淺談新疆達(dá)克曲克水電站廠房邊坡膠結(jié)體爆破施工技術(shù)

曾 金， 郭 紅 利

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

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淺談新疆達(dá)克曲克水電站廠房邊坡膠結(jié)體爆破施工技術(shù)

曾 金， 郭 紅 利

(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

新疆達(dá)克曲克水電站廠房邊坡在開挖過程中由于地質(zhì)條件復(fù)雜，遇到了深厚膠結(jié)體，給開挖施工帶來了一定的難度。通過對(duì)膠結(jié)體的性態(tài)進(jìn)行研究及爆破施工過程中的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，確定了適合膠結(jié)體開挖施工的爆破參數(shù)。

膠結(jié)體；爆破；施工；技術(shù)；達(dá)克曲克水電站

1 工程概況

達(dá)克曲克水電站位于新疆和田玉龍喀什河下游河段的峽谷內(nèi)，距離和田市53 km。電站裝機(jī)容量為75 MW(其中：水電站裝機(jī)2×35 MW；生態(tài)電站裝機(jī)2×2.5 MW)。電站開發(fā)的任務(wù)為水力發(fā)電并承擔(dān)上游玉龍喀什水利樞紐調(diào)峰發(fā)電后的反調(diào)節(jié)，屬Ⅲ等中型工程。

電站廠房位于該河左岸Ⅳ級(jí)階地平臺(tái)上，廠房與階地岸邊(方向近EW)的夾角約為60°，廠房后部為Ⅴ級(jí)階地，階地后緣為基巖岸坡，坡高100余m，基巖部分裸露。岸坡整體走向?yàn)镹E60°～80°，自然岸坡較緩，為30°～40°，岸坡表部堆積有厚0.1～0.4 m的風(fēng)、坡積含碎石粉土。

根據(jù)原設(shè)計(jì)圖紙，廠房邊坡巖體主要為表層砂礫石及下伏基巖，基巖為中元古界長(zhǎng)城系賽拉加茲塔格巖群(ChSa)、斜長(zhǎng)二云母石英片巖、黑云母石英片巖，屬中硬巖，呈灰綠色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，片理產(chǎn)狀為NE 60°～80°NW∠30°～40°, 片理面傾岸外略傾下游。巖層中多見白色石英脈夾于片理之中，石英脈多沿片理面發(fā)育。

隨著開挖過程中地質(zhì)條件的逐步被探明，廠房邊坡巖體分層主要為砂礫石覆蓋層、鈣質(zhì)膠結(jié)礫巖體及基巖層，地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜 。

膠結(jié)體沿進(jìn)廠公路上游側(cè)至尾水出口全線分布，靠河側(cè)為直立邊坡，部分為倒懸體，膠結(jié)體長(zhǎng)度為150 m，寬度為70 m，高度為18 m。膠結(jié)體是碎屑顆?；蚧|(zhì)載體(主要指土方、砂卵礫石夾漂石層等)經(jīng)長(zhǎng)期演變共同作用形成的膠凝、板結(jié)狀整體結(jié)構(gòu)體，較堅(jiān)硬，形狀、物理特性均與巖體相近，類似混凝土膠凝骨料。同時(shí)，在膠結(jié)體層間夾泥質(zhì)粉砂巖及凝結(jié)強(qiáng)度不高的砂卵石，直接導(dǎo)致其軟硬不均，結(jié)構(gòu)成分復(fù)雜(圖1)。

圖1 膠結(jié)體性狀圖

膠結(jié)物是化學(xué)成因物質(zhì)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由晶粒大小、晶體生長(zhǎng)方式及重結(jié)晶程度等決定的。在碎屑巖中，膠結(jié)物或填隙物的分布狀況及其與碎屑顆粒的接觸關(guān)系稱為膠結(jié)類型，主要有以下幾種膠結(jié)類型：(1)基底膠結(jié)。填隙物含量較多，碎屑顆粒在其中互不接觸，呈漂浮狀；(2)孔隙膠結(jié)。碎屑顆粒構(gòu)成支架狀，顆粒之間多呈點(diǎn)狀接觸，膠結(jié)物含量少，只充填在碎屑顆粒之間的孔隙中。孔隙膠結(jié)是最常見的顆粒支撐結(jié)構(gòu)，顆粒間的膠結(jié)物為成巖期或后生期的化學(xué)沉淀產(chǎn)物；(3)接觸膠結(jié)。顆粒之間呈點(diǎn)接觸或線接觸，膠結(jié)物含量很少，分布于碎屑顆粒相互接觸的地方。接觸膠結(jié)亦為顆粒支撐結(jié)構(gòu)，膠結(jié)物可能是干旱氣候帶的砂層因毛細(xì)管作用溶液沿顆粒間的細(xì)縫流動(dòng)并沉淀形成，或者是原來的孔隙式膠結(jié)經(jīng)地下水淋濾改造而造成；(4)鑲嵌膠結(jié)。顆粒之間由點(diǎn)接觸發(fā)展為線接觸、凹凸接觸，甚至形成縫合狀接觸。鑲嵌膠結(jié)亦為顆粒支撐。在成巖期的壓固作用下，特別是當(dāng)壓溶作用明顯時(shí)，砂質(zhì)沉積物中的碎屑顆粒會(huì)更緊密地接觸從而形成鑲嵌式膠結(jié)。通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，廠房邊坡的膠結(jié)類型上述四種情況均有出現(xiàn)，正因如此，給膠結(jié)體的爆破施工帶來一定的難度。

