石門(mén)河水庫(kù)大壩土石方開(kāi)挖技術(shù)研究

郭金喜

（甘肅水利工程地質(zhì)建設(shè)有限責(zé)任公司，730000，蘭州）

石門(mén)河水庫(kù)大壩土石方開(kāi)挖技術(shù)研究

郭金喜

（甘肅水利工程地質(zhì)建設(shè)有限責(zé)任公司，730000，蘭州）

土石方開(kāi)挖是水庫(kù)大壩施工的難點(diǎn)之一，通過(guò)對(duì)石門(mén)河水庫(kù)大壩工程土石方開(kāi)挖技術(shù)進(jìn)行研究，重點(diǎn)分析了施工導(dǎo)流控制、施工工序、施工方法以及施工質(zhì)量控制技術(shù)的應(yīng)用，并總結(jié)了該土石方開(kāi)挖技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，認(rèn)為該項(xiàng)技術(shù)較好地解決了水庫(kù)大壩土石方開(kāi)挖存在的缺陷及局限性，可為同類大壩施工提供經(jīng)驗(yàn)和參考。

大壩；土方石開(kāi)挖；施工導(dǎo)流控制；施工方法；施工質(zhì)量控制；石門(mén)河水庫(kù)

Abstract:Earth-rock excavation is one of the difficulties for dam construction.Studies have been made on the technology that applied during the construction of Shimenhe Reservoir.The focuses are placed on evaluation of diversion control,construction procedure and method as well as technologies for quality control.Advantages of earth-rock excavation technology are summarized since it may overcome defects and limitation existed in earth and rock excavation of reservoir dam.This approach can provide good experiences to the similar dam projects.

Key words:dam;earth-rock excavation;construction diversion control;construction method;construction quality control;Shimenhe Reservoir

一、工程概況

石門(mén)河引水工程位于金強(qiáng)河右岸支流石門(mén)河上，距離甘肅省天?？h城約32 km。樞紐擋水建筑物為自密實(shí)堆石混凝土重力壩，總庫(kù)容538萬(wàn)m3，正常蓄水位2 896.90 m，設(shè)計(jì)洪水位2 897.21 m，校核洪水位2 898.97 m，壩頂高程2 899.10 m。壩基含漂石砂卵礫石覆蓋層深6～7 m，下伏巖石為凝灰?guī)r，大壩建基在基巖弱分化層中、上限，壩頂長(zhǎng)122.43 m。在壩身右側(cè)壩段設(shè)一泄洪沖沙中孔，在中孔的上游設(shè)平板檢修閘門(mén)，出口設(shè)弧形工作閘門(mén)，孔口尺寸為2 m×2 m（寬×高），采用液壓?jiǎn)㈤]機(jī)控制；正對(duì)主河床壩段設(shè)一泄洪表孔，無(wú)閘門(mén)控制。在中孔壩段壩縱向0+075.28處設(shè)置引水管，大壩泄洪消能方式為挑流消能?？紤]到河道生態(tài)基流的需要，在供水管道樁號(hào)0+067處引接生態(tài)放水管，設(shè)計(jì)流量0.087 m3/s，管道直徑DN200，管道布設(shè)檢修閥和減壓閥，將水引入河道。

石門(mén)河水庫(kù)施工采用河床分期導(dǎo)流方式。樞紐導(dǎo)流建筑物級(jí)別為5級(jí)，相應(yīng)導(dǎo)流標(biāo)準(zhǔn)為5年一遇洪水重現(xiàn)期，全年導(dǎo)流流量為17.7 m3/s；施工期壩體攔洪度汛標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇，相應(yīng)最大洪峰流量38.9 m3/s。

二、施工導(dǎo)流控制

1. 導(dǎo)流方式

大壩工程分兩期施工，一期施工中孔壩段和右岸擋水壩段達(dá)到2 864.0 m高程，導(dǎo)流由左側(cè)河道過(guò)水。二—1期施工溢流壩段和左岸擋水壩段導(dǎo)流由已完成的導(dǎo)流底孔承擔(dān)。二—2期施工壩段達(dá)到2 872.5 m高程后，埋設(shè)在壩段的導(dǎo)流鋼管過(guò)水，全壩段同時(shí)上升施工。二—2期汛期導(dǎo)流則利用已澆筑至2 875.0 m高程的壩體擋水。

