空間，開孔時造成掛孔困難，效率很低；二是施工工效很低?，F(xiàn)場對半幅開挖使用與不使用樣架進行了對比試驗，其中未使用樣架半幅造孔完成的時間為16 h，而使用樣架半幅在此時間內只完成了3個光爆孔的造孔。

(2)移動式參照樣架。我們在總結固定式樣架經驗教訓的基礎上在現(xiàn)場進行了改進，采用了移動式參照樣架(圖3)。采用該樣架的主要目的是解決底板造孔后視點設置困難、不易固定、易破壞的問題，不存在固定樣架的設計缺陷，現(xiàn)場對造孔角度檢查準確、方便，使用靈活，可操作性強，遂在現(xiàn)場得以全面推廣實施。

(3)在鉆進過程中，若發(fā)現(xiàn)造孔偏斜，可以及時調整鉆孔方向進行糾偏；每孔鉆進完成后，孔內插桿，為后續(xù)鉆孔提供參照，保證孔與孔平行。

4.6 光面爆破孔深的控制

圖2 固定式樣架示意圖

圖3 移動式樣架示意圖

在鉆孔爆破過程中，監(jiān)理嚴格執(zhí)行“三證五表”法，通過準鉆證、準裝證、準爆證和測量放樣成果表、鉆工責任分區(qū)圖表、鉆孔質量檢查表、裝藥聯(lián)網檢查表、開挖爆破界面質量檢查統(tǒng)計表，對鉆爆過程進行全程記錄、檢查、控制。監(jiān)理對檢查孔深超過3 m的孔要求堵塞并輔以經濟處罰。

4.7 優(yōu)化造孔參數(shù)，選用適當?shù)谋茀?shù)

根據(jù)炮后效果檢查，組織現(xiàn)場技術、質量人員優(yōu)化爆破參數(shù)，調整裝藥量，以選擇并優(yōu)化輔助孔排距，適當增大光爆層厚度，減少輔助孔爆破沖擊波破壞光爆層起爆網絡，防止其影響正常起爆?，F(xiàn)場將輔助孔排距分別按55 cm、60 cm、65 cm、70 cm、80 cm進行控制，調整光爆孔裝藥結構，降低孔底加強藥量，線裝藥密度按110 g/m進行控制。通過光爆層調整爆破試驗，發(fā)現(xiàn)65～70 cm的輔助孔排距達到的光面爆破效果最為理想，平整度達到6.4 cm，半孔率達到95.3%。調整光爆孔裝藥結構，降低了孔底加強藥量，孔底破壞的現(xiàn)象大大減少，效果較為理想。

4.8 強化技能培訓，提高作業(yè)人員素質

(1)通過采用定人、定機、定位的 “三定”原則，明確鉆孔人員職責，每次爆破后進行質量分析、改進與責任追究和獎罰兌現(xiàn)，做到有的放矢。

(2)篩選操作工藝熟練、責任心強的人員，專門負責底板光爆孔造孔。

(3)推行操作人員登記建檔，若發(fā)生人員變動，必須通知監(jiān)理，以便組織培訓并進行現(xiàn)場技術考核，重點監(jiān)控。

(4)編制《地下洞室底板開挖樣板工程創(chuàng)建辦法》、《地下洞室底板開挖監(jiān)理控制明白卡》等相關質量控制標準、流程，明確質檢職責和過程控制標準。

(5) 每兩周，由監(jiān)理組織參建各方選取典型開挖部位，全面清理底板開挖面，召開現(xiàn)場質量分析會，對孔間距、超欠挖、平整度和殘孔率進行系統(tǒng)的檢查評測，兌現(xiàn)獎罰措施，持續(xù)改進開挖質量。

5 實施控制措施后取得的實效

泄洪洞有壓段、無壓段底板開挖炮孔痕跡分布均勻，殘留孔壁面沒有明顯的爆破痕跡，基本做到了鉆孔孔位準確，孔向平行，孔底齊整，上下循環(huán)孔間順接。底板開挖實體效果見圖4、5。超欠挖檢測結果見表1，不平整度及半孔率檢測結果見表2。

圖4 有壓段圓弧形開挖效果圖

圖5 無壓段開挖效果圖

6 經濟效益對比

表1 超欠挖檢測匯總表

表2 不平整度及半孔率檢測匯總表

1號、2號泄洪洞有壓段和無壓段底板混凝土強度等級為C9040，龍落尾段混凝土強度等級為C9060且摻硅粉。經計算，若底板平均線形超挖量每減少1 cm，將減少回填混凝土量560 m3，其中有壓段198 m3，無壓段200 m3，龍落尾段162 m3，回填混凝土成本統(tǒng)計情況見表3。

綜上所述，底板平均線形超挖量每減少1 cm，節(jié)省混凝土直接成本約28.5萬元。而且底板開挖超挖量小、不平整度小，底板清理施工難度減小明顯，清理工效大大提高。按照同類型工程超挖10 cm與超挖20 cm所節(jié)省的人工清渣費用見表4。

表3 節(jié)省回填混凝土成本統(tǒng)計表

表4 節(jié)省人工清渣費用表

注：1號、2號泄洪洞底板平均超挖由20 cm減少為約10 cm，可節(jié)省人工清理費用73.65萬元。

泄洪洞工程流量大、流速高，最大流速近50m/s，洞室底板混凝土襯砌強度高，絕熱溫升高，溫控防裂難度大，在底板基礎圍巖約束條件下，當混凝土內拉應力大于極限拉伸值時易產生溫度裂縫。因此，加強對底板開挖平整度控制，減少底板凹凸不平形狀，從一定程度上可以減小底板基礎對混凝土的約束，有利于混凝土溫控防裂，可減少后期裂縫的修補費用。

7 結 語

溪洛渡水電站左岸泄洪洞底板開挖克服了基礎面清理困難，造孔孔向精準，鉆機設計缺陷等各種不利客觀因素影響，堅持采用光面爆破技術，通過不斷改進提高，形成了平整輪廓面的爆破作業(yè)。由于采取了有效的質量控制技術，嚴格執(zhí)行工藝標準，底板開挖取得了顯著效果，為溪洛渡水電站地下洞室開挖創(chuàng)造精品工程并為今后高山峽谷地區(qū)特大型地下洞室群底板開挖提供了參考。