烏東德水電站右岸地下電站進水口復雜地質條件邊坡開挖施工技術

袁瑞卿

【摘要】烏東德水電站右岸地下電站進水口位于右岸觀音崖、馬鞍子之間，開挖高程1080m～911m，自下游向上游依次劃分為A～E五個區。其中A區主要為Pt2l3-1地層構成的陡傾反向坡，層間及坡頂部卸荷裂隙發育，受邊坡開挖擾動影響出現松弛、層間裂縫張開現象；B區為Pt2l2-3地層構成的陡傾反向坡，巖體較為破碎且表層巖體卸荷裂隙較發育；C區為橫向坡，邊坡整體穩定，構成巖體主要為薄至極薄大理巖化白云巖層；D區為Pt2l1-1地層構成的斜向坡，邊坡高陡；E區為Pt2l1-1地層構成的順向坡。右岸地下電站進水口邊坡共14級，每級高度10～15m，坡比為一般為1：0.1～1：0.3（高程950m以下為直立邊坡），每級邊坡設3m寬的馬道或0.5m寬的臺坎。

【關鍵詞】開挖；邊坡

1、施工重點及難點

（1）邊坡開挖支護工期緊，強度大。

（2）邊坡巖體質量差，Ⅳ級圍巖部位多，局部坡段有Ⅴ級圍巖，開挖過程中容易發生垮塌。

（3）反向坡部位開挖過程中可能出現巖體順層面松弛張開現象，甚至局部垮塌，尤其在直立邊坡坡頂部位，更容易出現垮塌現象。順向坡部位可能出現部分坡段順層滑動垮塌，進而造成開挖區域上方巖體整體穩定問題。

（4）采用梯段控制爆破方式開挖，爆破控制要求嚴格。邊坡結構面開挖需采用光面爆破，Ⅳ級、Ⅴ級圍巖開挖臺階高度約5m～7.5m，淺層支護隨層進行，深層支護滯后不大于7.5m，開挖面上方15m馬道（或臺坎）處質點振動速度不大于10cm/s。

2、開挖施工技術

2.1 開挖分區、分層

（1）分區

開挖分前區和后區，距離工程邊坡坡面10m～15m范圍內的開挖區域，稱為“后區”，距離工程邊坡10m～15m以外范圍內的開挖區域稱為“前區”。

具體分區見圖1和圖2。

為提高邊坡與洞室交叉部位洞臉成型質量、降低爆破對洞臉附近巖體的損傷，同時防止進水口邊坡爆破后塊石大量進入引水隧洞內，進水口正面坡高程950m以下開挖在引水隧洞漸變段周邊區域采取預留4～6m的保護層，采用手風鉆造孔、薄層剝離的方式進行邊坡開挖。（此時距離工程邊坡4～6m范圍內的區域，稱為“后區”；距離工程邊坡4～6m范圍外的區域，稱為“前區”）

（2）分層

邊坡開挖按照自上而下分層進行，右岸進水口上游側坡高程1080m～911.00m及正面坡高程1060m～950m按照設計梯段高度開挖爆破，每15m或10m設置2m或3m寬的馬道。高程950m～911m范圍（直立坡）分7層，即高程950m～942.5m、942.5m～937.5m、937.5m～932.5m、932.5m～927.5m、927.5m～922.5m、922.5m～917.5m及917.5m～911m。

分區分層里面示意圖見圖3。

2.2 施工程序

邊坡自上而下分區、分層開挖支護，采用“一次預裂，一次爆破，分層出渣，隨層支護，錨索跟進”的原則進行。爆破開挖時，預裂一次到位，分前后區開挖，前區一次開挖到位，后區一次爆破，分兩層出渣，每層出渣一般高度為7.5m。馬道預留2.5m厚保護層。淺層支護緊跟開挖作業面，深層支護最多允許滯后一個梯段。

