句容抽水蓄能電站上水庫庫盆邊坡開挖施工技術分析

楊其海, 楊 俊

中國葛洲壩第二工程有限公司,四川 成都 610091

0 引言

在目前國內施工工程中,高邊坡開挖項目主要集中在公路和水利水電施工工程中,其中在公路工程中,高邊坡開挖坡長一般控制在10～20 m;水利水電項目根據實際情況,邊坡開挖坡長可達10～100 m。實際施工中一般采用QZJ-100B潛孔鉆機造孔,利用導爆索和二號巖石乳化炸藥,采用不耦合裝藥進行光面或預裂爆破,來實現高邊坡開挖施工。受制于潛孔鉆機性能,根據相關施工經驗,一次性鉆孔深度控制在20 m范圍內,才能保證鉆孔孔位、孔斜、孔向不發生偏移。句容抽水蓄能電站上水庫庫盆邊坡長、坡度緩,如何在滿足結構規范及施工要求的同時減少超欠挖量是需要研究的課題。

1 工程概況

江蘇句容抽水蓄能電站位于江蘇省句容市境內,為一等大(1)型工程,其主要建筑物按1級建筑物設計。電站裝機容量1 350 MW(6×225 MW),日蓄能量607.5萬kW·h,多年平均抽水電量18億kW·h。電站上水庫正常蓄水位EL267.00 m,庫容1 702.7萬m3;下水庫正常蓄水位EL81.00 m,庫容1 693.12萬m3。

根據上水庫開挖設計圖紙,環庫公路EL272.4 m高程以下為1：1.7庫盆邊坡至庫底高程,庫盆1：1.7長緩邊坡實際開挖高程為EL271.53～EL242.62 m,高差28.91 m,坡長57.02 m。庫盆長緩邊坡擬采用自上而下分臺階法爆破開挖施工。為確保庫盆邊坡施工質量,邊線采用預裂爆破。邊坡為一坡到底,且中間無變坡(或馬道),若采用全坡一次性預裂爆破,因其坡度較緩(1：1.7)且坡長較長(57.02 m),一次性鉆孔施工難度大,鉆孔精度(孔斜、孔向)無法保證,特別是遇到地質條件發生巖性變化時,易出現漂孔。為確保庫盆邊坡預裂施工質量,確定采用分臺階爆破開挖施工。在庫盆邊坡臺階開挖預裂孔施工過程中,實施技術性超欠挖(架鉆、鉆孔操作空間)是非常有必要的。

上水庫庫盆EL272.4 m環庫公路全長約為3 010 m,扣除主、副壩回填區域及進/出水口開挖區域,庫盆邊坡開挖長度范圍約為1 874.3 m,開挖面積約為10.4萬m2。由于開挖范圍大,且超挖后在后續的庫盆面板施工過程中同樣存在超填工程量,故確定合理、經濟的技術性超欠挖方法,在滿足結構規范要求及施工要求的同時,盡可能減少超挖超填工程量,是必然要求。

2 地質狀況

上水庫工程區域出露的地層復雜,巖石主要為白云巖。工程區域地質構造復雜,處于侖山掀斜上升的斷塊區,褶皺不發育,屬單斜地層,主要的構造形跡以斷層和節理裂隙為主,按結構面產狀劃分,以NW向為主,有30條;WW向有22條;NNW向有16條;NE向有8條;NEE向有11條。

3 庫盆邊坡開挖施工技術

上水庫庫盆邊坡平面示意圖見圖1,庫盆邊坡典型剖面圖見圖2。

圖1 上水庫庫盆邊坡平面示意圖(局部)

