溪洛渡水電站右岸壩肩槽開挖施工技術及質量控制研究

謝衛東 李福軍

1 概述

1.1 工程簡介

金沙江溪洛渡水電站工程位于四川省雷波縣和云南省永善縣交界處的金沙江干流上，為中國第二大水電站。水電站樞紐由攔河大壩、泄洪建筑物、引水發電建筑物組成。攔河大壩為混凝土雙曲拱壩，建基面高程324.5 m，壩頂高程610.0 m，電站總裝機容量13 860 MW。

右岸壩肩EL.610 m～EL.400 m開挖邊坡分壩肩上游邊坡、壩肩槽及下游邊坡三部分，上游邊坡每30 m設一馬道，下游邊坡修圓處理并與水墊塘平順銜接，建基面自上而下（610～430）m坡比為1∶0.63～1∶0.81；（430～400）m坡比為1∶1.1～1∶1.21；（400～324.5）m坡比為1∶1.2～1∶2；324.5 m底板為水平面?；鶐r主要存在層間錯動帶、層內錯動帶、擠壓破碎帶、柱狀節理和構造裂隙。上游面以Ⅱ類和Ⅲ1類巖石為主；下游以Ⅲ2類、Ⅳ類巖石為主。巖體大部分為鑲嵌結構，局部為碎裂結構，弱卸荷，柱狀節理發育，層內錯動帶、短小裂隙發育，裂面普遍輕度～中度銹染。壩區峨眉山玄武巖厚約500 m，致密堅硬、較均一。

1.2 開挖質量要求

（1）建基面的開挖偏差。

有結構要求及預埋件和配筋的部位不允許有欠挖；無結構要求及預埋和配筋的部位欠挖標準不大于10 cm。超挖均不得大于20 cm。

（2）建基面的平整度。

建基面所有垂直、水平、斜面平整度標準不大于15cm。

（3）預裂面爆破效果。

炮孔孔壁無明顯的爆破裂隙（裂隙縫寬＜0.5 mm）。

對于節理裂隙不發育的Ⅱ級巖體（裂隙間距＞2 m），炮孔痕跡保存率應達到90%以上。

對于節理裂隙發育和較發育的Ⅲ級巖體(裂隙間距0.1 m～2 m)，炮孔痕跡保存率應達到60%～90%。

（4）建基面聲波測試。

孔口1 m處及以下建基面爆破前后聲波衰減控制在10%以內。

（5）爆破安全質點振動速度控制標準。

距離爆破梯段頂面10 m處，安全質點振動速度控制在10 cm/s。

1.3 施工難點

（1）壩肩槽設計體形為嵌入邊坡的三面高長斜面組合槽，建基面又為軸線嵌入稍深的雙扭面結構，且自上而下坡比由陡變緩,開挖鉆孔難度大。

（2）雖然巖體由整體強度較高的玄武巖組成，但由于受層間、層內錯動帶結構面的切割、風化卸荷影響等，爆破后極易在保留巖體中產生隱裂隙，在右岸拱肩槽所處地質條件下，建基面開挖質量的平整度、超欠挖、半孔率等指標控制以及聲波測試、爆破振動控制均有較大難度。

2 開挖施工技術研究

2.1 爆破參數選擇

初期爆破試驗選擇在壩頂以上邊坡（670～610）m高程，結合施工共進行了8次試驗。試驗中針對不同的爆破參數，進行了8項內容測試：邊坡表面質點振動速度監測；邊坡內預埋測點質點振動速度監測；爆破對已經成型邊坡巖體的影響深度測試；爆破振動對支護結構的影響振動測試；爆破對保留馬道影響測試；爆破對混凝土和混凝土噴層的影響測試；巖體松動應變測試；宏觀調查和巡視檢查。

（1）試驗分析得出適宜的壩肩槽巖體主爆破參數見表1。另外在Ⅱ類巖體中，如果節理裂隙極端不發育，且靠近永久保留壁面的部位，間排距還要進一步減小，采用2.5 m×3.0 m。

