溪洛渡水電站拱壩左右岸壩肩槽開挖的質量控制

張勁青，劉 剛

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川 成都 610072)

1 工程概況

1.1 溪洛渡水電站概況

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣境內金沙江干流上，電站攔河大壩為雙曲混凝土拱壩，壩頂高程610.0m，建基面高程324.5m，最大壩高285.5m。電站水庫正常蓄水位高程600m，總庫容126.7億m3，調節庫容64.6億m3，電站總裝機容量13 860MW。

溪洛渡水電站于2003年開始籌建，2005年12月26日主體工程開工，2007年11月實現大江截流，計劃于2013年首批機組發電，2015年竣工投產，總工期約13年。

溪洛渡水電站拱壩左右岸壩肩槽分別由水電四局、水電八局承擔開挖施工，四川二灘國際咨詢有限責任公司承擔施工監理，長江科學院承擔拱壩壩基開挖爆破振動監測和聲波檢測。

1.2 壩區基本地質條件

1.2.1 地形地貌

電站拱壩壩址位于豆沙溪溝口至溪洛渡溝口全長約4km的溪洛渡峽谷中段，河道順直、谷坡陡峻、地形完整。河谷斷面呈較對稱的“U”形，谷底較寬闊平緩，兩岸山體雄厚，臨江坡高370～430m，河谷寬高比約為2.0。

兩岸高程420m以下總體呈25°～40°的 緩坡，高程420～680m為50°～80°的陡壁；兩岸高程680～860m以上為第四紀堆積緩坡平臺，地形寬闊平緩，緩傾下游。

1.2.2 地質條件

左、右岸高程400～610m以上壩基巖性均為P2β12～ P2β6層角礫熔巖和含斑玄武巖、斑狀玄武巖、致密狀玄武巖。

壩區為緩傾下游偏左岸的單斜地層，無斷層分布，主要結構面為層間錯動帶(C)、層內錯動帶(Lc)、擠壓帶(g)和基體裂隙(l)。

(1)層間錯動帶(C)：610～400m高程建基面左岸共揭示層間錯動帶5條，C11、C9、C8、C7、C6；右岸揭示層間錯動帶6條，C11、C10、C9、C8、C7、C6。400～324.5m高程左、右岸建基面分別揭示3條層間錯動帶C5、C4、C3。

(2)層內錯動帶(Lc)：610～400m高程建基面左岸揭露層內錯動帶73條，優勢方位為N65°～85°E/NW∠8°～13°，緩傾上游；次為N40°～50°E/SE∠11°～16°，緩傾下游。右岸揭露層內錯動帶105條，優勢方向不明顯， N15°～30°W /NE∠3°～8°組分布稍多，緩傾下游。

(3)610～400m高程建基面左岸揭露擠壓帶96條，擠壓帶的主要優勢方位為N45°～65°W/SW∠72°～76°，與建基面呈30°～50°左右斜交；右岸揭露擠壓帶54條，主要優勢方位為N24°～44°W/NE∠67°～80°，與建基面呈17°～36°左右斜交。兩岸的擠壓帶的延伸長度以5～10m為主(約58%)，次為小于5m(約18%)，大于15m的所占比例較小。

(4)基體裂隙：主要有E W/S(N)∠75°～85°、N40°～60°W/SW(NE)∠70°～80°、N20°～30°W/SW(NE)∠75°～82°、N60°～80°E/SE(NW)∠65°～85°、N20°～40°E/SE∠5°～20°、N15°～35°W/NE(SW)∠5°～20°，共6組。

2 質量控制標準及質量檢測方法

2.1 建基面開挖質量控制標準

《壩肩開挖及纜機平臺工程第Ⅰ和Ⅱ標段施工招標文件》、SL/47-94《水工建筑物巖石基礎開挖工程施工技術規范》、業主頒發的《溪洛渡水電站壩肩開挖施工技術要求及質量檢測、評定標準》和《金沙江溪洛渡水電站大壩壩肩建基面開挖及槽挖施工技術要求》都明確了建基面開挖質量控制標準：