注:高程單位為m,尺寸單位為cm。

3.1 邊坡開挖方法

庫盆邊坡預裂采用QZJ-100B潛孔鉆鉆孔,采用超欠挖施工方法須考慮以下3個方面。

1)根據QZJ-100B潛孔鉆尺寸及相關施工經驗,鉆孔樣架、鉆機固定、施鉆空間應不小于30 cm。

2)邊坡超欠挖施工時,在法線平行移動方向上欠挖部分不能超出庫盆邊坡墊層厚度,否則將造成鈍角外露,嚴重影響邊坡質量。

3)分臺階開挖,需要考慮單個臺階坡長,根據相關施工經驗,一次性邊坡開挖坡長應不超過20 m,否則無法保證鉆孔質量。

綜合以上因素,庫盆邊坡開挖分3個臺階,臺階高度分別為9.5、9.91、9.5 m,對應的坡長分別為18.74、19.55、18.74 m。施工方案按最終法線方向30 cm距離考慮(欠15 cm+超15 cm),滿足欠挖尺寸小于邊坡墊層厚度的要求;同時坡面施鉆平臺水平寬度約為60 cm,滿足鉆機架立空間需求。庫盆分層開挖示意圖見圖3,鉆機架設、固定示意圖見圖4,鉆機架設現場施工圖見圖5,預裂孔裝藥施工圖見圖6。

注:高程單位為m,尺寸單位為cm。

注:單位為cm。

圖5 鉆機架設現場施工

圖6 預裂孔裝藥施工圖

3.2 邊坡開挖方法分析

邊坡開挖采用技術性超欠挖法,采用調整施鉆角度,各開挖臺階采用欠挖與超挖平衡,形成開口欠挖15 cm,底口超挖15 cm的開挖邊坡,臺階邊坡的開挖坡比小于1：1.7。

自上而下分3個臺階開挖,臺階1按技術性超挖施工,臺階2按技術性超欠挖法施工,臺階3按技術性欠挖施工。采用此方法施工,欠挖及超挖最大法線方向尺寸為30 cm(±15 cm),臺階1超挖面積分別為1.43 m2,臺階2欠挖、超挖面積均為0.728 m2,臺階3欠挖面積為1.43 m2,庫盆邊坡總體開挖不發生超挖、超填工程量。現場開挖效果見圖7。

圖7 現場開挖效果

技術性超欠挖法均按常規方法施工,無需特別處理,其施工進度及施工質量均可控。庫盆邊坡開挖后總體不出現超挖工程量,在后續的面板施工中亦不存在超填量,但各開挖平臺開挖后會形成臺口。因此需要主要以下事項:開挖驗收結構線,按擬定的開挖線進行驗收評定;各臺階開挖過程中,盡可能將超欠挖平臺開挖成鈍角坡面,以利于后期的回填及面板施工;對出現的超欠平臺參照設計要求進行處理。其處理方式見圖8。

圖8 超欠開挖平臺處理示意圖

4 邊坡預裂孔施工方案

4.1 預裂孔施工程序

預裂孔施工程序為:測量放樣—鉆孔樣架搭設及鉆機固定—鉆孔—驗孔—裝藥—堵塞—聯網—警戒—爆破—炮后檢查。

4.2 預裂孔施工質量控制措施

4.2.1 鉆孔樣架及鉆孔控制措施

采用搭設鉆孔樣架、鉆機固定、孔位角度測量的方法來控制造孔精度。采用?48鋼管搭設鉆孔定位三角樣架,樣架由限位桿、輔助橫桿、支架鋼管、三角支架等組成。鉆架平臺與QZJ-100B潛孔鉆機之間釆用專用金屬扣件連接固定,為防止鉆孔過程中鉆機振動過大導致鉆孔位置偏移,每臺鉆機與鉆架之間固定扣件不少于4個。根據放樣數據固定、調整好鉆機位置,鉆孔前校核鉆孔孔位、孔斜、孔向與測量所放孔位、孔向和開挖坡比相是否一致。確認無誤后,根據鉆孔參數表和交底進行鉆孔作業。

鉆孔前,作業人員根據交底卡對孔位進行復核,確認無誤后才能開鉆。邊坡預裂鉆孔釆用QZJ-100B潛孔鉆機造孔,孔徑90～100 mm,預裂孔直線段間距為80～120 cm,曲線段、變坡、折坡段間距為60～80 cm。具體情況根據現場地質等條件進行適時調整。其中,鉆孔檢測尤為重要,主要分為鉆前檢測和鉆中復測。

