大岗山水电站大坝左岸拱肩槽开挖施工技术

2012-08-15周贵龙

湖南水利水电 2012年3期

周贵龙

（中国水利水电第八工程局有限公司长沙市 410007）

1 工程概况

大岗山水电站坝址位于四川省大渡河中游雅安市石棉县挖角乡境内，上游与规划的硬梁包（引水式）电站尾水相接，下游与龙头石电站水库相接，为大渡河干流规划的22个梯级的第14个梯级电站。坝址距下游石棉县城约40 km，距上游泸定县城约72 km。

电站枢纽主要由拦河混凝土双曲拱坝、泄洪消能建筑物、引水发电建筑物等组成，混凝土双曲拱坝坝高210 m，坝顶中心线弧长622.42 m，坝顶厚度10.00 m，坝底厚度 52.00 m，厚高比 0.248，弧高比2.964，上游倒悬度0.136。电站装机容量2 600 MW（4×650 MW）。

2 工程地质状况

大岗山水电站坝址区河谷狭窄，河谷呈“V”形，峡谷系数（峡谷深与宽之比）约为1∶2.1（坝顶高程处）。两岸谷坡陡峻，左岸1 250 m高程以上地形坡度 40°，（975～1 250）m 高程之间较陡，达 50°～70°；右岸略缓，1 250 m高程以上地形坡度35°～40°，以下地形坡度 40°～50°。

左岸坝肩及抗力体位于Ⅻ线～Ⅳ线下游约200 m范围，地形较完整，山体较雄厚，谷坡陡峻，岸坡走向约NE26°。下游发育有1#、2#两条浅沟，1#沟位于坝下游 190 m，沿 β8（f7）发育，切割深度一般（40～60）m；2#沟位于坝下游 400 m，沿 β4（f5）发育，切割深度一般（30～50）m。

大岗山拱坝基础岩性较为均一，主要为花岗岩体，且大部为Ⅱ、Ⅲ1类花岗岩体，建基岩体地质缺陷主要有：①断层破碎带及其影响带，为Ⅴ1类岩；②Ⅲ2、Ⅳ类花岗岩，变模较低，对拱坝应力和基础变形存在较大的影响；③Ⅲ2、Ⅳ、Ⅴ1类辉绿岩脉。

左坝肩及抗力体范围内主要有 f33、f54、f67、f4、f17、f35、f36等断层和 β8（f7）、β112（f32）、β118（f19）、β41（f46）、β21、β28等辉绿岩脉破碎带切割，岩体主要发育有③、④、⑥等3组裂隙，部分结构面组合可能对左坝肩抗滑稳定不利。

3 左坝肩拱肩槽开挖特性

开挖高差大。左岸坝肩槽最大开挖高度165 m。由于前期坝顶以上开挖标段已经挖至左岸1 100 m高程，实际完成左岸坝肩EL1 100 m～EL970 m高程开挖及支护工程。

长缓坡钻孔角度控制难。左岸坝肩槽最下层EL980 m～EL970 m建基面中心线水平倾角为26.95°，开挖钻孔角度控制难度相当大。

开挖轮廓要求严。拱肩槽建基面超欠挖标准不大于20 cm，上下游边坡超欠挖标准不大于35 cm；平整度不大于15 cm，爆孔壁无明显的爆破裂隙；预裂孔残孔率：Ⅱ级岩体，残孔率在90%以上；Ⅲ级岩体，残孔率在80%以上；Ⅳ级岩体，残孔率在50%以上。

爆破振动要求严。距离爆破梯段顶面10 m处安全质点振动速度，拱肩槽建基面控制在10 cm/s，上下游边坡控制在15 cm/s。

声波衰减检测要求高。拱肩槽建基面爆前爆后声波测试速度衰减不能大于10%，否则判定为爆破破坏。

左岸坝肩拱肩槽开挖工程的综合特性为工作量大、建基面轮廓复杂、开挖质量要求高、开挖高差大、地质条件复杂、钻爆难度大等。

4 开挖方案的确定

左岸坝肩EL1 100～EL970 m开挖边坡分坝肩上游边坡、拱肩槽及下游边坡三部分，上下游边坡每（30～40）m设一级马道，拱肩槽不设马道，每一梯段按照渐变的方法进行开挖。本文主要对拱肩槽部位开挖施工进行论述。

