安谷水電站尾水渠極軟紅砂巖長(zhǎng)緩坡開挖施工

孔云洲，曹 輝

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，成都，610023)

安谷水電站尾水渠極軟紅砂巖長(zhǎng)緩坡開挖施工

孔云洲，曹 輝

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，成都，610023)

安谷電站廠房、尾水渠下伏基巖屬大面積多層次薄層極軟巖，具有強(qiáng)度低、孔隙度大、膠結(jié)程度差、暴露后在極短時(shí)間內(nèi)易風(fēng)化、遇水易泥化等特點(diǎn)，在長(zhǎng)緩邊坡成型施工過程中易造成開挖邊坡成型質(zhì)量差、超挖嚴(yán)重、邊坡清理工程量大，施工成本高。經(jīng)過對(duì)施工參數(shù)的調(diào)整優(yōu)化，選擇合理的施工工法及施工機(jī)械，優(yōu)化爆破參數(shù)，達(dá)到高質(zhì)量快速施工目的。

尾水渠 極軟紅砂巖 長(zhǎng)緩坡 預(yù)裂爆破 機(jī)械開挖 施工技術(shù) 安谷水電站

1 概述

根據(jù)地質(zhì)資料顯示，安谷水電站廠房基坑、尾水反坡段下伏基巖頂面高程357.98m～367.67m，為K1j②中厚層夾薄層狀砂巖及泥巖薄層，巖體無強(qiáng)風(fēng)化，弱風(fēng)化帶厚10m～12m。新鮮巖體飽和抗壓強(qiáng)度12.7MPa，為軟巖。在高程337.0m～347.0m以下為K1j①薄層狀砂巖夾中厚層砂巖及泥巖薄層，強(qiáng)度較低，飽和抗壓強(qiáng)度為4.2MPa，屬極軟巖，完整性差，為廠基地基持力層。尾水渠道沿線地層大多為第四系沖積(Q42al、Q41al)，巖性為卵礫石夾砂、砂壤土等，覆蓋層下伏基巖為白堊系下統(tǒng)夾關(guān)組(K1j)中厚層～薄層砂巖夾泥巖薄層。無強(qiáng)風(fēng)化，弱風(fēng)化帶厚5m～11m。因巖石強(qiáng)度低，層理、節(jié)理發(fā)育，尾水反坡段坡比為1∶4，襯砌厚度為70cm，尾水渠巖石邊坡坡比為1∶1.6，襯砌厚度為15cm。施工時(shí)，如何得到穩(wěn)定、整齊美觀的邊坡，減少超欠挖，對(duì)提升施工形象、節(jié)約施工成本具有重要意義。

2 長(zhǎng)緩坡預(yù)裂爆破造孔施工技術(shù)

預(yù)裂爆破實(shí)踐表明，預(yù)裂面壁面的超欠挖和平整度主要取決于鉆孔精度。預(yù)裂孔的偏差直接關(guān)系到邊坡面的超欠挖，安谷水電站尾水坡坡面比為1∶1.6，與地面水平夾角為32°，最大坡長(zhǎng)18m。因造孔傾角過大，超過了常規(guī)自行式造孔設(shè)備最大調(diào)整角度。對(duì)于非自行式造孔設(shè)備，因上部覆蓋層為軟弱砂卵石，鉆機(jī)固定難度大，孔斜控制難度也較大。長(zhǎng)緩坡造孔質(zhì)量控制成為預(yù)裂爆破效果好壞的關(guān)鍵。

常用于預(yù)裂孔造孔機(jī)械有YT28手風(fēng)鉆、ZQJ100B潛孔鉆、CM351高風(fēng)壓鉆機(jī)。

YT28手風(fēng)鉆輕巧簡(jiǎn)便，適應(yīng)能力強(qiáng)、耗風(fēng)量小，但在大面積緩坡預(yù)裂施工中施工進(jìn)度慢、鉆孔角度控制難度大，人力資源需求大。

ZQJ100B潛孔鉆較之手風(fēng)鉆，效率高、鉆孔角度控制質(zhì)量高，但在大面積緩坡預(yù)裂中，移設(shè)工作量大，對(duì)于巖層邊坡上部與砂卵石在同一坡面上時(shí)，進(jìn)行邊坡預(yù)裂造孔，支架固定難度大，造孔質(zhì)量難以保證。

CM351高風(fēng)壓鉆機(jī)施工效率高、鉆孔方向易控制，但供風(fēng)量大。

長(zhǎng)緩坡預(yù)裂孔控制重點(diǎn)在于自行式鉆機(jī)鉆桿傾角控制、鉆機(jī)穩(wěn)定控制。本工程尾水渠部位漸變段邊坡預(yù)裂造孔預(yù)先采用CM351高風(fēng)壓鉆機(jī)，在坡比由1∶1漸變至1∶1.6施工過程中，由于滑軌傾斜水平夾角越來越小，滑軌油缸傾斜度已不能滿足要求。鉆機(jī)重心偏移后，地勢(shì)起伏部位，出現(xiàn)鉆機(jī)整體傾斜，不能滿足造孔質(zhì)量控制要求。若采用非自行式鉆機(jī)，設(shè)備及人員投入量大，同時(shí)還需清除上部軟弱砂卵石覆蓋層，造成砂卵石邊坡大量超挖。

