云南某水電站左壩肩及護(hù)坦基礎(chǔ)開挖技術(shù)研究

陳進(jìn)華，林 華

（云南省滇中引水工程建設(shè)管理局，云南昆明 650051）

0 引言

建設(shè)水電站工程，所涉及的施工內(nèi)容多，規(guī)模相對(duì)較大，整體的工期較長，施工難度也相對(duì)較高，因此，需要在施工的初期就對(duì)水電站建設(shè)的各方面技術(shù)進(jìn)行非常嚴(yán)格的把控。水電站整體工程質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到人民的財(cái)產(chǎn)安全，對(duì)社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生非常深遠(yuǎn)的影響。左壩肩及護(hù)坦作為水電站基礎(chǔ)施工中最重要的一個(gè)部分，按照挖掘技術(shù)的不同，會(huì)有不同的標(biāo)準(zhǔn)及不同的分類方式。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)開挖施工技術(shù)，挖掘時(shí)間長，容易產(chǎn)生裂縫及坍塌的現(xiàn)象，且無法適用在凍土區(qū)域，會(huì)導(dǎo)致水電站在建成之后出現(xiàn)變形甚至坍塌的情況?？梢?，成熟的基礎(chǔ)開挖技術(shù)在建設(shè)水電站的初期階段非常重要[1]。所以，此次以傳統(tǒng)基礎(chǔ)開挖技術(shù)作為參考，研究適合水電站左壩肩及護(hù)坦的全新基礎(chǔ)開挖技術(shù)。

1 工程概況

云南某水電站工程地下廠房的區(qū)域主要位于河道口上游2 km 處的山體內(nèi)部。地下廠房區(qū)域的山體相對(duì)比較雄厚，地形較完整，僅在河流上游和下游存在發(fā)育完整的小沖溝，自然形成的山體坡度相對(duì)比較穩(wěn)定。地下廠房區(qū)域的巖石特性主要以眼球形狀、花崗巖材質(zhì)、麻巖中帶有少量白鋼巖的黑云混合片，且處于公路以下區(qū)域的陡坡上，巖石基本上多處于裸露的狀態(tài)。地下主廠房與副廠房掩埋的深度在200 m 左右，四周的巖壁均為新鮮的巖體，基本沒有裂縫。廠房的頂拱有一處Ⅲ級(jí)的斷層結(jié)構(gòu)面，內(nèi)部的斷層角相對(duì)比較陡峭，掩埋深度的位置相對(duì)較大，內(nèi)部斷層的規(guī)模相對(duì)較小。洞室四周巖壁的節(jié)理表面相對(duì)較平且粗糙，巖石的結(jié)構(gòu)以塊狀構(gòu)造為主，屬于Ⅰ級(jí)巖石[2]。

該水電站為日調(diào)節(jié)的水庫，蓄水水位高度為1 800 m，水庫總庫容為400萬m3。左壩肩主要位于覆蓋層的上方，由早期泥石流沖擊的石塊組合而成，其結(jié)構(gòu)相對(duì)比較緊實(shí)，膠結(jié)較好。高度在1 800 m以上區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)巖石的岸坡，坡度約為40°，且自然形成的岸坡整體穩(wěn)定性較好，高度在1 850 m 以上的左閘肩存在一處羊踏斷層，該斷層的寬度約10 m，內(nèi)部存在壓碎巖、角礫巖等。整體的斷層區(qū)域會(huì)影響巖石自身裂縫的發(fā)育，受裂隙切割及風(fēng)化程度的影響，巖石自身的完整性較差，局部可能還會(huì)形成一些不穩(wěn)定的塊體，在進(jìn)行邊坡開挖時(shí)，需要對(duì)其采取一定的處理措施[3]。

2 左壩肩及護(hù)坦基礎(chǔ)開挖技術(shù)

