句容抽水蓄能電站上水庫庫盆邊坡開挖施工技術(shù)分析

楊其海, 楊 俊

中國葛洲壩第二工程有限公司,四川 成都 610091

0 引言

在目前國內(nèi)施工工程中,高邊坡開挖項(xiàng)目主要集中在公路和水利水電施工工程中,其中在公路工程中,高邊坡開挖坡長一般控制在10～20 m;水利水電項(xiàng)目根據(jù)實(shí)際情況,邊坡開挖坡長可達(dá)10～100 m。實(shí)際施工中一般采用QZJ-100B潛孔鉆機(jī)造孔,利用導(dǎo)爆索和二號(hào)巖石乳化炸藥,采用不耦合裝藥進(jìn)行光面或預(yù)裂爆破,來實(shí)現(xiàn)高邊坡開挖施工。受制于潛孔鉆機(jī)性能,根據(jù)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn),一次性鉆孔深度控制在20 m范圍內(nèi),才能保證鉆孔孔位、孔斜、孔向不發(fā)生偏移。句容抽水蓄能電站上水庫庫盆邊坡長、坡度緩,如何在滿足結(jié)構(gòu)規(guī)范及施工要求的同時(shí)減少超欠挖量是需要研究的課題。

1 工程概況

江蘇句容抽水蓄能電站位于江蘇省句容市境內(nèi),為一等大(1)型工程,其主要建筑物按1級(jí)建筑物設(shè)計(jì)。電站裝機(jī)容量1 350 MW(6×225 MW),日蓄能量607.5萬kW·h,多年平均抽水電量18億kW·h。電站上水庫正常蓄水位EL267.00 m,庫容1 702.7萬m3;下水庫正常蓄水位EL81.00 m,庫容1 693.12萬m3。

根據(jù)上水庫開挖設(shè)計(jì)圖紙,環(huán)庫公路EL272.4 m高程以下為1：1.7庫盆邊坡至庫底高程,庫盆1：1.7長緩邊坡實(shí)際開挖高程為EL271.53～EL242.62 m,高差28.91 m,坡長57.02 m。庫盆長緩邊坡擬采用自上而下分臺(tái)階法爆破開挖施工。為確保庫盆邊坡施工質(zhì)量,邊線采用預(yù)裂爆破。邊坡為一坡到底,且中間無變坡(或馬道),若采用全坡一次性預(yù)裂爆破,因其坡度較緩(1：1.7)且坡長較長(57.02 m),一次性鉆孔施工難度大,鉆孔精度(孔斜、孔向)無法保證,特別是遇到地質(zhì)條件發(fā)生巖性變化時(shí),易出現(xiàn)漂孔。為確保庫盆邊坡預(yù)裂施工質(zhì)量,確定采用分臺(tái)階爆破開挖施工。在庫盆邊坡臺(tái)階開挖預(yù)裂孔施工過程中,實(shí)施技術(shù)性超欠挖(架鉆、鉆孔操作空間)是非常有必要的。

上水庫庫盆EL272.4 m環(huán)庫公路全長約為3 010 m,扣除主、副壩回填區(qū)域及進(jìn)/出水口開挖區(qū)域,庫盆邊坡開挖長度范圍約為1 874.3 m,開挖面積約為10.4萬m2。由于開挖范圍大,且超挖后在后續(xù)的庫盆面板施工過程中同樣存在超填工程量,故確定合理、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)性超欠挖方法,在滿足結(jié)構(gòu)規(guī)范要求及施工要求的同時(shí),盡可能減少超挖超填工程量,是必然要求。

2 地質(zhì)狀況

上水庫工程區(qū)域出露的地層復(fù)雜,巖石主要為白云巖。工程區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,處于侖山掀斜上升的斷塊區(qū),褶皺不發(fā)育,屬單斜地層,主要的構(gòu)造形跡以斷層和節(jié)理裂隙為主,按結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀劃分,以NW向?yàn)橹?有30條;WW向有22條;NNW向有16條;NE向有8條;NEE向有11條。

3 庫盆邊坡開挖施工技術(shù)