2 膠結(jié)體爆破施工采用的方法及技術(shù)措施

2.1 開挖方式的比選及確定

(1)由于招標(biāo)文件提供的地質(zhì)資料對(duì)膠結(jié)體的描述極少，僅在天然建筑材料料場(chǎng)C1-1中有提及，礫石層中多見1～1.5 m厚的鈣質(zhì)膠結(jié)礫巖，鍬鎬挖不動(dòng)。工程前期，項(xiàng)目部采用挖掘機(jī)進(jìn)行膠結(jié)體的開挖，采用現(xiàn)代225挖掘機(jī)(斗容1 m3)，其結(jié)果開挖面僅能留下深約3 cm深的斗齒印記，后來改用PC360(斗容1.6 m3)、再后來改用日立450(斗容2 m3)挖掘機(jī)施工，均只能留下約3～4 cm深的斗齒印記，因此，用挖掘機(jī)無法直接對(duì)膠結(jié)體進(jìn)行開挖。

(2)鑒于膠結(jié)體成因復(fù)雜、多樣，膠結(jié)類型多種多樣，高低不平、膠結(jié)程度不一給施工造成了極大難度，用手風(fēng)鉆鉆孔由于孔徑小、風(fēng)壓低、碎屑多而無法將其吹出，導(dǎo)致鉆進(jìn)50 cm后即出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象；鉆的越深，卡鉆越嚴(yán)重，甚至無法拔出。用支架式潛孔鉆機(jī)遇塌鉆孔部位或無法鉆孔部位需就近重新鉆孔，由于其工作方式導(dǎo)致移動(dòng)就位困難。

(3)項(xiàng)目部經(jīng)過一系列的鉆孔試驗(yàn)，最終確定選用HC725B以及HC726A履帶式潛孔鉆機(jī)進(jìn)行膠結(jié)體的鉆孔施工，鉆孔直徑為110 mm，履帶式潛孔鉆采用13 m3移動(dòng)螺桿式空壓機(jī)供風(fēng)可勉強(qiáng)成孔。雖然采用了大孔徑、高風(fēng)壓的鉆孔方式，但同樣存在鉆孔平臺(tái)形成困難、鉆孔設(shè)備就位困難、鉆孔效率低、輔助設(shè)備損壞率高等問題。

2.2 爆破參數(shù)的確定

在確定了鉆孔方式后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行了兩次爆破試驗(yàn)。第一次爆破試驗(yàn)選定在長(zhǎng)45 m、寬21 m的區(qū)域,將該區(qū)域分為兩組進(jìn)行試驗(yàn)，梅花型布孔，爆破采用毫秒微差分段起爆的方式進(jìn)行，爆破參數(shù)見表1。

表1 第一次爆破試驗(yàn)參數(shù)表

進(jìn)行鉆孔時(shí)，由于膠結(jié)體中存在碎屑顆粒，局部存在空隙，導(dǎo)致在鉆孔過程中出現(xiàn)孔內(nèi)漏氣、碎屑顆粒大量散落包裹住鉆桿而造成鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)阻力極大甚至無法旋轉(zhuǎn)，卡鉆嚴(yán)重，需要反復(fù)用強(qiáng)風(fēng)吹孔才能勉強(qiáng)成孔，成孔后也極易塌孔，塌孔率極高，報(bào)廢孔占鉆孔總數(shù)的30%；成孔率低，鉆孔設(shè)備效率低下，孔深6 m的鉆孔時(shí)間比孔深4.5 m的鉆孔時(shí)間要多50%。

爆破后，該區(qū)域的大部分石渣都被翻起，但孔深6 m的區(qū)域產(chǎn)生了大量的塊徑超過2 m的膠結(jié)體塊體而無法裝車，需要進(jìn)行二次解?。豢咨?.5 m的區(qū)域較孔深6 m的區(qū)域爆破效果好，但同樣存在部分塊徑超過2 m的膠結(jié)體塊體。經(jīng)過二次解小，第一組的平均挖裝深度為5.8 m，第二組的平均挖裝深度為4.5 m。

通過第一次爆破試驗(yàn)可以看出：局部膠結(jié)體內(nèi)部空隙較多，因其炮孔周邊漏氣，孔內(nèi)炸藥爆炸瞬間產(chǎn)生的爆炸力損耗較大，其對(duì)膠結(jié)體作用時(shí)間較短，沖擊破碎能量聚集較小，對(duì)膠結(jié)體粉碎作用較弱，導(dǎo)致炮渣粉碎、拋渣效果不理想，最終影響挖裝效率。針對(duì)這種情況，進(jìn)行了第二次爆破試驗(yàn)。