(1)殘孔率檢測標準。殘留炮孔壁面不應有明顯的爆破裂隙，除在明顯的地質缺陷處外，不得產生裂隙張開、錯動及層面抬動現象。對節理裂隙不發育的Ⅱ級巖體，炮孔痕跡保存率應達到80%以上；對節理裂隙較發育和發育的Ⅲ級巖體，炮孔痕跡保存率應達到50%～80%；對節理裂隙極發育的Ⅳ級巖體，應達到50%～10%。

(2)平整度檢測標準。相鄰兩殘留炮孔間的不平整度不應大于15cm。

(3)超欠挖檢測標準。有結構配筋要求及埋件的部位不允許有欠挖，無結構配筋要求及埋件的部位欠挖不大于10cm、超挖不大于20cm。

(4)爆前爆后聲波檢測標準。爆前爆后垂直建基面1.0m處的法線方向的聲波波速的衰減率不大于10%。

(5)質點安全振動速度控制標準。建基面上的安全質點振動速度不大于10cm/s。

(6)爆破影響深度。爆破影響深度不大于1.0m。

2.2 建基面超欠挖和平整度檢測

《溪洛渡工程拱壩建基面平整度及超欠挖檢測實施細則》明確：

(1)拱壩建基面超欠挖檢測

①按高程布設檢測斷面，高程間距2.0m。

②斷面上測點間距50～100cm，遇地形變化處加密測點。

③按1∶200比例尺繪制測量斷面圖(A3圖幅)。

④根據斷面測點的測量資料，統計、計算建基面的超欠挖成果。

(2)拱壩建基面平整度檢測

①開挖梯段高度上布設三條水平檢測斷面，斷面位于距開口線、坡腳1.0m處和開挖梯段中部。

②沿檢測斷面采用2.0m直尺連續檢測。

③直尺緊靠開挖面，量取直尺與相鄰炮孔間巖面間的最大間隙，即為開挖面不平整度讀數。

④統計、計算開挖面的不平整度成果。

在進行建基面超欠挖、平整度成果統計時，對于經業主、設計人和監理工程師聯合確定的建基面地質缺陷區域內的超欠挖和平整度超限測點和測值均應剔除。

3 左右岸壩肩槽開挖施工方案簡介

左右岸壩肩開挖程序：采取先進行高程400m低線集渣平臺開挖，其后對高程400～610m分層分塊逐層開挖下降的方式。

壩肩槽前緣塊按10～15m高差分層開挖，各開挖層由外至里分開挖塊，各開挖塊開挖方量控制在2萬m3以內，爆破總裝藥規模在6～8t左右(巖石炸藥單耗0.4～0.45kg/m3)。

壩肩槽典型分層、分塊開挖見圖1、2。

圖1 右壩肩高程400～610m分層開挖示意

圖2 典型(右岸壩肩高程490～475m)開挖層分塊

4 開挖過程質量控制

4.1 建基面開挖施工質量控制中的難點

(1)建基面體型自上而下發散呈“扇形”分布，坡面形狀不規則，預裂孔既不在同一平面內，又不互相平行，對預裂孔的鉆孔要求高。

(2)兩岸的地質條件都很復雜，高程440～610m建基面巖體以Ⅱ類～Ⅲ2類為主，局部Ⅳ1～Ⅳ2類，下游半幅巖石局部較破碎；高程440m以下緩坡段開挖巖體以Ⅲ2類為主，少量Ⅱ類，局部Ⅳ1類，整體較破碎；建基面層間、層內錯動帶分布較廣泛。在如此復雜的地質條件下，易出現成孔困難(卡鉆、斷鉆頭)、“飄鉆”等現象，如何確保造孔精度、保證預裂面質量是施工的最大難題。

(3)建基面開挖高度大，如何降低爆破對建基面的影響深度、減小爆破振動對邊坡的影響，滿足質點振動速度和巖石松弛深度要求，以保證開挖邊坡的穩定和建基面開挖質量是施工的一個重大難題。

4.2 建基面開挖質量控制(見圖3)