上水庫庫盆邊坡平面示意圖見圖1,庫盆邊坡典型剖面圖見圖2。

圖1 上水庫庫盆邊坡平面示意圖(局部)

注:高程單位為m,尺寸單位為cm。

3.1 邊坡開挖方法

庫盆邊坡預(yù)裂采用QZJ-100B潛孔鉆鉆孔,采用超欠挖施工方法須考慮以下3個(gè)方面。

1)根據(jù)QZJ-100B潛孔鉆尺寸及相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn),鉆孔樣架、鉆機(jī)固定、施鉆空間應(yīng)不小于30 cm。

2)邊坡超欠挖施工時(shí),在法線平行移動(dòng)方向上欠挖部分不能超出庫盆邊坡墊層厚度,否則將造成鈍角外露,嚴(yán)重影響邊坡質(zhì)量。

3)分臺(tái)階開挖,需要考慮單個(gè)臺(tái)階坡長,根據(jù)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn),一次性邊坡開挖坡長應(yīng)不超過20 m,否則無法保證鉆孔質(zhì)量。

綜合以上因素,庫盆邊坡開挖分3個(gè)臺(tái)階,臺(tái)階高度分別為9.5、9.91、9.5 m,對應(yīng)的坡長分別為18.74、19.55、18.74 m。施工方案按最終法線方向30 cm距離考慮(欠15 cm+超15 cm),滿足欠挖尺寸小于邊坡墊層厚度的要求;同時(shí)坡面施鉆平臺(tái)水平寬度約為60 cm,滿足鉆機(jī)架立空間需求。庫盆分層開挖示意圖見圖3,鉆機(jī)架設(shè)、固定示意圖見圖4,鉆機(jī)架設(shè)現(xiàn)場施工圖見圖5,預(yù)裂孔裝藥施工圖見圖6。

注:高程單位為m,尺寸單位為cm。

注:單位為cm。

圖5 鉆機(jī)架設(shè)現(xiàn)場施工

圖6 預(yù)裂孔裝藥施工圖

3.2 邊坡開挖方法分析

邊坡開挖采用技術(shù)性超欠挖法,采用調(diào)整施鉆角度,各開挖臺(tái)階采用欠挖與超挖平衡,形成開口欠挖15 cm,底口超挖15 cm的開挖邊坡,臺(tái)階邊坡的開挖坡比小于1：1.7。

自上而下分3個(gè)臺(tái)階開挖,臺(tái)階1按技術(shù)性超挖施工,臺(tái)階2按技術(shù)性超欠挖法施工,臺(tái)階3按技術(shù)性欠挖施工。采用此方法施工,欠挖及超挖最大法線方向尺寸為30 cm(±15 cm),臺(tái)階1超挖面積分別為1.43 m2,臺(tái)階2欠挖、超挖面積均為0.728 m2,臺(tái)階3欠挖面積為1.43 m2,庫盆邊坡總體開挖不發(fā)生超挖、超填工程量?，F(xiàn)場開挖效果見圖7。

圖7 現(xiàn)場開挖效果

技術(shù)性超欠挖法均按常規(guī)方法施工,無需特別處理,其施工進(jìn)度及施工質(zhì)量均可控。庫盆邊坡開挖后總體不出現(xiàn)超挖工程量,在后續(xù)的面板施工中亦不存在超填量,但各開挖平臺(tái)開挖后會(huì)形成臺(tái)口。因此需要主要以下事項(xiàng):開挖驗(yàn)收結(jié)構(gòu)線,按擬定的開挖線進(jìn)行驗(yàn)收評定;各臺(tái)階開挖過程中,盡可能將超欠挖平臺(tái)開挖成鈍角坡面,以利于后期的回填及面板施工;對出現(xiàn)的超欠平臺(tái)參照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行處理。其處理方式見圖8。

圖8 超欠開挖平臺(tái)處理示意圖

4 邊坡預(yù)裂孔施工方案

4.1 預(yù)裂孔施工程序

預(yù)裂孔施工程序?yàn)?測量放樣—鉆孔樣架搭設(shè)及鉆機(jī)固定—鉆孔—驗(yàn)孔—裝藥—堵塞—聯(lián)網(wǎng)—警戒—爆破—炮后檢查。

