烏東德水電站壩肩槽開挖施工技術(shù)及質(zhì)量控制研究

明明　陳佳文　劉洋

【摘 要】文章對(duì)烏東德水電站雙曲拱壩壩肩槽設(shè)計(jì)體型和材料、設(shè)備情況研究，分析并結(jié)合實(shí)際開挖進(jìn)度與質(zhì)量要求，通過采用烏東德壩肩槽進(jìn)行立體建模的形式，模擬壩肩槽體型形態(tài)對(duì)其各工序加以研究，取得了科學(xué)的施工工序規(guī)劃及實(shí)施流程、合理的爆破參數(shù)以及良好質(zhì)量效果，從而形成大型水電站高邊坡壩肩槽開挖的一套行之有效的施工技術(shù)及質(zhì)量管理理論體系和實(shí)踐基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】烏東德水電站；壩肩槽開挖技術(shù)；質(zhì)量；控制

中圖分類號(hào)： TV74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）30-0230-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.102

1 概述

1.1 工程簡(jiǎn)介

烏東德水電站是金沙江下游河段（攀枝花市至宜賓市）四個(gè)水電梯級(jí)——烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩中的最上游梯級(jí)，為Ⅰ等大（1）型工程，樞紐工程主體建筑物由擋水建筑物、泄水建筑物、引水發(fā)電建筑物等組成。擋水建筑物為混凝土雙曲拱壩，建基面高程為718m，壩頂高程988m，最大壩高270m，電站總庫容74.08億m3，總裝機(jī)容量10200MW。

1.2 施工難點(diǎn)

（1）壩肩槽開挖體型為自上而下發(fā)散呈“扇形”，形態(tài)上既是一個(gè)斜坡面，又是一個(gè)扭面，呈陡～緩地形且中間不設(shè)置馬道，鉆機(jī)架設(shè)困難，造孔難度較大。

（2）雖然壩肩槽總體巖體質(zhì)量較好，但局部受層間及層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶切割、風(fēng)化卸荷等影響，爆破后局部容易產(chǎn)生裂隙，在壩基槽開挖的平整度、超欠挖、半孔率等質(zhì)量質(zhì)量指標(biāo)控制上難度較大。

（3）壩肩槽上下游邊坡施工項(xiàng)目繁雜，關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，施工期存在相互交叉和重疊的問題，若未能統(tǒng)籌協(xié)調(diào)規(guī)劃，相互之間可能存在較大的干擾。

2 壩肩槽開挖技術(shù)研究

2.1 爆破參數(shù)的選擇

為取得合理的爆破參數(shù)，在左、右岸壩肩槽建基面及其附近共進(jìn)行了7次爆破試驗(yàn)，分別試驗(yàn)了10m、12m、15m三種梯段高度的爆破效果。就爆破質(zhì)量而言，梯段高度10m較優(yōu)，梯段高度12m次之，梯段高度15m最差。綜合考慮開挖質(zhì)量與施工進(jìn)度兩者之間的關(guān)系，初步確定壩肩槽邊坡爆破梯段高度一般為10m，爆破厚度6.0m～8.0m，一次爆破方量約4500m3左右，總裝藥量不超過2t。

2.2 左右岸壩肩槽爆破參數(shù)優(yōu)化

（1）左岸壩肩槽爆破參數(shù)

預(yù)裂孔：線裝藥密度：加強(qiáng)段294g/m、正常段147g/m，底部裝藥量1.8kg，單孔裝藥量3.8kg。

緩沖孔：孔徑90mm、間排距2.5m×2.3m，單耗0.25g/m3，堵塞長(zhǎng)度2.5m，單孔裝藥量22kg。

主爆孔：孔徑90mm、間排距3m×3m，單耗0.4g/m3，堵塞長(zhǎng)度3.0m，單孔裝藥量36kg。

（2）右岸壩肩槽爆破參數(shù)