4.1 开挖方案总体规划

左岸拱肩槽开挖采用自上而下分层及从外（临江面）而内（设计结构坡面）分区、分块进行。开挖采用平台法下降，梯段高度控制为10 m，临近拱肩槽坝基面采用预留保护层方法进行，预留保护层厚度为15 m，保护层前区为主爆区，保护层区为预裂爆破区，先进行主爆区钻爆、开挖施工，然后进行预裂爆破区钻爆、开挖施工。

根据设计图纸当坝肩槽开挖到灌浆、排水平洞的高程时，保护层（预裂带）暂不开挖，从保护层（8～10 m厚）位置进洞，当进洞10 m左右时开始保护层开挖。进洞位置采用CM351钻机造孔（6～8）m水平炮孔进行爆破，到灌浆和排水平洞外2 m左右位置采用手风钻造钻爆孔。

4.2 拱肩槽建基面开挖方法

拱肩槽预裂孔主要采用YQ-100B潜孔钻造孔。由于YQ-100B钻机本身结构尺寸决定了需要一定空间满足架钻要求，故坝肩槽建基面开挖时采用超欠平衡的控制方法，即每一梯段预裂孔开口处欠挖20 cm（手风钻修顺小错台），孔底处超挖20 cm。缓冲孔与爆破孔平行，缓冲孔与预裂孔之间的垂直距离控制在（1～1.5）m之间，以此来保证建基面受到的爆破扰动最小。为保证施工质量，YQ-100B钻机的钻杆采用Φ60钻杆，以减少造孔时因钻杆下沉引起的孔深扰度过大造成孔深方位偏差。

针对拱肩槽边坡坡比的变化，当边坡由陡坡变为缓坡时，可根据预裂孔施工钻机（YQ-100B）长度及钻机与固定架靠墙所需厚度，在上一级预裂钻孔时，计算预留下一边坡预裂开口架钻所需空间，形成钻机固定所需空间的超挖，确保下一层预裂钻机造孔精确；当边坡由缓变陡时，在确保钻机固定就位空间时可直接进行造孔施工。

5 施工准备

5.1 工器具选型及改造

YQ-100B潜孔钻钻机按设计坡比只需较小的上钻平台即可满足要求，且造孔精度高、易控制，利于建基面开挖施工，所以采用YQ-100B潜孔钻钻机造预裂孔。缓冲及爆破孔因造孔精度要求相对较低，采用CM351钻孔具有就钻容易、工作效率高的优点。倾角控制均采用高精度可调性量角器，以满足施工需要。方位角控制采用线锤与钻杆确定的平面来控制，线锤尖端与方位点重合，目测线锤与钻杆中心线重合。

5.1.1 钻机改造

由于YQ-100B潜孔钻钻机自身因素造成钻进过程中钻机不稳定、易摆动，特别是钻机开孔时，摆动幅度较大，不利于精度控制。经过研究，在钻机两侧各加焊了两根Φ48的钢管，钢管与样架的立杆牢固连接，消除了钻进当中钻机摆动幅度大的顽症。YQ-100B潜孔钻钻机改造加固见图1。

图1 YQ-100B潜孔钻钻机改造加固图

5.1.2 钻机样架改造

根据测量孔位，在上层坡面采用手风钻打设四根插筋孔（必要时可增设插筋），用Φ48钢管作插筋，入岩0.8 m，外露1.2 m（可根据实际地形调整外露长度）。钻机底部和顶部各一根横杆，插筋与横杆用扣件连接，必要时可在钻机底部增加一根辅助横杆，横杆与立杆用扣件连接，立杆与YQ-100B潜孔钻钻机两侧加焊的两根钢管扣件连接。横杆、立杆均采用Φ48钢管。为了减少系统误差，必须采用单机单架。具体加固办法见图2。

图2 YQ-100B潜孔钻钻机样架改造图

5.1.3 量角器改进

同类工程施工中使用的量角仪器一般为工程地质罗盘（精度为0.5°）或可调性量角器（精度为0.2°），误差较大，在拱肩槽开挖过程中不能满足造孔精度要求。因此，为了提高造孔精度，专门制作了两把YQ-100B潜孔钻钻机专用的加厚小量角器，对原来的量角器精度进行了改进，由0.2°提高到0.1°，有效地提高了造孔过程中倾角控制的精度。高精度量角器大样见图3。