（2）試驗得出適宜的預裂爆破參數見表2。

表1 開挖主爆破孔爆破參數

表2 開挖預裂爆破參數

（3）試驗表明，采用Φ90 mm孔徑和W1＝（1.2～1.5）m緩沖孔爆破設計，可與預裂孔不平行，孔口取大值孔底取小值，有利于不出現“根底”。取緩沖孔孔距為2 m，線裝藥密度一般?。?00～1 000）g/m。

（4）起爆網絡：試驗總結爆破網路一般采用“V”型中部起爆、孔內延時、孔外分段的非電微差順序起爆網路?？變壤坠艿亩挝灰诉x擇MS10、MS11、MS12，不宜太高，排間雷管采用MS5，孔間雷管采用MS3、MS2段，傳爆主軸線兩側用MS3或MS2間隔。主爆破孔單段藥量控制在（50～70）kg以內，緩沖孔單段藥量控制在50 kg以內，預裂孔一次爆破孔數宜控制在4孔以上，單段藥量控制在40 kg以內。一次爆破總規模控制在8 t以內。

2.2 鉆孔器具選擇與改造

根據目前國內鉆機發展水平情況及以前類似工程的施工經驗，選擇YQ-100B潛孔鉆開挖設計輪廓線，選擇CM-351鉆機或YQ-100B潛孔鉆進行主爆孔鉆孔。

（1）鉆桿直徑的改良。

常規YQ-100B潛孔鉆機鉆桿直徑為Φ45 mm，根據水電八局在前期開挖項目（如小灣）的施工經驗，該鉆桿在鉆孔過程中易出現撓性變形，造成漂鉆，導致孔底超挖現象嚴重。因此，水電八局在采購YQ-100B鉆機時，使用Φ60 mm的鉆桿，較大程度的減少了鉆桿在巖石中發生的撓性變形而造成的“掉鉆”現象。

（2）扶正器的使用和改造。

拱肩槽的預裂孔孔徑為Φ90 mm，平均孔深達13 m以上，雖然YQ-100B潛孔鉆機鉆桿直徑從Φ45 mm調整為Φ60 mm，但小鉆桿與大孔徑之間存在的間隙以及鉆桿本身自重造成的下沉，無法保證鉆桿在成孔中心線位置工作，技術研究后設計加工了孔內扶正器（圖1）。既能確保鉆機能送風返碴正常工作，關鍵還能起到扶正（使鉆桿居中）的作用。

2.3 開挖分層分塊

如前所述，拱壩壩肩槽（610～324.5）m垂直高差達285.5 m。為有效控制爆破規模與開挖程序，對拱壩壩肩槽各梯段合理地進行了分層分塊。且在每層拱肩槽建基面預裂塊爆破前先將上、下游邊坡進行分塊爆破，從外沿至建基面分層厚度一般控制在（10～13.5）m，以400 m以上壩肩槽為例，分層見圖2。由現場爆破施工情況來看，分塊爆破合理，爆破效果及邊坡開挖質量控制均達到了預期效果。

圖1 YQ-100B鉆機扶正器加工圖

圖2 壩肩開挖分層分塊圖

為滿足壩肩槽連續高長斜坡開挖體形要求，同時滿足每層鉆孔鉆機安裝需要，采用超欠平衡的施工方法，通過預裂孔孔口孔底超欠平衡形成鉆機平臺。當陡于1∶1的坡面預裂爆破分層高度為10 m時，拱壩建基面預裂孔爆破設計時采取孔口水平欠20 cm、孔底水平超20 cm的方法；當緩于1∶1的坡面預裂爆破分層高度為（5～6）m時，拱壩建基面預裂孔爆破設計時采取孔口水平欠20 cm、孔底水平超（40～50）cm的方法。