第二次爆破試驗(yàn)選定在長(zhǎng)31m、寬21m的區(qū)域,將該區(qū)域分為兩組進(jìn)行試驗(yàn)，梅花型布孔，爆破同樣采用毫秒微差分段起爆的方式進(jìn)行，爆破參數(shù)見表2，裝藥情況見圖2。

進(jìn)行鉆孔的過程中，同樣存在鉆孔困難、塌孔率高的問題，但從爆破效果看，第二次爆破試驗(yàn)相當(dāng)好，兩組的塊徑都可直接進(jìn)行裝車而不需要進(jìn)行二次解小,第一組的平均挖裝深度為3.1 m,第二組的平均挖裝深度為1.7 m。經(jīng)過比較，第二組的孔深較淺，鉆機(jī)移動(dòng)頻繁，而且孔深過淺會(huì)增加導(dǎo)爆索及雷管的使用量，使成本增加。另外，爆破區(qū)域與3#永久貝雷橋最近距離只有30 m，需要盡量控制飛石的產(chǎn)生及爆破震動(dòng)。綜合以上因素、最終確定的廠房膠結(jié)體爆破參數(shù)見表3。開挖過程中視膠結(jié)體的膠結(jié)情況進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，調(diào)整爆破參數(shù)后取得的爆破效果見圖3。

通過對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)爆破效果(圖3)可以看出，爆破后的膠結(jié)體塊徑合適，可以直接裝車而不需要進(jìn)行二次解小，平均挖裝深度能夠達(dá)到3.2 m，達(dá)到了預(yù)期的效果。

表2 第二次爆破試驗(yàn)參數(shù)表

表3 爆破試驗(yàn)參數(shù)表

圖2 現(xiàn)場(chǎng)膠結(jié)體裝藥圖

圖3 調(diào)整爆破參數(shù)后爆破效果圖

2.3 集渣及出渣

爆破作業(yè)完成后，采用SD22推土機(jī)集渣并形成出渣作業(yè)平臺(tái)，日立ZX450H挖掘機(jī)在出渣作業(yè)平臺(tái)處挖渣、裝25 t自卸車運(yùn)至渣場(chǎng)。

對(duì)于爆破后無法裝車的大塊徑膠結(jié)體，采用帶液壓錘頭的PC320挖掘機(jī)進(jìn)行二次解小處理。

2.4 邊坡坡面的處理

邊坡坡面的處理按照以下兩種方式進(jìn)行：

(1)弱膠結(jié)邊坡：弱膠結(jié)邊坡采用日立ZX450H挖掘機(jī)直接修坡成型。

(2)強(qiáng)膠結(jié)邊坡：強(qiáng)膠結(jié)邊坡采用帶液壓錘頭的PC320挖掘機(jī)進(jìn)行坡面修整，然后人工配合現(xiàn)代225挖掘機(jī)進(jìn)行坡面清理成型。

3 質(zhì)量、安全保障措施

(1)開挖前，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員及測(cè)量人員熟悉施工圖紙，測(cè)量人員復(fù)核控制點(diǎn)基本數(shù)據(jù)，無誤后再進(jìn)行準(zhǔn)確的施工放線，技術(shù)人員嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行開挖，防止欠挖，控制超挖，使開挖斷面符合設(shè)計(jì)要求。

(2)施工過程中，派專職安全員隨時(shí)關(guān)注邊坡穩(wěn)定情況，對(duì)于開挖面上的危石碎塊及可能塌落的松動(dòng)巖塊人工清撬處理，處理人員必須系好安全繩，作好相關(guān)安全工作。

(3)開挖施工時(shí)設(shè)安全員進(jìn)行安全看守，阻止與施工無關(guān)的人員進(jìn)入施工區(qū)域。

(4)嚴(yán)格遵守爆破作業(yè)規(guī)程，統(tǒng)一警報(bào)，統(tǒng)一信號(hào)，統(tǒng)一標(biāo)志牌，劃定專門的避炮區(qū)域，布置警戒，專人負(fù)責(zé)攔截人員及車輛。

(5)爆破施工時(shí)，嚴(yán)格控制裝藥量，盡量減少對(duì)3#橋的爆破震動(dòng)與破壞。同時(shí)，在3#橋橋面鋪設(shè)柔性草墊，在貝雷片頂部及側(cè)面鋪設(shè)廢舊鋼絲輪胎，在輪胎面層鋪設(shè)竹跳板并用鐵絲固定，以進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)3#橋的防護(hù)。

4 結(jié) 語

膠結(jié)體的爆破施工方式不同于普通的土方及石方施工，由于膠結(jié)體特殊的地質(zhì)成因造成其特殊的施工方式。達(dá)克曲克水電站廠房邊坡在進(jìn)行膠結(jié)體爆破施工過程中積極探索，確定了采用高風(fēng)壓、大孔徑的履帶式潛孔鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔、采用淺孔松動(dòng)爆破的方式進(jìn)行施工，并針對(duì)其膠結(jié)體性狀確定了具體的爆破參數(shù)，對(duì)類似工程施工有一定的借鑒意義。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2016-08-15

TV7;TV52

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1001-2184(2016)05-0057-04

曾 金(1984-)，男，四川成都人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作；

郭紅利(1991-)，男，四川成都人，助理工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.