2. 導(dǎo)流過(guò)程

①2013年7月1日至2014年4月8日完成一期導(dǎo)流，左側(cè)河道過(guò)水，一期基坑開(kāi)挖，右壩段、中孔壩段澆筑至2 863 m高程，導(dǎo)流底孔及上游導(dǎo)流明渠、下游導(dǎo)流鋼管架設(shè)完工。

②2014年4月8日至2014年10月15日，二—1期導(dǎo)流底孔導(dǎo)流，完成二期基坑開(kāi)挖，溢流壩段、左擋水壩段澆筑至2 872.0 m高程；

③2015年4月10日至今，二—2期導(dǎo)流，即左岸導(dǎo)流鋼管導(dǎo)流，全壩段填筑至壩頂高程。

二期圍堰施工時(shí)，開(kāi)挖方式同一期圍堰。

三、施工工序

一期圍堰施工時(shí)先從右岸中孔壩段和擋水壩兩邊自高到低進(jìn)行開(kāi)挖，為了便于裝運(yùn)岸坡石渣，從下游河床修建的施工道路運(yùn)到業(yè)主指定棄渣場(chǎng)，待岸坡開(kāi)挖至高程為2 850.55 m時(shí)，迅速進(jìn)行壩基開(kāi)挖。巖石開(kāi)挖劃分兩個(gè)工作面，每個(gè)工作面再分成鉆孔、爆破、裝渣3個(gè)作業(yè)區(qū)。巖石邊坡噴錨支護(hù)，與邊坡石方開(kāi)挖穿插進(jìn)行，這樣既可以利用堆渣作為工作場(chǎng)地，同時(shí)又便于施工，還能盡早對(duì)邊坡進(jìn)行支護(hù)，避免邊坡巖石風(fēng)化，減小蠕變位移。

土石方開(kāi)挖的工藝流程如下：

①測(cè)量放線：開(kāi)挖前測(cè)量人員依據(jù)設(shè)計(jì)開(kāi)挖斷面放出開(kāi)口線；

②覆蓋層清理：岸邊坡各采用1.6 m3挖掘機(jī)從坡頂開(kāi)始向下逐層開(kāi)挖，與邊坡石方開(kāi)挖穿插進(jìn)行，另兩臺(tái)1.6 m3挖掘機(jī)在河床裝車，20 t自卸車運(yùn)至渣場(chǎng)；

③測(cè)放孔位：巖石出露后，根據(jù)開(kāi)挖圖和爆破設(shè)計(jì)的孔位進(jìn)行測(cè)放孔位，標(biāo)記每個(gè)鉆孔深度和傾角；

④鉆孔：司鉆工按施工技術(shù)員交底的鉆孔孔深和傾角進(jìn)行鉆孔，在裝藥前清理干凈孔內(nèi)的水和巖粉；

⑤裝藥：按爆破設(shè)計(jì)的單孔裝藥量進(jìn)行裝藥，實(shí)際施工中，測(cè)記每個(gè)孔的實(shí)鉆孔深，計(jì)算每孔的實(shí)際裝藥量，并填寫(xiě)孔深藥量表；

⑥連接起爆：按爆破設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)連接圖進(jìn)行連接，經(jīng)爆破負(fù)責(zé)人檢查認(rèn)可后，點(diǎn)火起爆；

⑦危石清理：由安全員負(fù)責(zé)對(duì)坡面的危石進(jìn)行清理；

⑧出渣：采用2 m3挖掘機(jī)裝渣，20 t自卸車運(yùn)輸；

⑨驗(yàn)收：經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后，轉(zhuǎn)入下一作業(yè)循環(huán)。

四、施工方法

1. 資源配置

土方開(kāi)挖機(jī)械設(shè)備配置：開(kāi)挖配備4臺(tái)挖掘機(jī)、2臺(tái)T120推土機(jī)，10輛20 t自卸汽車，以及鑿巖臺(tái)車、手風(fēng)鉆、空壓機(jī)等。