施工總程序見圖4。

2.3 開挖施工技術

2.3.1 一般部位開挖方法

邊坡開挖自上而下分層進行，采用梯段鉆爆開挖，工程邊坡結構面采用預裂爆破成型，預裂深度一般為10～15m，與馬道分級高度一致，用100B鉆機鉆孔；梯段開挖采用CM358鉆機鉆主爆孔及緩沖孔。馬道預留2.5m厚保護層，采用CM358鉆機造孔，水平光面爆破。

預裂或光面孔均使用φ32mm的乳化炸藥間隔不耦合裝藥，底部1m為加強段，孔底部線裝藥密度加大為正常段的5倍，上部減弱段長度1m，線裝藥密度減為正常段的一半。藥卷用導爆索串連后膠布綁扎在竹片上，送入孔內。堵孔深度0.8～1.2m，先用紙袋填塞至孔內，再用泥土封填密實。炮孔堵塞應密實，藥卷串保持在孔中央的位置上。爆破孔連續裝藥。爆破網絡采用孔內導爆索傳爆、孔外非電毫秒雷管分段接力起爆網絡，分段間隔時間為50ms，炮孔先于相鄰梯段炮孔起爆的時間不小于75～100ms。預裂（光面）孔距一般為0.8m，線裝藥密度約為250～350g/m。炸藥單耗約0.35kg/m3。

出渣分兩層，每層高度不大于7.5m，用反鏟與自卸車配合運至渣場，開挖過程中遇到0.7m3以上孤石，集中后，用手風鉆打孔，裝藥爆破將其解小后，運至渣場。

2.3.2 馬道保護層開挖

馬道保護層厚度約為2.5m，采用水平光面爆破對其進行開挖。保護層開挖一般采用自外側向邊坡側分段水平造光爆孔，頂部手風鉆淺孔爆破的方法。其工藝流程為：測量放樣→鉆機就位→鉆孔驗孔→裝藥爆破→石渣清理→驗收。

水平鑿孔鉆機主要選用YTP-28手風鉆，局部條件適合的可采用QZJ-100B型潛孔鉆。馬道保護層的上部爆破孔利用手風鉆鉆垂直淺孔，垂直鉆孔時，其孔底距馬道建基面0.5～0.7m的安全距離，手風鉆垂直孔爆破與水平光爆或預裂一次爆破形成。水平光爆孔造孔裝藥主要在開挖留渣上進行，局部留渣高度不夠的位置，搭設簡易平臺，施工人員站在簡易平臺上打孔。

水平孔鉆孔時，先按照設計底板標高放樣孔位。然后將鉆機就位，放樣后視點，用樣架校準鉆孔角度后進行鉆孔。氣腿鉆鉆孔孔徑φ42mm，孔深2～4m，孔間距0.4～0.5m，線裝藥密度為120～150g/m。潛孔鉆鉆孔參照邊坡預裂施工進行。水平光爆或預裂的裝藥結構均采用φ25mm或φ32mm乳化炸藥不耦合裝藥。線裝藥密根據生產性爆破試驗成果，結合現場爆破開挖效果優化確定。起爆網絡采用非電導爆系統、導爆索傳爆、磁電雷管起爆方式。爆破后，反鏟與自卸車配合出渣。

2.3.3 正面邊坡開挖方法

正面邊坡高程950以下采用“保留臨時巖墩、跳序開挖”的施工方式。正面邊坡開挖前，引水洞已經開挖完成。由于此部位邊坡圍巖差，為反向坡，容易發生垮塌，為確保施工質量和安全，采用了臨時預留巖墩的方式，間隔開挖。先將巖墩之間部位分層完成開挖支護，然后再分層開挖支護臨時巖墩。為保證下一層開挖有足夠的架鉆平臺，正面坡高程950m以下進行技術超挖，超挖量按照10cm控制。

2.3.4 洞室出露部位邊坡開挖

引水隧洞開挖支護在邊坡開挖前已完成，進水口高程950m以下開挖時，臨近引水隧洞出口部位邊坡開挖，先完成引水隧洞洞口的開挖、鎖口錨桿及周邊的系統支護。臨近引水隧洞出口部位邊坡爆破嚴格控制裝藥量，根據實際情況制訂專項爆破設計，調整爆破參數，控制爆破震動效應，避免破壞已形成洞室。

