爆破槽挖施工技术在坝肩基岩防渗墙施工中的应用

何承俊,覃 磊,梁贵占

(四川大渡河龙头石水电开发公司,四川 石棉 625400)

1 工程概况

龙头石水电站位于雅安市石棉县境内安顺场上游约 10 km处,上游与大岗山水电站衔接,下游与规划的老鹰岩水电站衔接,为大渡河干流规划调整推荐 22级方案的第 15梯级电站。龙头石水电站控制集水面积为 63040 km2,占全流域面积的 81.4%;正常蓄水位为 955.00m,库容约 1.2亿m3,电站装机容量为 700 MW。电站开发任务主要以发电为主,枢纽由沥青混凝土心墙堆石坝、左岸地面厂房与三条泄洪洞组成。导流方式为断流围堰,隧洞全年导流。

大渡河龙头石水电站右岸基岩混凝土防渗墙桩号范围为 0-060.00～0+99.45m,轴线长 159.45m,墙厚 80 cm,右岸基岩混凝土防渗墙最大造孔深度为 25.20m,平均成墙深度为 19.40m。其中桩号 0-06.75～0-060.00m右岸基岩混凝土防渗墙在坝肩防渗墙施工廊道内施工,其它部分在山体斜坡上施工完成。

龙头石大坝右坝肩基础属于粗粒花岗岩,采用帷幕灌浆防渗可灌性较差该部位防渗方案中未选择灌浆防渗方案。为了防止右坝肩出现绕坝渗漏破坏坝体的情况,设计单位根据现场实际情况在大坝右坝肩岩石边坡上设计了一道混凝土地下防渗墙,墙厚 80 cm,桩号范围为 0-060.00～0+99.45m,混凝土强度为 C 30。

由于该项目坝肩边坡地下防渗墙施工存在施工场地狭窄,冲击钻机吊装困难、上下层施工作业干扰大、施工功效较低,如何确保工程进度满足防渗设计要求成为摆在施工现场的实际困难。施工项目部根据现场实际情况,经过细致的研究和充分评价调整了相关施工方案,决定取消常规的冲击钻造孔成槽的方案,尝试采用微量控制爆破人工开挖成槽后浇筑混凝土防渗墙的施工方案,解决现场存在的实际困难。

2 施工布置

2.1 施工平台

根据设计防渗墙顶线边坡比(1:1.7)及右坝肩基岩混凝土防渗墙施工的需要,右坝肩开挖形成了 13级台阶状,台阶之间高差约为 4.4m;平台长度约 7.0m,平台上下游宽 10.0m,即沿防渗墙轴线上下游各 5.0m。

2.2 槽段划分

13级平台从上至下共划分了 14个槽段。在 14个施工槽段中,1#槽段长 12.5m,2#槽段长 9.0m;3#、4#槽段长度为9.2m,分两个槽段爆破开挖,长度分别为 5.2m和 4.0m;5#～13#槽段的长度均为 7.0m,亦分两个槽段施工,每个槽段长度为 3.5m;14#槽段长度为 5.05m,单独施工。

基岩挖槽的施工关键在于创造一个凌空面,本工程采用混合楔形掏槽法,即在工作面的中间位置布置少量炮眼,爆破时首先起爆,在工作面形成一个槽口,为其余的炮眼爆破创造有利条件。

3 爆破材料

3.1 炸药

由于山体水含量比较丰富,爆破孔钻孔完成后,大部分孔内都有渗水残留,故在选取爆破材料时选择了具有抗水性能的乳化炸药。由于乳化炸药的组分中不含有毒的梯恩梯等物质,爆炸后的有害气体生成量也很少,减少了爆破后槽孔内通风散烟的时间,为下道工序的及时衔接创造了较好条件。

3.2 引爆装置

3.2.1 舜发电雷管

本工程中电雷管主要起到引爆的作用,工程中按其起爆药量的多少分为 10个等级,号数愈大,其起爆药量愈多,雷管的起爆能力愈强。爆破施工中 8号和 6号雷管用的最多,本工程选用的是 8号舜发电雷管。