4.2.1 建基面開挖前質量控制

4.2.1.1 建基面開挖開工前的質量控制

左右岸高程610～400m建基面開挖前，監理工程師的質量控制工作：

(1)成立高程610～400m壩肩槽開挖質量控制小組，安排專人專門負責建基面質量開挖控制；

(2)審查壩肩高程670～610m邊坡的開挖爆破試驗，明確壩肩槽開挖爆破控制參數。

通過對左右岸高程610～670m邊坡開挖進行19次不同的爆破參數組合爆破試驗結果的統計和分析，經長科院推薦和工程參建五方聯合審查，監理工程師明確了左右岸壩基開挖的爆破參數：

預裂孔

①采用YQ-100B鉆機進行預裂孔造孔，孔徑φ90mm。

②孔距0.7～0.9m，主要根據地形地質條件進行調整，建議孔距0.8m。

③裝藥結構：底部1.0m雙節藥卷連續裝藥；上部間隔裝藥，線裝藥密度300～400g/m，堵塞1.0m。藥卷均為φ32mm。

④預裂爆破延時超前緩沖孔300ms以上，并保證整個網絡安全。

主爆孔

①采用CM351鉆機造孔，孔徑φ105mm。

②采用孔距3.0～4.5m、排距3.0m，單孔負擔面積9～14m2布孔；孔距根據地形地質情況及巖體可爆性選取。

③裝藥結構：采用φ70mm藥卷連續裝藥，堵塞2.0～3.0m；前沿個別底部抵抗線大的孔，采用φ80mm藥卷連續裝藥，堵塞2.0～3.0m。

緩沖孔

①采用CM351鉆機造孔，孔徑φ105mm。

②采用孔距2.0m、排距2.0m(前、后排)進行布孔。

③裝藥結構：底部2.0m采用φ70mm藥卷連續裝藥，上部線裝藥密度2～3kg/m，堵塞1.5～2.5m。

爆破網絡

①孔內采用MS15(爆破規模總排數不少于6排)或MS12(爆破規模總排數小于6排)非電雷管。

②孔間采用MS3非電雷管。如采用中間先起爆的網絡方式時，為使左右區爆破不重段，應采用MS2非電雷管。

③排間采用MS5非電雷管。

④起爆網絡最大節點數不大于35個(主要受孔內起爆雷管延時限制)。

⑤排數限制不大于15排。

⑥在爆破規模較小及無拋擲方向要求時，建議采用單側傳爆網絡。

爆破影響控制

①主爆孔單響藥量不大于70kg。

②預裂孔及其它孔單響藥量不大于40kg。

通過實踐，建基面開挖爆區的寬度以控制在16m左右為宜，起爆排數不宜超過7～8排，同時應使預裂爆破提前最先起爆的主爆破孔100ms以上起爆；排間時差應大于孔間分段時差；孔內雷管段別應保證其延時誤差不大于排間雷管延時時間。

(3)完成《溪洛渡水電站壩肩槽開挖前準備工作大綱》所要求的相關工作，具體如下：

圖3 建基面開挖質量控制程序框圖

①明確壩肩槽開挖爆破監測方案和聲波檢測方案。

②編寫了《建基面超欠挖、平整度檢測實施細則》、《金沙江溪洛渡水電站石方明挖質量管理辦法》。

③完成測量控制網、點的精度校核。

④對承包人的質量管理體系進行檢查，主要檢查：組織機構是否完善、人員資質是否滿足要求、崗位責任是否明確等。

(4)對承包人落實《溪洛渡水電站壩肩槽開挖前準備工作大綱》情況進行檢查，主要督促承包人完成如下工作：

①檢查建基面預裂孔YQ-100B鉆機落實和改造的完成情況;為防止開鉆時沖擊器擺動而增加了“U”形限位板。

②審查承包人提交的YQ-100B鉆機操作手和炮工的資質。

③在高程610～400m壩肩槽開挖前，檢查承包人是否按“三定”原則(定人、定機、定孔)完成100B鉆機預裂孔實戰演練，保證每個操作手的鉆孔進尺不低于1 000m。