2.1 基礎(chǔ)開挖施工及分層

從現(xiàn)有及新修的道路到水電站邊坡的頂部后，再進(jìn)入施工現(xiàn)場，需要嚴(yán)格地按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行開挖邊線及控制點(diǎn)的設(shè)置與施工。在開挖前，按照設(shè)計(jì)要求對(duì)邊線之外的碎石及松動(dòng)的巖石進(jìn)行清除處理[4]，且需要在1 850 m 高度的位置進(jìn)行分層處理，利用淺孔臺(tái)階微差爆破進(jìn)行開挖，將每一個(gè)分層區(qū)域的厚度控制在5 m 左右，當(dāng)挖掘到設(shè)計(jì)邊線附近時(shí)，需沿著邊線利用光面法進(jìn)行爆破。具體開挖技術(shù)的施工流程：施工準(zhǔn)備→測量與管線鋪設(shè)→道路施工→開挖作業(yè)→鉆孔/覆蓋層挖掘→爆破→清理殘?jiān)??；A(chǔ)開挖施工程序：先按照自上而下的順序進(jìn)行道路施工及岸坡截水溝的挖掘，清理覆蓋層表面的植物，再按照先土方再石方的順序開挖。隨著挖掘高度的下降，還需要對(duì)周圍的邊坡進(jìn)行支護(hù)，保證再往下挖掘時(shí)的安全[5]。

在進(jìn)行分層處理時(shí)，根據(jù)基礎(chǔ)開挖設(shè)備的性能及相關(guān)原則，在開挖小于5 m 的原則上進(jìn)行分層處理。左邊岸高度在1 750 m 以上的坎肩處進(jìn)行開挖，在1 750～1 850 m 高度范圍內(nèi)每5 m 進(jìn)行分層處理，每層的邊坡按照高度及坡比進(jìn)行二次預(yù)裂，每次預(yù)裂的孔洞長度不能超過5 m。巖石材質(zhì)的上面需要保留2 m 左右的保護(hù)層，并使用光面法進(jìn)行爆破[6]。

2.2 設(shè)計(jì)鉆孔爆破

火工材料主要指在進(jìn)行工程施工過程中，所使用的炸藥、雷管及導(dǎo)爆材料等。在進(jìn)行左坎肩及護(hù)坦的開挖過程中所使用的炸藥，通常是較常見的乳化藥卷。在進(jìn)行爆破前，需要對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，在主要爆破的孔位使用φ50的2號(hào)乳化藥卷制作的炸藥，在預(yù)裂與緩沖的孔位使用φ32 的乳化藥卷制作的炸藥。進(jìn)行裝藥的過程中，主要爆破的孔位需要連續(xù)裝藥，而預(yù)裂與緩沖的孔位則需要使用不耦合的間斷方式裝藥，且使用竹片進(jìn)行捆扎[7]。對(duì)道路保護(hù)層進(jìn)行開挖之前，需保證邊坡預(yù)裂施工結(jié)束后，把主要爆孔的最大藥量控制在5.0 kg 之內(nèi)，使用非電的起爆網(wǎng)絡(luò)，且利用導(dǎo)爆管分段進(jìn)行。設(shè)置的具體爆破參數(shù)如表1 所示。

表1 典型爆破參數(shù)設(shè)計(jì)表

為達(dá)到減震及減少殘?jiān)笮〉囊?，在?duì)左壩肩及護(hù)坦進(jìn)行開挖的過程中，主要采用方式是延時(shí)的爆破網(wǎng)絡(luò)。周邊的預(yù)裂孔位及主要爆破孔位使用不同等級(jí)的導(dǎo)爆雷管進(jìn)行引爆，孔洞內(nèi)部使用高等級(jí)的導(dǎo)爆雷管進(jìn)行引爆，兩個(gè)孔洞之間則使用低等級(jí)的導(dǎo)爆雷管進(jìn)行串聯(lián)方式的引爆[8]。

2.3 邊坡支護(hù)技術(shù)