3.2.2 非电毫秒延期导爆管雷管

结合工程实际情况,选用非电毫秒雷管具有诸多优越性和可行性。非电毫秒雷管是用塑料导爆管引爆而延期时间以毫秒数量级计量的雷管,非电毫秒雷管的段位及延期时间见表 5-1,本工程选择的有 1段、3段 5段三个段位,即在爆破施工中每一段爆破都有 50毫秒的间隔。

3.2.3 起爆器

由于工作面的原因,考虑到放炮时要保证工作人员安全撤离现场,引爆装置采用 MF B-100型电容式起爆器。

4 爆破参数

施工过程中由于开挖深度逐渐加深,岩石的风化程度逐渐减弱,不同部位的爆破参数也根据现场实际情况进行相应的调整,特别是槽段顶部孔口部位的爆破,更应保证周边岩体的整齐和完整。根据施工现场的具体条件和类似工程的经验数据,并通过实践检验修正,确定了爆破施工的参数如下:

4.1 炮眼参数

炮眼直径的大小直接影响钻眼速度、炮眼数目、单位炸药消耗量、爆落岩石的块度和槽孔轮廓的平整性。在我国,小断面爆破掘进(S＜4m2)一般采用 25～32 mm的炮眼直径,因此本工程选取炮眼直径为 32 mm。

炮眼深度影响着每个掘进工序的工作量和完成个工序的时间,而且影响爆破效果和掘进速度,控制循环次数,逐步增加眼深,能使工时得到充分利用,但断面愈小,随着眼深的增加,爆破受到的夹制作用愈大。由于本工程断面宽度仅为 0.8m,结合其它因素,确定掏槽孔深 0.8m,一般爆破孔深为 0.7m。

根据《爆破工程》中介绍的一些经验参数(表 4-1),结合炸药的殉爆试验数据,确定炮眼的孔距为 40 cm,两排孔,排距为 60 cm;炮眼与工作面夹角为 75°,炮眼数掏槽爆破施工面为5个,一般爆破施工面 4个。

4.2 单位炸药消耗量

单位炸药消耗量对爆破效果、炮眼利用率等都有直接意义,药量偏低时,槽孔断面面积达不到设计要求,岩石破碎不均匀。当药量偏高时,不仅增加炸药的用量,而且可能造成槽孔超挖、降低围岩的稳定性,甚至还会损坏支架和设备。

单位炸药消耗量取决于岩石的性质、巷道断面等多种因素,关系复杂,尚无完善的理论计算方法。本工程通过多次试验调整,最终确定单位耗药量为 1.2～1.65 kg/m2,在实际施工中取得了良好的爆破效果。

需要注意的是,在槽孔孔深 2m范围内的单位装药量要严格控制。药量过大,槽口孔形孔宽都会很不整齐,对后续工序施工有较大影响,尤其不利于孔口支撑、下设钢筋笼和浇筑混凝土等工序。因此,槽孔顶部孔口装药量一般控制在1.2 kg/m2左右。

5 起爆方法

根据现场的环境条件、爆破规模,综合经济可行性、安全可靠性及工人的起爆操作技术的熟练程度,本工程采用电雷管起爆法。

起爆系统由三部分组成,击发元件(电雷管),传爆元件和末端工作元件(非电毫秒雷管)。在施工过程中,随着孔深的加深,传爆元件的长度也随着加长,传爆元件仍选用非电毫秒雷管;连接时,用 2根一段毫秒雷管连接炮孔内的毫秒雷管(防止由于雷管失效而无法引爆末端工作元件)直至孔口,再将其与电雷管相联,接好主线和起爆器,引爆即可。

6 施工流程、工艺

6.1 施工流程

施工临建——测量放线——人工开挖——风钻打眼——装药放炮——清渣——重复打眼放炮——成槽验收——浇筑混凝土——转下一槽

6.2 施工工艺

6.2.1 施工临建

因施工面为全—强风化粗粒花岗岩,且施工存在放炮,对表层有影响,故本段防渗墙施工不修建导墙;主要的临建即为施工设备的就位、场地的平整,设备就位采吊车由 1#平台向下逐个吊运。