④檢查承包人制定的《100B鉆機操作手冊》、《SM351鉆機操作手冊》、《壩肩開挖鉆工獎勵細則》等質量控制文件和激勵文件。

(5)組織工程參建各方召開了高程610～400m壩肩槽施工準備驗收會議，檢查承包人準備完成情況。

4.2.1.2 建基面開挖過程的質量控制

在建基面開挖過程中，監理工程師對質量的控制：

(1)根據批準的壩肩槽開挖方案和推薦的爆破參數，審查承包人提交的爆破設計。

(2)檢查預裂孔孔位處1.0m寬條帶的清基情況是否滿足要求，浮渣和松動巖塊必須清除干凈，防止預裂孔開鉆時飄孔。

(3)對于建基面預裂孔、方向控制點要求采用測量逐孔放樣，監理工程師復核預裂孔放樣資料。

(4)檢查鉆機固定是否牢固、鉆機傾角(采用定制的量角器和電子量角器檢查)和方向角(采用吊錘法檢查)、操作人是否按“三定”要求到位，簽署“準鉆證”，同意開鉆。

(5)檢查承包人的“三檢”人員是否到位、是否嚴格履行“三次校鉆”制度(鉆進0.2m、1.0m、2.0m時分別校鉆，檢查鉆孔方向、傾角，及時糾偏)，要求承包人嚴格控制鉆進速度(前三根鉆桿鉆進速度1根/每小時，每班完成1孔)，并對已成孔的預裂孔逐孔驗收，保證預裂孔鉆孔質量。

(6)檢查鉆機和鉆桿的情況，要求承包人及時更換陳舊鉆機和變形鉆桿。

(7)通知長科院進行穿爆堆的爆前聲波測試。

(8)根據建基面預裂孔鉆孔施工情況、設計人提供的地質簡報(預報)，以及建基面前緣塊開挖揭露的實際地質情況，組織召開長科院、設計人、承包人四方參與的爆破參數優化會議，對原爆破設計的裝藥參數進行適當調整。

(9)監理工程師簽署“準裝藥證”和“炸藥領用單”，裝藥聯網過程旁站檢查，進行裝藥結構和參數、聯網等符合性檢查。

(10)監理工程師簽署“準爆證”和“環保許可證”同意爆破作業；同時，通知長科院進行爆破振動監測。

(11)與長科院、承包人聯合進行建基面開挖質量調查。

(12)要求承包人精心組織建基面清渣，加強現場指揮，臨近建基面時采用人工配合反鏟清渣。

(13)與承包人聯合進行建基面超欠挖、平整度、殘孔率檢查，通知長科院進行爆后聲波檢測。

(14)按要求完成現場標識(壩段分界線、大壩中心線等)和驗收資料整理，監理工程師組織業主、設計人、長科院、承包人召開梯段開挖驗收和壩段建基面開挖單元工程驗收。

4.2.1.3 建基面開挖質量總結

承包人在每10m梯段開挖完成后及時進行建基面開挖質量總結。在左右岸建基面每完成3個梯段開挖(共30m高差)后，監理工程師組織工程參建四方召開建基面開挖質量總結會議，主要進行如下四方面的工作：

(1)對已開挖的建基面進行質量評價。

(2)分析建基面開挖施工存在的不足和問題，研究建基面施工技術和工藝改進措施。

(3)為進一步提高下一階段拱壩建基面的開挖質量，明確承包人應做好的質量管理方面的工作。

(4)超前研究對建基面巖體有影響部位的施工方案，如：壩肩槽內灌排洞開挖問題。壩基內灌排洞洞口段開挖采取了“強鎖口、小導洞、分層光爆”的開挖方式，保證了灌排洞洞周的壩基巖體不受灌排洞的開挖爆破影響。

為了解高程440m以下緩建基面(建基面平均傾角45°左右)預裂孔鉆孔掉鉆的情況，進行了模擬緩建基面預裂孔的鉆孔試驗。明確了高程440～400m緩建基面預裂孔施工措施：