預(yù)裂孔：線裝藥密度：加強(qiáng)段263g/m、正常段130g/m，底部裝藥量1.8kg，單孔裝藥量3.4kg。

緩沖孔：孔徑90mm、間排距2.3m×2.0m，單耗0.3g/m3，堵塞長(zhǎng)度3m，單孔裝藥量22.4kg。

主爆孔：孔徑90mm、間排距4m×3m，單耗0.4g/m3，堵塞長(zhǎng)度3.0m，單孔裝藥量40kg。

爆破影響控制：預(yù)裂孔最大單響20Kg，主爆孔最大單響60Kg，緩沖孔最大單響46Kg。開挖梯段高度控制在10m范圍。

2.3 壩肩槽分層、分區(qū)規(guī)劃

壩肩槽開挖原則為：高程上，按自上而下進(jìn)行分層；平面上，按自上游往下游進(jìn)行分塊。

2.3.1 高程分層規(guī)劃

開挖分層高程與爆破梯段高度相同，左右岸壩肩槽開挖分層高度一般為10m，考慮左岸高程785m及右岸高程805m以下壩肩槽邊坡坡度逐漸變緩，開挖高度調(diào)整為7.5m～2.0m，以保證開挖質(zhì)量。根據(jù)以上分層原則，左、右岸總共規(guī)劃為29個(gè)開挖分層。總體進(jìn)度目標(biāo)為每40天開挖高度為30m，以壩肩槽開挖為先鋒線，對(duì)其上、下游邊坡進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。壩肩槽每13天為一個(gè)分層高度（10m），上、下游邊坡每20天為一個(gè)分層高度（15m），上、下游邊坡領(lǐng)先壩肩槽進(jìn)行爆破，最終達(dá)到兩側(cè)工程邊坡開挖不影響壩肩槽開挖的目的。

2.3.2 平面分區(qū)規(guī)劃

壩肩槽邊坡自山體向江邊分為后區(qū)和前區(qū)兩個(gè)子區(qū)；壩肩槽兩側(cè)邊坡自上游向下游分為四個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)自山體向江邊又分為馬道保護(hù)層、后區(qū)和前區(qū)三個(gè)子區(qū)。為了給壩肩槽爆破創(chuàng)造有利的臨空面，壩肩槽兩側(cè)邊坡應(yīng)先于壩肩槽邊坡進(jìn)行爆破開挖，邊坡開挖分8道工序依次進(jìn)行：①二、三區(qū)工程邊坡馬道保護(hù)層開挖→②二、三區(qū)區(qū)工程邊坡前區(qū)巖梗爆破→③一、四區(qū)工程邊坡馬道保護(hù)層開挖→④二、三區(qū)工程邊坡后區(qū)巖臺(tái)結(jié)構(gòu)面預(yù)裂爆破→⑤壩肩槽前區(qū)巖梗爆破→⑥一、四區(qū)工程邊坡前區(qū)巖梗爆破→⑦壩肩槽后區(qū)結(jié)構(gòu)面巖臺(tái)預(yù)裂爆破→⑧一、四區(qū)工程邊坡后區(qū)結(jié)構(gòu)面巖臺(tái)預(yù)裂爆破。

2.4 預(yù)裂孔三維建模研究

考慮到壩肩槽邊坡未不規(guī)則的扭面，壩肩槽預(yù)裂孔三維建模的精度直接影響壩肩槽開挖的質(zhì)量。在壩肩槽每一梯段開挖前，在充分考慮到鉆機(jī)的架鉆40cm空間的基礎(chǔ)上，根據(jù)超欠平衡原則，通過建立壩肩槽三維立體原坐標(biāo)模型，線性插值、三角函數(shù)等數(shù)學(xué)原理進(jìn)行計(jì)算，內(nèi)容包括：

（1）預(yù)裂孔孔口坐標(biāo)：首爆高程（988m）控制點(diǎn)坐標(biāo)、預(yù)裂孔間距；

（2）孔底高程設(shè)計(jì)控制點(diǎn)坐標(biāo)：用線性插值公式進(jìn)行驗(yàn)算；

式中：xq為需求某點(diǎn)X軸坐標(biāo)值，m；yq為需求某點(diǎn)Y軸坐標(biāo)值，m；zq為需求某點(diǎn)Z軸高程，m；xg、xd為已知點(diǎn)X軸坐標(biāo)值，m；yg、yd為已知點(diǎn)Y軸坐標(biāo)值，m；zg、zd已知點(diǎn)Z軸高程，m；