1)鉆前檢測。根據設計要求及放樣數據確定好鉆孔孔位、孔斜和孔向3個要素,根據這3個要素調整固定好鉆機位置、高度、角度,直至滿足鉆孔精度要求。

2)鉆中復測。在開孔進尺到3 cm和10 cm過程中,應以小于鉆孔正常壓力進行試鉆,檢查鉆機和鉆架的緊固扣件是否有松動,并復測孔位、孔斜和孔向3個要素是否發生變化,若有變化應及時緊固調整,若無變化可適當加大鉆孔壓力至正常壓力繼續鉆孔。

4.2.2 鉆孔質量保證措施

1)鉆孔前認真做好測量工作。

2)釆用滿足要求的測量儀器和測量控制手段,不應采用視距法進行放樣。

3)預裂孔孔位釆取逐孔測量放樣,放樣數據自檢后報監理工程師復核,簽字確認后方可用于指導現場鉆孔施工。

4)鉆機搭設驗收遵守《鉆孔準鉆證》制度:鉆機各方面參數檢測合格后,現場質檢人員向監理工程師提出開鉆申請,簽字確認后方可進行作業。

5)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3根鉆桿的“三次較鉆”制度。

6)預裂孔鉆孔的方位角、傾角的質量直接影響邊坡開挖質量,在鉆孔過程中,嚴格控制鉆孔的方位角、傾角的質量,由現場施工員、質檢員全過程跟蹤控制;每個預裂孔均有完整的鉆孔記錄,如有巖灰異常、卡鉆、掉鉆等情況,記錄均須如實反映,同時施工人員還應及時向當班質檢反映,最終由監理工程師確定處理措施。

7)根據以往類似項目的施工經驗,每個炮孔在鉆孔時入巖鉆進的速度和風壓對預裂孔成孔質量有較大影響,因此對入巖鉆進的速度和風壓應嚴格控制:前3根鉆桿鉆速控制在40 min/m,風壓控制在0.6 MPa左右,后續鉆桿鉆速為20 min/m,風壓控制在0.7 MPa左右,鉆速和風壓根據實際情況進行調整,遇到地質條件復雜時,速度還應放慢,每個孔從鉆孔開始到結束,必須做好時間記錄。

8)為提高鉆孔精度,鉆孔環節應配置精度為0.2°的不銹鋼量角器。

9)每個梯段爆破完成后,進行清渣處理。再由測量人員和質檢人員對現場邊坡開挖爆破后產生的半孔率、平整度等情況進行檢查和統計。

10)邊坡開挖的質量檢查貫穿整個鉆爆施工過程,要切實做到發現問題、及時整改,確保邊坡開挖質量。

4.2.3 孔位驗收及爆破控制措施

1)鉆孔結束后,質檢人員檢查炮孔孔深、孔距、角度等炮孔參數是否與擬定參數表相符,填寫炮孔檢查記錄。經檢查不符合質量要求的鉆孔,需要進行處理或重新造孔,以保證良好的爆破效果。

2)現場提前做好預裂孔爆破試驗,指導預裂爆破開挖參數的優化設計,主要包括線裝藥密度、裝藥結構、起爆網絡及微差時間的參數選擇和優化,為庫盆長緩邊坡開挖施工提供指導依據。

3)現場爆破堅持做到“一炮一設計”“一炮一申請”“一炮一評估”“一炮一小結”。根據現場巖石情況及時調整爆破孔網參數,確保爆破效果。

4.2.4 爆破參數及效果

上水庫庫盆預裂爆破最優參數見表1,預裂爆破經濟技術指標見表2,上庫庫盆斷面成型、超欠挖、保留巖體完整性等情況(以上水庫A區為例)見表3。

表1 上庫庫盆預裂爆破最優參數

表2 上庫庫盆預裂爆破經濟技術指標

表3 上庫庫盆斷面成型、超欠挖、保留巖體完整性等

5 結束語

上水庫庫盆邊坡開挖是句容抽水蓄能上水庫開挖施工過程中最困難和最重要的一部分。斷層、節理、裂隙發育的存在對庫盆的開挖爆破質量提出很高的要求,現場采取了合理、經濟的技術性超欠挖方法,在滿足結構規范要求及施工要求的同時,庫盆長緩邊坡開挖后總體不出現超挖工程量,在后續的面板施工中亦不存在超填量,為后續瀝青面板施工及按期蓄水提供了可靠的保障。