2.3.5 地質缺陷及不穩定塊體處理

對影響邊坡開挖施工安全及工程運行安全的危巖體，在開挖之前予以挖除。對于開挖過程中在邊坡上揭露的局部隨機不穩定巖塊，須及時報告監理工程師，同時主動予以支護或清除。當開挖邊坡處于不良地質地段，對邊坡穩定有不利影響時，采用錨桿或噴錨支護、掛網噴護、加預應力錨索等措施處理，處理原則和范圍按設計文件要求并由監理工程師現場確定。

3、支護施工

3.1邊坡支護施工程序

邊坡開挖豎直高度10m或15m為一個梯段，分兩層出渣，以邊坡開挖形成的先后按照橫向相互錯開的原則進行錨桿孔、排水孔及掛網噴錨的施工，最后施工預應力錨索。主要支護施工流程見圖5。

3.2 錨桿、錨索施工

邊坡采用隨層快速支護方式。右岸進水口邊坡既設有掛網、噴射混凝土、錨桿、錨筋樁等淺層支護方式，又設有錨索深層支護方式。錨桿、錨筋樁鉆孔采用T35鉆機在爆破堆渣上作業，人工與反鏟配合進行插桿、注漿，人工配合25吊車進行掛網及加固，濕噴臺車進行噴砼。

錨索鉆孔采用哈邁YXZ-90A履帶式錨索鉆機，并進行下索等工序，為避免爆破對灌漿質量產生影響，在下一層主爆完成后，搭設小型排架進行灌漿、張拉、封錨等工序。

3.3 特殊條件下造孔處理

右岸地下電站進水口正面邊坡高程950m以下引水洞洞臉兩排軸向鎖口錨桿C32，L=12m@1m×1m，坡面系統錨桿C32、L=9m@1.5m×1.5m（錨筋樁3C32、L=12m@2m×2m）。引水洞洞內環向錨桿邊墻為C36、L=9m@1m×1m和C36、L=4.5m@1m×1m交錯布置，頂拱為C32，L=9m@1m×1m錨桿，局部因塊體錨固，錨桿進行了加密布置。

引水洞洞內支護在洞臉邊坡開挖前已完成，因洞內和洞臉錨桿、錨筋樁布置較密集，導致正面邊坡坡面錨桿、錨筋樁造孔難以成孔。采用了如下處理方案：

（1）正面邊坡錨桿、錨筋樁位置嚴格按設計照藍圖進行布孔，待布孔完成后進行造孔施工，造孔過程中嚴格監控，遇卡鉆等現象停止造孔。

（2）將錨桿（或錨筋樁）孔口位置依次向上下（或左右）偏移25cm，再進行造孔。

（3）若上述1根錨桿（或錨筋樁）3個孔位中有1個成孔，則按照施工工藝完成錨桿（或錨筋樁）施工；若3個孔均無法滿足設計深度，按照最深的錨桿（或錨筋樁）孔實施。

（4）廢孔用M25水泥砂漿注漿回填密實。

4、結語

烏東德水電站右岸進水口邊坡巖石條件較差，存在反向坡、順向坡、斜向坡等結構，開挖難度大，同時施工工期緊。“一次預裂、兩次出渣、快速支護”開挖支護技術的成功應用，既滿足了工程進度要求，又確保了邊坡穩定和施工安全，獲得參建各方的一致認可。為復雜地質條件下的邊坡開挖支護施工提供了典范，值得同類工程借鑒。

參考文獻：

[1] 孫開暢，姜德全，孫志禹.向家壩電站地下廠房洞室開挖施工技術- 《東北水利水電》，2010.

[2]黃林烽 ， 韋志成 .水利工程施工中高邊坡支護與開挖技術的應用

《城市建設理論研究：電子版》 ， 2014