（3）孔底高程實(shí)際控制點(diǎn)坐標(biāo)：考慮QZJ-100B型鉆機(jī)需要一定施工空間，等坡比邊坡段40cm，變坡比段可適當(dāng)增加且≤200cm；把第（2）步設(shè)計(jì)控制點(diǎn)坐標(biāo)向坡內(nèi)偏移；

（4）設(shè)計(jì)預(yù)裂孔孔底坐標(biāo)：第（3）步孔底高程實(shí)際控制點(diǎn)坐標(biāo)、預(yù)裂孔間距。為了保證爆破質(zhì)量，拱肩槽中間區(qū)域采用等間距布孔，兩側(cè)采用發(fā)散布孔；

（5）預(yù)裂孔孔深、傾角、方位角：預(yù)裂孔孔口坐標(biāo)、第（4）步預(yù)裂孔孔底坐標(biāo)；

（6）下一爆孔口高程實(shí)際控制點(diǎn)坐標(biāo)：根據(jù)第（2）計(jì)算的設(shè)計(jì)控制點(diǎn)坐標(biāo)，向坡外偏移

（7）下一爆孔口坐標(biāo)：根據(jù)第（6）步實(shí)際控制點(diǎn)坐標(biāo)，預(yù)裂孔間距；其他按第（2）～（6）條進(jìn)行循環(huán)。

2.5 預(yù)裂孔個(gè)性化裝藥

預(yù)裂孔造孔中，對(duì)鉆孔過程中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行記錄，并及時(shí)繪制成鉆孔柱狀圖；后續(xù)爆破裝藥設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)無異常部位進(jìn)行正常裝藥，對(duì)出現(xiàn)掉鉆部位適當(dāng)減少裝藥量，通過制定“個(gè)性化”爆破參數(shù)，提高了壩肩槽的超欠挖、平整度、半孔率等開挖質(zhì)量參數(shù)。

3 質(zhì)量檢測(cè)成果

開挖質(zhì)量檢測(cè)成果如下：

（1）不平整度、超欠挖

左岸壩肩槽不平整度最大值28.3cm，最小值0.00cm，平均值6.14cm，檢測(cè)合格率97.0%；右岸壩肩槽不平整度最大值為23.2cm，最小值0.2cm，平均值5.12cm，檢測(cè)合格率98.4%。

（2）半孔率

左岸壩肩槽平均半孔率93.3%，右岸壩肩槽平均半孔率91.6%。

（3）超、欠挖

左岸壩肩槽最大超挖32.3cm，平均超挖6.47cm，無欠挖；右岸壩肩槽最大超挖29.5cm，平均超挖7.03cm，無欠挖。

（4）最大爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度

左岸壩肩槽總計(jì)開挖爆破檢測(cè)次數(shù)為27次，最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度超標(biāo)4次，超標(biāo)比例14.8%；右岸壩肩槽總計(jì)開挖爆破檢測(cè)次數(shù)為26次，最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度超標(biāo)5次，超標(biāo)比例19.2%。

（5）爆破影響深度

左岸壩肩槽開挖爆破影響深度未出現(xiàn)超標(biāo)情況，總計(jì)平均值為0.63m。右岸壩肩槽爆破影響深度未出現(xiàn)超標(biāo)情況，總計(jì)平均值為0.59m。

4 結(jié)語

烏東德水電站壩肩槽開挖通過科學(xué)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、技術(shù)分析與規(guī)劃、并利用限制爆破規(guī)模范圍控制總裝藥量和采用高精度雷管合理優(yōu)化爆破參數(shù)及起爆網(wǎng)路以控制開挖質(zhì)量，成功的取得提升壩肩槽質(zhì)量及進(jìn)度的管理手段和實(shí)踐數(shù)據(jù)，為后續(xù)大型水電站項(xiàng)目工程精細(xì)化管理提供重要的借鑒和參考依據(jù)。

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