4.2 預(yù)裂孔施工質(zhì)量控制措施

4.2.1 鉆孔樣架及鉆孔控制措施

采用搭設(shè)鉆孔樣架、鉆機(jī)固定、孔位角度測量的方法來控制造孔精度。采用?48鋼管搭設(shè)鉆孔定位三角樣架,樣架由限位桿、輔助橫桿、支架鋼管、三角支架等組成。鉆架平臺(tái)與QZJ-100B潛孔鉆機(jī)之間釆用專用金屬扣件連接固定,為防止鉆孔過程中鉆機(jī)振動(dòng)過大導(dǎo)致鉆孔位置偏移,每臺(tái)鉆機(jī)與鉆架之間固定扣件不少于4個(gè)。根據(jù)放樣數(shù)據(jù)固定、調(diào)整好鉆機(jī)位置,鉆孔前校核鉆孔孔位、孔斜、孔向與測量所放孔位、孔向和開挖坡比相是否一致。確認(rèn)無誤后,根據(jù)鉆孔參數(shù)表和交底進(jìn)行鉆孔作業(yè)。

鉆孔前,作業(yè)人員根據(jù)交底卡對孔位進(jìn)行復(fù)核,確認(rèn)無誤后才能開鉆。邊坡預(yù)裂鉆孔釆用QZJ-100B潛孔鉆機(jī)造孔,孔徑90～100 mm,預(yù)裂孔直線段間距為80～120 cm,曲線段、變坡、折坡段間距為60～80 cm。具體情況根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)等條件進(jìn)行適時(shí)調(diào)整。其中,鉆孔檢測尤為重要,主要分為鉆前檢測和鉆中復(fù)測。

1)鉆前檢測。根據(jù)設(shè)計(jì)要求及放樣數(shù)據(jù)確定好鉆孔孔位、孔斜和孔向3個(gè)要素,根據(jù)這3個(gè)要素調(diào)整固定好鉆機(jī)位置、高度、角度,直至滿足鉆孔精度要求。

2)鉆中復(fù)測。在開孔進(jìn)尺到3 cm和10 cm過程中,應(yīng)以小于鉆孔正常壓力進(jìn)行試鉆,檢查鉆機(jī)和鉆架的緊固扣件是否有松動(dòng),并復(fù)測孔位、孔斜和孔向3個(gè)要素是否發(fā)生變化,若有變化應(yīng)及時(shí)緊固調(diào)整,若無變化可適當(dāng)加大鉆孔壓力至正常壓力繼續(xù)鉆孔。

4.2.2 鉆孔質(zhì)量保證措施

1)鉆孔前認(rèn)真做好測量工作。

2)釆用滿足要求的測量儀器和測量控制手段,不應(yīng)采用視距法進(jìn)行放樣。

3)預(yù)裂孔孔位釆取逐孔測量放樣,放樣數(shù)據(jù)自檢后報(bào)監(jiān)理工程師復(fù)核,簽字確認(rèn)后方可用于指導(dǎo)現(xiàn)場鉆孔施工。

4)鉆機(jī)搭設(shè)驗(yàn)收遵守《鉆孔準(zhǔn)鉆證》制度:鉆機(jī)各方面參數(shù)檢測合格后,現(xiàn)場質(zhì)檢人員向監(jiān)理工程師提出開鉆申請,簽字確認(rèn)后方可進(jìn)行作業(yè)。

5)在鉆孔爆破控制方面,嚴(yán)格執(zhí)行開挖爆破施工“三證”管理 (即準(zhǔn)鉆孔證、 準(zhǔn)裝藥證、準(zhǔn)爆證)和“三定”制度 (定人、定機(jī)、定孔作業(yè)),并嚴(yán)格執(zhí)行前3根鉆桿的“三次較鉆”制度。