經(jīng)過生產(chǎn)試驗(yàn)確定，選用QYDZ-165-1型露天液壓潛孔鉆機(jī)造孔，依托于機(jī)身自重及回轉(zhuǎn)扭矩，保證造孔穩(wěn)定。該鉆機(jī)適用鑿巖硬度6～20 ，鉆孔直徑90mm～203mm，鑿孔垂直孔深60m，鑿孔水平孔深70m，行走速度2.2km/h～3km/h，爬坡能力30°，滑架行程4500mm，離地間隙254mm。

鉆機(jī)自身滑架擺角設(shè)計(jì)為左50°/右35°，尚不能滿足坡比設(shè)計(jì)要求，經(jīng)與廠家技術(shù)人員共同研究后，對(duì)滑架油缸進(jìn)行改進(jìn)，增加油缸行程，調(diào)整滑架擺角范圍。

3 長(zhǎng)緩坡預(yù)裂爆破設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)裂孔孔距a確定

取經(jīng)驗(yàn)公式a=(7～12)D

其中，a為炮孔孔距(mm)；D為鉆頭直徑(mm)。

預(yù)裂采用QYDZ-165-1型露天液壓潛孔鉆機(jī)造孔，鉆頭直徑以90mm造孔，故a=(630～1080)mm。巖體預(yù)裂面無強(qiáng)風(fēng)化，考慮巖體軟弱夾層，強(qiáng)度較弱，故弱風(fēng)化巖石取小值800mm，微、新巖石取大值1000mm。

3.2 線裝藥密度Qx確定

基坑巖體主要為砂巖，根據(jù)生產(chǎn)性試驗(yàn)結(jié)果，預(yù)裂線裝藥密度Qx取300g/m～350g/m進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.3 裝藥結(jié)構(gòu)

底部0.4m～0.6m加強(qiáng)裝藥2～3倍，炮孔頂部1m～2m線裝藥密度適當(dāng)減小，孔口段用炮泥、沙子或巖粉堵塞1.0mm～1.5mm。

3.4 單響藥量

預(yù)裂孔最大單響藥量應(yīng)通過試驗(yàn)確定，當(dāng)爆破震動(dòng)超過規(guī)定時(shí)，根據(jù)預(yù)裂部位的具體情況進(jìn)行串聯(lián)分段起爆，降低單響藥量。

3.5 預(yù)裂爆破工藝

3.5.1 鉆孔。清除鉆孔孔口部位的浮碴和積水，嚴(yán)格按所布孔位造孔。開鉆時(shí)應(yīng)徐徐加壓，鉆進(jìn)30cm后，對(duì)鉆桿傾角進(jìn)行校核并在鉆進(jìn)過程中保持不變。

3.5.2 鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。鉆孔傾角誤差不大于1.5°，孔位偏差不大于5cm。

3.5.3 裝藥結(jié)構(gòu)與裝藥。預(yù)裂孔采用間隔裝藥的結(jié)構(gòu)形式，用導(dǎo)爆索起爆；裝藥時(shí)將φ32mm標(biāo)準(zhǔn)藥卷與導(dǎo)爆索一起間隔綁在一根竹片上，形成所需長(zhǎng)度的藥串。

3.5.4 炮孔堵塞。預(yù)裂孔留1.0m～1.5m不裝藥,用炮泥、沙子或巖粉堵塞。若孔內(nèi)無水時(shí)，孔口用巖粉堵塞，不用搗實(shí)，讓孔內(nèi)的能量適當(dāng)釋放一部分，以控制近孔口藥包爆炸時(shí)不致產(chǎn)生爆破漏斗。若孔內(nèi)有水時(shí)，先用風(fēng)管將孔內(nèi)水吹出再裝藥，孔口用炮泥堵塞密實(shí)，防止預(yù)裂孔內(nèi)出現(xiàn)水藕合現(xiàn)象。

4 極軟巖長(zhǎng)緩坡機(jī)械開挖施工技術(shù)

安谷水電站采用低水頭、長(zhǎng)尾水渠的布置方式，而河谷平原地帶人口密集，特別是尾水渠延線，沿河布置有安置點(diǎn)、交通橋梁等。如羅安大橋橫跨尾水渠，樁基置于弱風(fēng)化巖。基礎(chǔ)石方開挖中，傳統(tǒng)機(jī)械開挖能力有限，且施工進(jìn)度難以保證，而采用爆破開挖方式，受建筑物及構(gòu)筑物影響，爆破開挖方式受到極大限制，需對(duì)開挖施工方案進(jìn)行優(yōu)化。

4.1 巖體抗壓試驗(yàn)

