特高拱壩水墊塘反拱型底板開(kāi)挖施工技術(shù)

周震鈞

摘要：白鶴灘水電站水墊塘全長(zhǎng)約360.00m，采用圓弧反拱底板接復(fù)式梯形斷面。水墊塘反拱底板圓弧半徑111.02m，圓弧底板弧底開(kāi)挖高程556.00m，拱端開(kāi)挖高程559.00m，反拱底板預(yù)留保護(hù)層，保護(hù)層厚度為2～5m。水墊塘基礎(chǔ)為柱狀節(jié)理玄武巖、角礫熔巖及隱晶質(zhì)玄武巖，根據(jù)水墊塘施工條件及開(kāi)挖體型特點(diǎn)，水墊塘高程603.00～559.00m之間邊坡采用自上而下分層梯段預(yù)裂爆破開(kāi)挖，高程559.00m以下水墊塘反拱底板基礎(chǔ)采用水平預(yù)裂爆破和復(fù)合消能爆破相結(jié)合的方式開(kāi)挖，既保證了建基面開(kāi)挖質(zhì)量，也極大的縮短了反拱底板開(kāi)挖的施工工期，為實(shí)現(xiàn)了水墊塘混凝土如期開(kāi)澆提供了保障。

關(guān)鍵詞：圓弧反拱底板；預(yù)留保護(hù)層；柱狀節(jié)理玄武巖；水平預(yù)裂爆破 ；復(fù)合消能爆破

1工程概況

1.1樞紐介紹

白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣境內(nèi)，是金沙江下游干流河段梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第二個(gè)梯級(jí)電站。電站的開(kāi)發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧防洪，并有攔沙、發(fā)展庫(kù)區(qū)航運(yùn)和改善下游通航條件等綜合效益，是西電東送骨干電源點(diǎn)之一。水庫(kù)總庫(kù)容206.27億m3，正常蓄水位825.00m，電站裝機(jī)容量16000MW，多年平均發(fā)電量625.21億kW？h。本工程為Ⅰ等大（1）型工程，樞紐工程由攔河壩、泄洪消能建筑物和引水發(fā)電系統(tǒng)等主要建筑物組成。攔河壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程834.00m，最大壩高289.00m，壩下設(shè)水墊塘和二道壩。地下廠(chǎng)房對(duì)稱(chēng)布置在左、右兩岸，廠(chǎng)房?jī)?nèi)各安裝8臺(tái)單機(jī)容量為1000MW水輪發(fā)電機(jī)組。電站建成后，將僅次于三峽水電站成為世界第二大水電站。

1.2 水墊塘體型及地質(zhì)條件

白鶴灘水電站大壩下游水墊塘采用圓弧反拱底板接復(fù)式梯形斷面。水墊塘反拱底板圓弧半徑111.02m，圓心角26.73°，弦長(zhǎng)51.27m，圓弧底板弧底開(kāi)挖高程556.00m，拱端開(kāi)挖高程559.00m，矢高3m，反拱底板預(yù)留保護(hù)層，保護(hù)層頂面高程561.00m，保護(hù)層厚度為2～5m。

水墊塘邊坡主要分布P2β31～P2β32層隱晶質(zhì)玄武巖、第二類(lèi)柱狀節(jié)理玄武巖、角礫熔巖等，

基礎(chǔ)主要由P2β32層柱狀節(jié)理玄武巖、角礫熔巖部位和P2β31層隱晶質(zhì)玄武巖構(gòu)成。P2β32層柱狀節(jié)理玄武巖巖體內(nèi)層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶發(fā)育，巖體呈弱風(fēng)化下段，弱卸荷，開(kāi)挖爆破制標(biāo)準(zhǔn)較高（要求10m高處振速不大于10cm/s，1m處聲波衰減率不大于10%）。

2水墊塘反拱底板開(kāi)挖總體方案

水墊塘左岸邊坡高程603m以下開(kāi)挖厚度大，約35～60m，按照設(shè)計(jì)要求，應(yīng)采取前緣分塊爆破，基礎(chǔ)面預(yù)留保護(hù)層厚約3～6m；高程559m以下為圓弧反拱底板斷面，弧底板弧底開(kāi)挖高程556.00m，拱端開(kāi)挖高程559.00m，矢高3m，反拱底板預(yù)留保護(hù)層，保護(hù)層頂面高程561.00m，保護(hù)層厚度為2～5m。