2. 邊坡開(kāi)挖

采用由高到低分層開(kāi)挖的方法組織施工，先進(jìn)行砂礫石層開(kāi)挖，石方開(kāi)挖穿插進(jìn)行，噴錨支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)，同時(shí)開(kāi)展的工作面采用1 m3挖掘機(jī)清理砂礫石，石方開(kāi)挖采用YT—28手風(fēng)鉆和鑿巖臺(tái)車分層鉆孔爆破，采用1.5 m3挖掘機(jī)裝車，20 t自卸汽車運(yùn)輸。

全強(qiáng)風(fēng)化巖采用人工配合機(jī)械撬挖，對(duì)于人工無(wú)法撬挖的危石采取小藥量火花解炮解決。

3. 石方明挖

①石方開(kāi)挖采取自上而下分層開(kāi)挖，毫秒微差梯段爆破，每茬炮爆破區(qū)周圍設(shè)施工預(yù)裂。

②開(kāi)挖邊坡坡比陡于1∶1時(shí)進(jìn)行預(yù)裂爆破，采用鑿巖臺(tái)車造孔；坡比緩于1∶1的邊坡在水平建基面預(yù)留1.5 m保護(hù)層，采用YT—28手風(fēng)鉆沿設(shè)計(jì)邊線造孔進(jìn)行光面爆破。1.5 m3挖掘機(jī)裝車，20 t自卸汽車運(yùn)輸出渣。

③保護(hù)層開(kāi)挖集中在建基面基礎(chǔ)，預(yù)留人工配合風(fēng)鎬撬挖厚度0.2～0.3 m。采用水平預(yù)裂爆破法一次爆除，保護(hù)層及溝槽開(kāi)挖鉆孔設(shè)備為YT—28手風(fēng)鉆鉆孔；挖裝設(shè)備選用1.5m3挖掘機(jī)；運(yùn)輸設(shè)備為20 t自卸汽車。

④爆破參數(shù)：梯段爆破鉆爆開(kāi)挖采用鑿巖臺(tái)車鉆孔，預(yù)裂爆破參數(shù)見(jiàn)表1，小梯段爆破參數(shù)見(jiàn)表2，保護(hù)層一次爆除法爆破參數(shù)見(jiàn)表3。

表1 預(yù)裂爆破參數(shù)表（梯段高度為4～8m）

表2 小梯段爆破參數(shù)表（梯段高度為4m）

表3 保護(hù)層一次爆除法爆破參數(shù)表

⑤土石方開(kāi)挖完畢后，基礎(chǔ)表面及邊坡面上的松動(dòng)巖石、裂隙發(fā)育部位巖石采用人工撬挖清理干凈，巖石尖角采用人工鑿成鈍角或圓弧。用高壓風(fēng)水槍將基巖面清洗干凈，并提交驗(yàn)收。

4. 平洞開(kāi)挖

①平洞開(kāi)挖采用鉆爆法開(kāi)挖：鉆孔孔位依據(jù)測(cè)量定出的中線、腰線及開(kāi)挖輪廓線確定，炮孔的孔徑、孔斜、孔深符合批準(zhǔn)的鉆爆設(shè)計(jì)要求；炮孔的孔底落在爆破圖規(guī)定的平面上，炮孔經(jīng)檢查合格后裝藥爆破。

②炮孔的裝藥、堵塞和引爆線路的連接符合監(jiān)理批準(zhǔn)的鉆爆設(shè)計(jì)要求。

③光面爆破效果要達(dá)到以下要求：殘留炮孔痕跡在開(kāi)挖輪廓面上均勻分布。光面爆破、微風(fēng)化和新鮮完整巖體炮孔痕跡保存率應(yīng)大于90%，弱風(fēng)化巖體不小于80%；預(yù)裂爆破、微風(fēng)化和新鮮完整巖體炮孔痕跡保存率應(yīng)不小于90%，弱風(fēng)化巖體不小于80%。相鄰兩茬炮之間臺(tái)階的最大外斜值小于15 cm。所有地下洞室爆破采用非電雷管。