6.2.2 测量放线

右坝肩基岩防渗墙墙厚 0.8m,根据测量确定轴线后,用白灰标示出轴线及上下游开挖线。

6.2.3 人工开挖

根据开挖线开始施工,每一平台施工段分台阶状开挖施工,施工槽段分为 3个台阶开挖。

6.2.4 风钻打眼

利用风钻打炮眼,并用风管将孔底钻碴吹净,然后用纱布塞将炮孔堵住,防止在打其它炮眼时岩粉进入孔内,每次打炮眼量为布满一个施工台阶为宜。

6.2.5 装药、放炮

(1)装药前的准备工作

首先对炮眼参数进行检查验收,测量炮眼位置,炮眼深度是否符合要求。然后对钻好的炮眼进行清碴和排水。一般用压气管通入眼底,利用气压将眼内的岩碴和水分吹出。

(2)装药

装药时一定要严格按照预先计算好的每个炮眼装药量进行装填,装药结构为连续装药,且每个炮眼总的装药量不宜超过眼深的 2/3。在干燥的炮眼内装药时,可将药卷的外皮用小刀划开少许裂缝,装入炮眼后,在放入起爆药包之前,用木制炮棍压紧,以增加炮眼的装药密度。在有水或潮湿的炮眼中,直接将药包放入孔内,用木制炮棍压紧。

起爆药包安放在靠近眼底的位置,即放在眼底的第二药包的位置,并将雷管的聚能槽朝向眼口。然后接着要放入一、两个普通药包,用炮棍轻轻压紧,不可用猛力去捣实起爆药包,防止早爆事故或将雷管脚线拉断造成拒爆。这种起爆被称为反向起爆,试验表明,反向起爆能提高炮眼利用率,减小岩石破碎块度,增大抛碴距离,降低炸药消耗量。

(3)堵塞

炮眼装药后,眼口末装药部分应该用岩粉和砂子进行堵塞,用炮棍适当加压捣实。炮眼堵塞长度要全部堵塞,也可以是部分堵塞,但堵塞过短则起不到堵塞作用,堵塞应是连续的,中间不要间断。

良好的堵塞可以提高炸药的爆轰性能,使炮眼内的炸药反应完全而产生较高的爆轰压力,还能阻止爆轰气体产物过早地从炮眼口冲出,提高爆炸能量的利用率。

(4)爆破

做好爆破前的安全警戒工作,撤离现场人员到安全地带,连接好起爆装置,引爆炸药。

6.2.6 清渣

爆破完成后先用大功率鼓风机向槽内送风,将槽内爆破后残余的有害气体和烟尘排除,送风时间根据挖槽深度确定,一般为 0.5～1 h。施工人员戴好防护面具系好安全带后,由卷扬机缓慢下入槽内,入槽过程中边下边检查孔壁岩石情况及孔壁内原支撑是否良好,对存在安全隐患的部位及时处理和加固,当槽内孔壁全部检查完确保安全无误后方可进行清渣工作。槽内采用吊篮和小推车清除放炮后的碎碴;平台清碴采用自然斜坡滑溜式出碴,并用风镐将槽孔壁修饰平整。

6.2.7 防渗墙混凝土浇筑

槽段开挖分 I期、I I期进行,I期槽段开挖至设计高程后请监理、设计、业主进行联合验收,验收合格后开始放置钢筋笼,下设混凝土浇筑导管,浇筑方法仍采用水下混凝土直升导管法浇筑。由于开挖面落差大,交通不便,浇筑时采用混凝土泵与溜槽相配合送料的浇筑方法。

相邻 I期槽段浇筑完成后开始进行 I I期槽段的开挖,I I期槽段开挖完成后对 I期槽段砼防渗墙接头面进行凿毛处理,确保砼墙体有良好的粘接效果。

7 结语

龙头石大坝右坝肩基岩砼防渗墙在施工过程中,项目管理人员不断总结经验,大胆尝试新工艺新技术精心组织施工。同时对安全管理工作高度重视、安全措施严谨到位。所应用的爆破槽挖技术及相关施工工艺,由尝试施工到逐步全线展开应用,保证了工程进度和质量降低了施工消耗,取得了较好的技术经济效果,解决了实际施工中的难题,为岸坡段基岩混凝土防渗墙施工总结了可贵的施工经验。