6)預(yù)裂孔鉆孔的方位角、傾角的質(zhì)量直接影響邊坡開挖質(zhì)量,在鉆孔過程中,嚴(yán)格控制鉆孔的方位角、傾角的質(zhì)量,由現(xiàn)場施工員、質(zhì)檢員全過程跟蹤控制;每個(gè)預(yù)裂孔均有完整的鉆孔記錄,如有巖灰異常、卡鉆、掉鉆等情況,記錄均須如實(shí)反映,同時(shí)施工人員還應(yīng)及時(shí)向當(dāng)班質(zhì)檢反映,最終由監(jiān)理工程師確定處理措施。

7)根據(jù)以往類似項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn),每個(gè)炮孔在鉆孔時(shí)入巖鉆進(jìn)的速度和風(fēng)壓對預(yù)裂孔成孔質(zhì)量有較大影響,因此對入巖鉆進(jìn)的速度和風(fēng)壓應(yīng)嚴(yán)格控制:前3根鉆桿鉆速控制在40 min/m,風(fēng)壓控制在0.6 MPa左右,后續(xù)鉆桿鉆速為20 min/m,風(fēng)壓控制在0.7 MPa左右,鉆速和風(fēng)壓根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整,遇到地質(zhì)條件復(fù)雜時(shí),速度還應(yīng)放慢,每個(gè)孔從鉆孔開始到結(jié)束,必須做好時(shí)間記錄。

8)為提高鉆孔精度,鉆孔環(huán)節(jié)應(yīng)配置精度為0.2°的不銹鋼量角器。

9)每個(gè)梯段爆破完成后,進(jìn)行清渣處理。再由測量人員和質(zhì)檢人員對現(xiàn)場邊坡開挖爆破后產(chǎn)生的半孔率、平整度等情況進(jìn)行檢查和統(tǒng)計(jì)。

10)邊坡開挖的質(zhì)量檢查貫穿整個(gè)鉆爆施工過程,要切實(shí)做到發(fā)現(xiàn)問題、及時(shí)整改,確保邊坡開挖質(zhì)量。

4.2.3 孔位驗(yàn)收及爆破控制措施

1)鉆孔結(jié)束后,質(zhì)檢人員檢查炮孔孔深、孔距、角度等炮孔參數(shù)是否與擬定參數(shù)表相符,填寫炮孔檢查記錄。經(jīng)檢查不符合質(zhì)量要求的鉆孔,需要進(jìn)行處理或重新造孔,以保證良好的爆破效果。

2)現(xiàn)場提前做好預(yù)裂孔爆破試驗(yàn),指導(dǎo)預(yù)裂爆破開挖參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì),主要包括線裝藥密度、裝藥結(jié)構(gòu)、起爆網(wǎng)絡(luò)及微差時(shí)間的參數(shù)選擇和優(yōu)化,為庫盆長緩邊坡開挖施工提供指導(dǎo)依據(jù)。

3)現(xiàn)場爆破堅(jiān)持做到“一炮一設(shè)計(jì)”“一炮一申請”“一炮一評估”“一炮一小結(jié)”。根據(jù)現(xiàn)場巖石情況及時(shí)調(diào)整爆破孔網(wǎng)參數(shù),確保爆破效果。

4.2.4 爆破參數(shù)及效果

上水庫庫盆預(yù)裂爆破最優(yōu)參數(shù)見表1,預(yù)裂爆破經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見表2,上庫庫盆斷面成型、超欠挖、保留巖體完整性等情況(以上水庫A區(qū)為例)見表3。

表1 上庫庫盆預(yù)裂爆破最優(yōu)參數(shù)

表2 上庫庫盆預(yù)裂爆破經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

表3 上庫庫盆斷面成型、超欠挖、保留巖體完整性等

5 結(jié)束語

上水庫庫盆邊坡開挖是句容抽水蓄能上水庫開挖施工過程中最困難和最重要的一部分。斷層、節(jié)理、裂隙發(fā)育的存在對庫盆的開挖爆破質(zhì)量提出很高的要求,現(xiàn)場采取了合理、經(jīng)濟(jì)的技術(shù)性超欠挖方法,在滿足結(jié)構(gòu)規(guī)范要求及施工要求的同時(shí),庫盆長緩邊坡開挖后總體不出現(xiàn)超挖工程量,在后續(xù)的面板施工中亦不存在超填量,為后續(xù)瀝青面板施工及按期蓄水提供了可靠的保障。