④在進(jìn)行鉆孔、爆破和支護(hù)作業(yè)完成后，經(jīng)監(jiān)理檢查和檢驗(yàn)合格方可進(jìn)行下道工序的作業(yè)。

⑤每一循環(huán)爆破結(jié)束后，按設(shè)計(jì)或監(jiān)理要求立即展開(kāi)并盡快完成支護(hù)工作，經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格后進(jìn)行下一循環(huán)的施工。

五、施工質(zhì)量控制

①壩基輪廓為大壩基礎(chǔ)上下游各外擴(kuò)2.0 m，巖石開(kāi)挖坡度1∶0.5，左壩壩基寬38.67 m，溢流壩段壩基寬40.39 m，中孔壩段壩基寬40.39 m，右壩段壩基寬23.55m，壩基總長(zhǎng)55.38m。

②右壩段建基面高程為2 853 m；中孔壩段建基面高程為2 853 m，齒槽高程為2 851 m；溢流壩段建基面高程為2 852 m，齒槽高程為2 851 m，左壩段建基面高程為2 853 m，齒槽高程為2 851 m。

③左壩段及溢流壩段建基面基巖為奧陶系凝灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀NE20～30°NW<70°～80°,與壩軸線夾角29°～39°，強(qiáng)風(fēng)化層厚度一般為0.5～1.0 m，層理清晰，單層厚度不均，在0.3～0.7 m之間，巖性均一、堅(jiān)硬，局部裂隙發(fā)育，巖體完整性較差。

右壩段及中孔壩段基礎(chǔ)巖性為凝灰?guī)r，局部分布長(zhǎng)度不一的石英脈條帶，巖石堅(jiān)硬，強(qiáng)風(fēng)化層已清除，層理清晰，滿足建基要求。

④右岸壩坡開(kāi)挖坡度：高程2 853.00～2 868.55 m處坡度為1∶0.3，高程2868.55～2886.55m處坡度為1∶0.5，高程2 886.55～2 899.10 m處坡度為1∶0.3，左岸壩坡開(kāi)挖坡度均為1∶0.5，壩基上下游開(kāi)挖坡度均為1∶0.5。

⑤爆破開(kāi)挖后巖體基本平整，預(yù)裂孔清晰可見(jiàn)，預(yù)裂殘孔率約為50%～60%。

經(jīng)過(guò)不同部位壩基爆破聲波測(cè)試，開(kāi)挖爆破聲波降低率均小于10%，符合規(guī)范要求。

六、結(jié)語(yǔ)

目前，石門(mén)河水庫(kù)工程已全部完工，施工質(zhì)量經(jīng)各方驗(yàn)收滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，本工程無(wú)質(zhì)量缺陷，工程總體質(zhì)量合格，故本工程質(zhì)量滿足下閘蓄水要求。通過(guò)本工程施工案例分析，總結(jié)出以下優(yōu)點(diǎn)：

①開(kāi)挖過(guò)程中，巖石邊坡噴錨支護(hù)，與邊坡石方開(kāi)挖穿插進(jìn)行，這樣既可以利用堆渣作為工作場(chǎng)地，便于施工，又可以盡早對(duì)邊坡進(jìn)行支護(hù)，使邊坡巖石避免風(fēng)化，減小蠕變位移；

②在邊坡開(kāi)挖過(guò)程中，采用由高到低分層開(kāi)挖的方法組織施工，先進(jìn)行砂礫石層開(kāi)挖，石方開(kāi)挖穿插進(jìn)行，噴錨支護(hù)及時(shí)跟進(jìn)，使得施工效率得到提高；

③梯段爆破位置準(zhǔn)確，各種參數(shù)把握嚴(yán)密，提高了石方開(kāi)挖效率；

④施工質(zhì)量控制嚴(yán)格，利用壩基爆破開(kāi)挖聲波實(shí)時(shí)跟進(jìn)測(cè)試，使得監(jiān)測(cè)效率提高。

石門(mén)河水庫(kù)土石方開(kāi)挖技術(shù)可為同類大壩的施工提供經(jīng)驗(yàn)與參考?！?/p>

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Studies on earth-rock excavation technology for dam of Shimenhe Reservoir

//Guo Jinxi

TV641

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1000-1123（2017）14-0037-03

2017-05-16

郭金喜，高級(jí)工程師。

責(zé)任編輯 韋鳳年