邊坡支護(hù)技術(shù)主要是爆破結(jié)束之后，為保證接下來的開采更加穩(wěn)定安全，主動(dòng)改變周圍巖壁產(chǎn)生的力度及土地力學(xué)產(chǎn)生的性能，讓挖掘過程中所產(chǎn)生的力可以按照事先預(yù)計(jì)的去發(fā)展，盡量做到不影響周圍其他環(huán)境和土壤，避免坎肩及護(hù)坦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變形或者是碎裂的狀況，減少二次支護(hù)產(chǎn)生的額外費(fèi)用[9]。在確保整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，采用構(gòu)架式結(jié)構(gòu)、三軸攪拌樁和隔離墻3 種主動(dòng)預(yù)支護(hù)技術(shù)。在實(shí)施邊坡支護(hù)技術(shù)前，必須先對(duì)邊坡面上方松動(dòng)的石塊加以處理，同時(shí)，為提高邊坡工程的安全性，支護(hù)技術(shù)也必須和施工技術(shù)同步進(jìn)行，即對(duì)每一級(jí)進(jìn)行施工后，要及時(shí)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)施工。邊坡支護(hù)技術(shù)主要涉及掛網(wǎng)噴混凝土、水泥錨桿、排水通道等。掛網(wǎng)操作必須通過人力來完成，混凝土的噴灑必須通過型號(hào)為JET-100 的噴射泵完成，錨索必須通過手風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)來完成造孔，造孔完成后對(duì)錨桿進(jìn)行安插[10]。

3 應(yīng)用與分析

為了測試此次提出的基礎(chǔ)開挖技術(shù)是否可以有效地對(duì)水電站左坎肩及護(hù)坦進(jìn)行更好的挖掘與加固，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上構(gòu)建模擬水電站的左坎肩與護(hù)坦，分別使用傳統(tǒng)和全新兩種不同的開挖技術(shù)進(jìn)行施工，從而找出更加穩(wěn)定的施工技術(shù)。為使測試的結(jié)果變得更加準(zhǔn)確且有效，需要使用兩種不同技術(shù)分別進(jìn)行10 次對(duì)比實(shí)驗(yàn)，具體對(duì)比結(jié)果如表2 所示。

表2 左坎肩與護(hù)坦水平位移對(duì)比結(jié)果

由表2 可以明顯看出，使用傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)開挖時(shí)，左坎肩與護(hù)坦發(fā)生水平位移的平均值為6.43 mm，而使用全新技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)開挖時(shí)，左坎肩與護(hù)坦發(fā)生水平位移的平均值為4.00 mm。全新開挖技術(shù)可以有效改善左坎肩與護(hù)坦發(fā)生水平位移的情況。為了進(jìn)一步證明測試結(jié)果，在進(jìn)行了水平位移測試后，還需要對(duì)不同挖掘深度下開挖的平整度再次測試，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 不同開挖技術(shù)平整度對(duì)比結(jié)果

由圖1 可以看出，使用傳統(tǒng)技術(shù)和全新技術(shù)進(jìn)行基礎(chǔ)開挖的過程中，當(dāng)挖掘深度為100 m 時(shí)，左坎肩與護(hù)坦開挖平整度分別為50和15 cm。根據(jù)有關(guān)規(guī)定，基礎(chǔ)開挖的平整度需要始終維持在20 cm以下，由此可以看出，全新技術(shù)可以完成相關(guān)的施工規(guī)定，具有可行性，在實(shí)際應(yīng)用方面更具有優(yōu)越性和應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語

此次在分析傳統(tǒng)的左坎肩及護(hù)坦基礎(chǔ)開挖技術(shù)存在的問題基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地解決了施工及質(zhì)量控制的問題，為后續(xù)其他建筑工程或其他位置建設(shè)提供了解決問題的依據(jù)。但此次提供的方法在某些程度上還不夠全面，今后還可以通過對(duì)混凝土進(jìn)行溫度控制，配比出更加合適的施工材料，使水電站在建設(shè)完成后變得更加穩(wěn)定與安全。