根據(jù)水墊塘的地形條件、體型特點(diǎn)及工期要求，水墊塘高程603.00～559.00m之間邊坡在前沿塊爆破完成后，同步進(jìn)行自上而下分層梯段的預(yù)裂爆破開(kāi)挖；高程559.00m以下水墊塘反拱底板基礎(chǔ)采用水平預(yù)裂爆破和復(fù)合消能爆破相結(jié)合的方式開(kāi)挖。

水墊塘反拱段位于水墊塘邊坡的底部，為保證水墊塘反拱底板開(kāi)挖時(shí)壩基及水墊塘施工道路的暢通，以水墊塘中心線(xiàn)為界，對(duì)水墊塘反拱分左右岸兩部分進(jìn)行開(kāi)挖。當(dāng)一側(cè)施工時(shí)，可在另一側(cè)布置施工道路，施工道路采用左右岸交替布置的方式以保證整個(gè)大壩基坑施工材料、設(shè)備及渣料的正常運(yùn)輸。

3水墊塘反拱底板開(kāi)挖施工程序

水墊塘邊坡高程603.00～559.00m，在前沿塊爆破完成后，預(yù)留保護(hù)層主要采用預(yù)裂爆破施工，建基面邊坡預(yù)裂主要根據(jù)保護(hù)層頂面開(kāi)挖巖石出露情況及振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行布孔及裝藥，在巖層出露相同部位，根據(jù)上一炮的監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)爆破參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

水墊塘反拱底板高程559.00m以下（保護(hù)層頂面高程561.00m）基柱狀節(jié)理玄武巖開(kāi)挖質(zhì)量要求高、工序復(fù)雜、施工工期緊張（整個(gè)水墊塘預(yù)裂面積23.8萬(wàn)m2，開(kāi)挖工程量達(dá)143萬(wàn)m3，施工工期僅為9個(gè)月，開(kāi)挖預(yù)裂速度將達(dá)2.6萬(wàn)m2/月（881m2/天）），為實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)工期目標(biāo)，研究出了上下兩側(cè)或中部抽槽，順?biāo)飨蚨帱c(diǎn)面推進(jìn)，確保了反弧基礎(chǔ)面成型及大面積預(yù)裂和復(fù)合消能爆破相結(jié)合同步進(jìn)行施工。

4水墊塘反拱開(kāi)挖爆破技術(shù)

根據(jù)水墊塘節(jié)點(diǎn)工期目標(biāo)及不影響大壩固結(jié)灌漿（水墊塘開(kāi)挖和壩基固結(jié)灌漿之間的安全距離按照規(guī)范要求不小于30m），為加快水墊塘的開(kāi)挖速度，水墊塘反弧基礎(chǔ)面開(kāi)挖采用預(yù)裂能爆破和復(fù)合消能爆破相結(jié)合方式進(jìn)行施工。預(yù)裂能爆破和復(fù)合消能爆破均采用精細(xì)化開(kāi)挖爆破方案，在試驗(yàn)區(qū)及非試驗(yàn)區(qū)爆破實(shí)行一炮一總結(jié)，建基面每開(kāi)挖一塊，由參建各方召開(kāi)梯段總結(jié)會(huì)，對(duì)梯段上鉆至爆破結(jié)束全過(guò)程進(jìn)行客觀、全面的總結(jié)分析，確定爆破規(guī)模，優(yōu)化爆破參數(shù)，確保保留巖體損傷深度及基礎(chǔ)超欠挖控制在標(biāo)準(zhǔn)以?xún)?nèi)保證反拱基礎(chǔ)面開(kāi)挖質(zhì)量。

4.1邊坡預(yù)裂爆破技術(shù)

水墊塘邊坡高程603.00～559.00m，為減小開(kāi)挖爆破對(duì)建基面保留巖體的振動(dòng)影響，保護(hù)層頂面和保護(hù)層均采用YQ-100B潛孔鉆造孔、預(yù)裂爆破技術(shù)開(kāi)挖成型，按照“建基面預(yù)裂孔+外部平行緩沖孔臺(tái)階爆破法”開(kāi)挖施工，預(yù)裂面外側(cè)緩沖層厚度按照不小于1.2～1.5m控制，預(yù)裂爆破每循環(huán)推進(jìn)進(jìn)尺10～12m以?xún)?nèi)。

為確保建基面開(kāi)挖成型質(zhì)量，在保護(hù)層頂面進(jìn)行預(yù)裂爆破試驗(yàn)，優(yōu)化調(diào)整爆破參數(shù)，具體見(jiàn)表4-1。施工過(guò)程中，對(duì)鉆孔、裝藥及聯(lián)網(wǎng)爆破等工序進(jìn)行精細(xì)化控制，每次爆破后進(jìn)行總結(jié)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和爆破效果對(duì)下一層開(kāi)挖爆破參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