(1)緩建基面預裂孔采用孔內扶正器(分別在第2根和第5根鉆桿后各加一個扶正器)，減少掉鉆產生的飄孔。

(2)爆破設計采用預欠方案(孔底法線方向預欠3～5cm)，減小梯段開挖時的坡腳超挖。

(3)在預裂孔鉆孔中嚴格控制鉆進速度(保證1孔/班)，避免鉆進速度過快或過慢。

4.3 建基面開挖質量統計

NO.01～NO.06和NO.31～NO.25壩段建基面開挖單元工程質量統計見表1、2。

表1 NO.01～NO.06壩段建基面單元工程開挖質量情況統計

表2 NO.31～NO.25壩段建基面單元工程開挖質量情況統計

由表1、2可見，溪洛渡水電站左右岸壩肩槽(NO.01～NO.06、NO.31～NO.25壩段)建基面開挖單元工程的超欠挖、平整度、殘孔率、爆破影響深度和爆前爆后聲波衰減等檢測成果滿足合同和設計要求，單元工程合格率100%，優良率100%。

5 結束語

溪洛渡水電站左右岸高程400～610m建基面法線方向的平均超欠挖、平整度、殘孔率的整體合格率分別為96.6%、98.8%、98.3%，采用鉆孔聲波法檢測拱壩建基面的平均爆破影響深度基本在1.0m以內，建基面開挖質量達到優秀水平。總結溪洛渡水電站左右岸壩肩槽開挖的成功經驗主要有：

(1)制定、完善管理制度。在進入左右岸壩肩槽開挖前，承包人制定了《100B鉆機操作手冊》、《SM351鉆機操作手冊》、《壩肩開挖鉆工獎勵細則》等管理制度，業主、監理工程師頒發了《建基面超欠挖、平整度檢測實施細則》、《金沙江溪洛渡水電站石方明挖質量管理辦法》。承包人優選、精選壩肩槽施工隊伍和施工人員，監理工程師和業主嚴格履行審批程序和審批制度。

(2)形成精細化管理體系。在施工過程中形成了：爆破設計及審批→開挖區域大面找平→清面→測量放線→布孔→技術交底→打設插筋、100B鉆機加固、就位→鉆孔→清孔→鉆孔質量檢查→鉆孔保護→裝藥→網路連接→網路檢查→起爆→出渣→坡面清理→開挖邊坡測量檢測→爆破效果分析→下一

循環的作業程序。在質量控制上，形成了“一炮一總結”、“一梯段一預驗收”、“一壩段一驗收”，及時對本梯段經驗教訓進行總結，以指導和改進下一梯段的施工。嚴格執行“三定”(定人、定機、定孔)、“三證”(準鉆證、準裝藥證、準爆證)、“三次校鉆”(0.2m、1.0m、2.0m)等各項制度。

(3)形成了拱壩壩肩槽建基面鉆孔施工的專項設備。在壩肩槽開挖施工中，對100B鉆機進行了改造，主要有：在鉆機兩側各加焊了兩根φ48的鋼管、增加了限位板，采用單機單架，定制專用鉆桿，同時還改進了施工量角器、啟用電子量角器，明確鉆機操作手和100B鉆機僅用于大壩建基面預裂孔、緩沖孔鉆孔施工。

(4)工程參建五方(業主、設計人、監理工程師、爆破監測、承包人)共同參與，對建基面每一梯段開挖爆破進行“個性化”爆破裝藥參數調整和優化。承包人根據設計人提供的地質簡報進行爆破設計，監理工程師在裝藥前組織爆破參數優化會，工程參建五方共同研究最優的爆破裝藥參數，確保建基面的開挖爆破效果。

(5)新工藝、新技術在壩肩槽開挖施工中成功的運用。合理運用超欠挖技術解決了100B鉆機需要的架鉆平臺的問題，加裝鉆桿扶正器，在爆破設計中對預裂孔孔底預欠設計解決了鉆孔飄鉆和有效控制了超挖。

致謝：本文得到了黃志剛教授級高級工程師的精心指導，在此表示衷心感謝。