2.4 爆破設計

（1）爆破設計為指導施工所需的依據，為確保壩肩槽開挖質量，在裝藥爆破前，根據鉆孔情況，有針對性地作“個性化”爆破設計：區域性地質不良坡面，采取降低孔內線裝藥密度和孔底加強藥量，降低幅度一般不超過30 g/m；串風孔采取單個吹孔逐孔裝藥原則，保證裝藥到位，同時在串風位置上下孔身段1 m左右適當加大裝藥量，加大幅度一般不超過20 g/m；卡鉆無法鉆到位的單個孔，采取將兩相鄰孔在卡鉆高程以下的孔段適當加大線裝藥量來協助預裂成縫，加大幅度一般不超過60 g/m，并將3個孔置于同一預裂組起爆。

（2）右岸拱壩建基面EL.440 m以下坡度突變為緩坡，且在EL.400 m以下變得更緩，為了解決鉆機“掉鉆”對建基面超挖的影響，在EL.445 m～EL.435 m段拱壩建基面前沿進行模擬鉆孔爆破試驗。根據試驗成果，采取預欠方式進行爆破設計，即對各孔進行傾角調整，以保證“掉鉆”造成的超挖值在理想范圍內。對不同坡比的建基面采取不同的預欠設計，在每層爆破后予以總結優化。

3 施工質量控制

3.1 嚴格施工作業流程

為滿足程序化施工，壩肩槽鉆爆嚴格按以下施工流程進行：

爆破邊界初步清理→初步測量→爆破設計→總工程師審核→監理工程師審批→現場施工技術交底→工作面清理→三檢驗收→簽發準鉆證→測量放樣、布孔→鉆孔（爆破設計審批后）→鉆孔人員控制、自檢、記錄→二檢、三檢過程控制檢查驗收→監理工程師驗收→爆前精細化設計→簽發準裝藥證→安全警戒→分藥、裝藥、記錄、堵塞→質檢人員監督驗收→聯網→三檢及技術人員檢查驗收、監理驗收，簽發準爆證→爆破警戒與監測點布置→起爆→解除警戒→檢查處理→爆堆分析評價→清渣→預裂面、底面檢查分析→缺陷鑒定及處理→斷面測量→地質素描→梯段驗收→工序移交。

3.2 主要施工質量控制措施

（1）爆破作業嚴格執行“一炮一設計,一炮一交底”制度；EL.610 m以下拱肩槽開挖執行“一炮一總結”制度。

（2）預裂孔、緩沖孔孔位和方向點采取測量逐孔放樣，放樣資料報請監理工程師復核無誤后方用于現場指導鉆孔。

（3）在鉆孔爆破控制方面，嚴格執行開挖爆破施工“三證”管理（即準鉆孔證、準裝藥證、準爆證）和“三定”制度（定人、定機、定孔作業），并嚴格執行前三根鉆桿的“三次較鉆”制度。

（4）為提高鉆孔精度，將精度為0.2°的不銹鋼量角器過渡到精度為0.1°電子量角器；同時還加設扶正器以保證成孔質量，并采用測量配合檢查鉆孔的方向、傾角。

（5）為避免因不同生產廠家火工產品性能差異對爆破質量的影響，現場火工材料使用已做到“三同一”：雷管同一廠家，炸藥同一廠家，導爆索同一廠家。

4 開挖質量檢測成果（表3）

表3 建基面單元工程開挖質量情況統計表

5 結語

本文通過研究適用于高拱壩壩肩槽開挖的鉆孔爆破等技術方案，實行科學化、程序化、精細化施工，取得了超挖平均值8.82 cm,超欠挖合格率為95.35%,平整度平均值8.37 cm，合格率為97.74%，半孔率為96.9%等建基面開挖成果。其所取得的開挖技術成果及質量控制辦法可為以后類似工程高邊坡開挖施工提供借鑒，具有較好的推廣及應用價值。