4.2反拱底板預(yù)裂爆破技術(shù)

水墊塘邊坡高程559.00m以下根據(jù)巖石地質(zhì)狀況及施工施工工期安排采用了預(yù)裂和復(fù)合消能爆破。在巖石地質(zhì)條件較好部位采用水平預(yù)裂進(jìn)行施工，水平預(yù)裂孔采用YQ-100B潛孔鉆進(jìn)行造孔，按照10m左右進(jìn)尺從掏槽兩側(cè)或上游、下游臨空面逐塊循環(huán)推進(jìn)。預(yù)裂孔基本平行于設(shè)計(jì)建基面，為減少主爆孔爆破對(duì)建基面保留巖體的振動(dòng)影響，主爆孔至預(yù)裂孔（建基面）預(yù)留1.2m的緩沖層。

4.3反拱底板復(fù)合消能爆破技術(shù)

為加快水墊塘保護(hù)層開(kāi)挖進(jìn)度，根據(jù)前期在河床壩段保護(hù)層頂面及水墊塘斜坡部位進(jìn)行的復(fù)合消能爆破技術(shù)試驗(yàn)成果，在水墊塘高程559.00m以下反拱底板基礎(chǔ)為柱狀節(jié)理玄武巖、角礫熔巖區(qū)域采用復(fù)合消能爆破。復(fù)合消能爆破是在垂直開(kāi)挖面的爆破孔底部安裝一種特殊的消能結(jié)構(gòu)和以松砂等柔性材料為主的緩沖層，通過(guò)特定型式的消能結(jié)構(gòu)反射爆炸沖擊波，誘導(dǎo)爆炸沖擊波能量沿基礎(chǔ)開(kāi)挖面方向聚集，實(shí)現(xiàn)相鄰孔間巖體的充分破碎，同時(shí)消能座的破碎和松砂的壓實(shí)可以消耗爆炸能量從而減輕爆破對(duì)炮孔底部巖體的損傷。此方法通過(guò)在孔底基礎(chǔ)開(kāi)挖面方向上加強(qiáng)巖體破碎，在垂直開(kāi)挖面方向上削弱巖體的爆破損傷可有效減小爆后的起伏差，保證基礎(chǔ)開(kāi)挖面的一次成型，從而達(dá)到提高壩基開(kāi)挖質(zhì)量和施工效率的目的。

復(fù)合消能裝置反射爆破能量沿球面的各切面方向，為保證保證爆破面相臨炮孔爆破面平整及圓弧底板體型，要求每個(gè)炮孔均垂直于圓弧建基面，頂部指向反拱圓心。施工工程中，測(cè)量人員根據(jù)爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行逐孔放樣，造孔完成后，再根據(jù)實(shí)際孔深計(jì)算回填深度，確保復(fù)合消能裝置中心和設(shè)計(jì)建基面齊平。

4.4 爆破監(jiān)測(cè)成果

通過(guò)對(duì)水墊塘反拱底板預(yù)裂爆破及復(fù)合消能爆破的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)，均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)技術(shù)要求的爆前、爆后聲波測(cè)試，巖體厚度 1.0m 聲波衰減不大于 10%的（建基面高程以下 1.0m）及距離此梯段 10m 處，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度小于 5cm/s的指標(biāo)，兩種爆破方式均能獲得較好的建基面成型效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

白鶴灘水電站水墊塘反拱底板通過(guò)采用預(yù)留保護(hù)層開(kāi)挖和復(fù)合消能爆破等精細(xì)化施工技術(shù)開(kāi)挖，不僅保證了建基面開(kāi)挖質(zhì)量，也極大的縮短了反拱底板開(kāi)挖的施工工期，為實(shí)現(xiàn)了水墊塘混凝土如期開(kāi)澆提供了保障。

在國(guó)家加大基礎(chǔ)建設(shè)力度、推行“一帶一路”戰(zhàn)略的大背景下，復(fù)合消能的巖石基礎(chǔ)開(kāi)挖控制爆破技術(shù)在南水北調(diào)、西氣東送等水電、能源、交通 及礦山建設(shè)方面均具有廣闊的工程應(yīng)用推廣前景，該類(lèi)型爆破技術(shù)的推廣應(yīng)用將在其它水電建設(shè)項(xiàng)目中產(chǎn)生巨大的直接和間接經(jīng)濟(jì)效益，并能為我國(guó)巖體開(kāi)挖輪廓爆破技術(shù)與爆破損傷的控制技術(shù)發(fā)展提供新思路。

（作者單位：中國(guó)水利水電第八工程局有限公司）