图3 高精度量角器大样图

5.2 钻机操作手的组织培训

参与左岸拱肩槽施工的YQ-100B潜孔钻操作手，来自原中水八局溪洛渡工地。但为了确保大岗山左岸拱肩槽的开挖质量，在左岸拱肩槽开挖前，项目部对各操作手技能进行了统一考核，凡合格者才允许进入左岸拱肩槽的预裂孔造孔。不合格者只允许担任副操作手，经过长期跟班，具备主操作手能力，才能担任主操作手。

6 基本施工方法

6.1 施工测量

测量队按设计图纸要求放出每次开挖的轮廓范围及开口线、开挖坡度，并作好明显标志，工区技术员每次跟踪放样。测量队按照开挖爆破设计参数放样，预裂孔及声波孔逐孔编号放样，放样内容包括：孔位、孔口高程、孔斜、方位角、孔深等参数，每孔标识注明，并提供准确无误的测量资料给开挖工区、质量办。

6.2 造孔

边坡开挖时按梅花形布孔，主爆孔采用CM-351造孔，孔径 Φ105 mm，初拟间排距（2.5～3.5）m×（3.0～4.0）m（根据岩石情况，结合爆破试验定），梯段高度10 m；预裂孔孔径Φ90 mm，采用YQ-100B型潜孔钻造孔，间距（60～80）cm，拱肩槽预裂爆破孔深10 m。

每爆区钻孔施工完成后，由质检人员将爆区所有钻孔逐个检查记录合格后，三检质检员会同监理终检，如发现不合格，及时通知钻孔人员处理。

6.3 装药、堵塞、联网

一个爆区梯段造孔全部完成时进行装药，均采用人工装药，主爆破孔以乳化炸药为主，采用连续装药结构；预裂孔采用乳化炸药，采用柱状分段不偶合装药；岩石爆破单耗药量按（0.3～0.4）kg/m3控制。梯段爆破采用非电毫秒微差爆破网络，非电毫秒雷管采用MS1～MS15段，电雷管起爆的方式进行。各孔用堵塞材料堵塞，主爆孔堵塞长度（1.5～3.0）m，预裂孔堵塞（1.0～1.5）m。

分段起爆药量按招标文件技术条款控制，拱坝坝基面预裂孔最大单响药量按不大于20 kg控制；一般梯段爆破要求：距建基面30 m以外单响药量不大于 100 kg，（30～15）m不大于 75 kg，15 m 以内不大于25 kg。最终根据爆破试验确定的数据作具体调整。

7 爆破试验

施工开挖以爆破试验参数作为指导施工的依据，针对拱肩槽建基面开挖的爆破试验，爆破质点振动速度安全标准小于10 cm/s。

2009年8月6日，在上游边坡选与拱肩槽建基面岩体性质类似的待开挖块体，进行了针对拱肩槽建基面开挖的第一次爆破试验。爆破参数：预裂孔单孔装药量4.1 kg、缓冲孔6 kg、爆破孔12 kg，单孔单响，最大单响药量12 kg。本次爆破测得最大振动速度12 cm/s，大于建议的安全控制标准10 cm/s。本次监测质点振动速度超标主要是因为川大监测项目部在对本次爆破试验布置观测仪器，是按照边坡开挖振动监测布置，测得振动速度超标的点出现在与爆破区域同高程上。

2009年8月22 日，在上游边坡选与拱肩槽建基面岩体性质类似的待开挖块体，进行了针对拱肩槽建基面开挖的第二次爆破试验。爆破参数：预裂孔单孔装药量3 kg、缓冲孔8 kg、爆破孔14 kg，单孔单响，最大单响药量14 kg。本次爆破测得最大振动速度9.96 cm/s，小于建议的安全控制标准10 cm/s。

8 EL1 100 m～1 090 m拱肩槽预裂爆破施工效果

8.1 施工质量

根据上述试验成果，项目部组织了左岸拱肩槽EL1 100 m～1 090 m部位开挖预裂施工。爆破后，左岸拱肩槽边坡岩体较完整～较破碎,局部出现细小裂隙，裂隙闭合无填充，为Ⅲ-Ⅳ类围岩，局部辉绿岩脉发育，岩体较破碎，为Ⅴ类围岩，通过严格开挖控制，剔除地质缺陷的测量点，开挖半孔率为94%，平整度合格率为97%，超欠挖合格率82.7%。开挖质量总体较好，效果见图4。

声波最大衰减值为7.98%，声波衰减率满足设计要求；爆破振速最大峰值6.72 m/s，满足爆破安全监测规程和设计要求。