對(duì)極軟紅砂巖樣品進(jìn)行物理性能試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。

表1 極軟紅砂巖物抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果

通過抗壓試驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，樣品抗壓強(qiáng)度5.5MPa～12.4MPa，整體強(qiáng)度偏低，樣品在浸泡24h后，平均抗壓強(qiáng)度偏低2MPa。試驗(yàn)證明，紅砂巖具有遇水軟化的特性。

4.2 巖體聲波檢測(cè)

巖石開挖過程中，借助于基礎(chǔ)處理，采用岳陽(yáng)奧成科技生產(chǎn)HX-SY02B數(shù)字聲波儀在儲(chǔ)門槽部位進(jìn)行聲波檢測(cè)。聲波檢測(cè)測(cè)孔見圖1所示，試驗(yàn)成果統(tǒng)計(jì)見表2。

圖1 聲波檢測(cè)測(cè)孔示意

表2 儲(chǔ)門槽壩段基礎(chǔ)聲波測(cè)試成果統(tǒng)計(jì)

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，聲波最大值的平均值為3.71km/s，最小值的平均值為2.66km/s，平均值的平均值為3.26km/s。整體波速小于4.00km/s，密實(shí)度較小，聲波值級(jí)差較大，裂隙或軟弱層發(fā)育。

4.3 機(jī)械松土開挖施工方法

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及地質(zhì)資料成果分析，巖石強(qiáng)度低，裂隙發(fā)育，整體性差，遇水后巖石易軟化、泥化。根據(jù)以上巖體特點(diǎn)，提出大面積極軟巖機(jī)械松土作業(yè)法。

4.3.1 松土機(jī)械選擇

按極軟巖不同強(qiáng)度、不同區(qū)域劃分，結(jié)合基礎(chǔ)面開挖施工方法，選用推土機(jī)松土器和挖掘機(jī)松土器(加改挖掘機(jī)小臂)。推土機(jī)松土器應(yīng)用于大面松土、集渣，如尾水渠底板部位；挖掘機(jī)松土器應(yīng)用于邊坡或邊角處理。本工程推土機(jī)選用CATD11R重型推土機(jī)，挖掘機(jī)松土器選用1.8m3斗容改裝，并加改挖掘機(jī)小臂。

4.3.2 作業(yè)方法

選用大馬力推土機(jī)，先利用尾部單齒松土器把軟石破碎鉤松，表層翻松后，再用推土機(jī)進(jìn)行搬運(yùn)集堆，然后再用挖掘機(jī)或裝載機(jī)配合自卸汽車運(yùn)輸，形成松土→集堆→外運(yùn)的機(jī)械循環(huán)作業(yè)。松土?xí)r松土方向順著巖石的下坡方向，間隔1.0m～1.5m。

選用挖掘機(jī)松土器，先利用單齒松土器把軟石破碎鉤松，表層翻松后，由液壓反鏟進(jìn)行收集清理并裝車，由自卸汽車運(yùn)輸，形成松土器松土→反鏟清理挖裝→自卸汽外運(yùn)的機(jī)械循環(huán)作業(yè)。

4.3.3 施工效率及適用范圍

經(jīng)工程實(shí)踐，選用CATD11R重型推土機(jī)，單層開挖深度為70cm～80cm，小時(shí)開挖量約500m3～600m3。遇雨水天氣時(shí)，受機(jī)械自重及行走影響，開挖料泥化嚴(yán)重，作業(yè)效率降低，不適宜強(qiáng)降雨天及滲水嚴(yán)重處作業(yè)。

選用挖掘機(jī)松土器，單層開挖深度為30cm～50cm，小時(shí)開挖量約為200m3～300m3，適用于緩坡開挖及邊角處理，因其不具備集渣功能，需由反鏟配合。

4.3.4 作業(yè)配套措施

選用大馬力推土機(jī)，因破碎率高、塊徑小，受機(jī)械行走影響及滲水，開挖渣料極易泥化，加大了裝運(yùn)難度。為保證施工進(jìn)度及文明施工形象，自卸汽車密封性要好，并加強(qiáng)道路維護(hù)力度。

經(jīng)工程實(shí)踐，機(jī)械松土作業(yè)法適用于大面積多層次低強(qiáng)薄層狀極軟巖快速開挖施工，開挖質(zhì)量高，超欠挖宜控制，作業(yè)效率高。

5 結(jié)語(yǔ)

安谷水電站廠房、尾水渠下伏基巖屬大面積多層次薄層狀極軟巖，采用長(zhǎng)緩坡開挖施工技術(shù)，取得了在類似地質(zhì)條件下的施工經(jīng)驗(yàn)，形成了自己較為成熟的施工工法，對(duì)類似工程具有較好的借鑒作用。

孔云州(1987.5-)，男，湖北宜都人，本科，助理工程師；

曹 輝(1969.4-)，男，四川仁壽人，本科，高級(jí)工程師。

TV732.8：TV

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