溪洛渡水电站拱坝左右岸坝肩槽开挖的质量控制

张劲青，刘 刚

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川 成都 610072)

1 工程概况

1.1 溪洛渡水电站概况

溪洛渡水电站位于四川省雷波县和云南省永善县境内金沙江干流上，电站拦河大坝为双曲混凝土拱坝，坝顶高程610.0m，建基面高程324.5m，最大坝高285.5m。电站水库正常蓄水位高程600m，总库容126.7亿m3，调节库容64.6亿m3，电站总装机容量13 860MW。

溪洛渡水电站于2003年开始筹建，2005年12月26日主体工程开工，2007年11月实现大江截流，计划于2013年首批机组发电，2015年竣工投产，总工期约13年。

溪洛渡水电站拱坝左右岸坝肩槽分别由水电四局、水电八局承担开挖施工，四川二滩国际咨询有限责任公司承担施工监理，长江科学院承担拱坝坝基开挖爆破振动监测和声波检测。

1.2 坝区基本地质条件

1.2.1 地形地貌

电站拱坝坝址位于豆沙溪沟口至溪洛渡沟口全长约4km的溪洛渡峡谷中段，河道顺直、谷坡陡峻、地形完整。河谷断面呈较对称的“U”形，谷底较宽阔平缓，两岸山体雄厚，临江坡高370～430m，河谷宽高比约为2.0。

两岸高程420m以下总体呈25°～40°的 缓坡，高程420～680m为50°～80°的陡壁；两岸高程680～860m以上为第四纪堆积缓坡平台，地形宽阔平缓，缓倾下游。

1.2.2 地质条件

左、右岸高程400～610m以上坝基岩性均为P2β12～ P2β6层角砾熔岩和含斑玄武岩、斑状玄武岩、致密状玄武岩。

坝区为缓倾下游偏左岸的单斜地层，无断层分布，主要结构面为层间错动带(C)、层内错动带(Lc)、挤压带(g)和基体裂隙(l)。

(1)层间错动带(C)：610～400m高程建基面左岸共揭示层间错动带5条，C11、C9、C8、C7、C6；右岸揭示层间错动带6条，C11、C10、C9、C8、C7、C6。400～324.5m高程左、右岸建基面分别揭示3条层间错动带C5、C4、C3。

(2)层内错动带(Lc)：610～400m高程建基面左岸揭露层内错动带73条，优势方位为N65°～85°E/NW∠8°～13°，缓倾上游；次为N40°～50°E/SE∠11°～16°，缓倾下游。右岸揭露层内错动带105条，优势方向不明显， N15°～30°W /NE∠3°～8°组分布稍多，缓倾下游。

(3)610～400m高程建基面左岸揭露挤压带96条，挤压带的主要优势方位为N45°～65°W/SW∠72°～76°，与建基面呈30°～50°左右斜交；右岸揭露挤压带54条，主要优势方位为N24°～44°W/NE∠67°～80°，与建基面呈17°～36°左右斜交。两岸的挤压带的延伸长度以5～10m为主(约58%)，次为小于5m(约18%)，大于15m的所占比例较小。

(4)基体裂隙：主要有E W/S(N)∠75°～85°、N40°～60°W/SW(NE)∠70°～80°、N20°～30°W/SW(NE)∠75°～82°、N60°～80°E/SE(NW)∠65°～85°、N20°～40°E/SE∠5°～20°、N15°～35°W/NE(SW)∠5°～20°，共6组。

2 质量控制标准及质量检测方法

2.1 建基面开挖质量控制标准

《坝肩开挖及缆机平台工程第Ⅰ和Ⅱ标段施工招标文件》、SL/47-94《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》、业主颁发的《溪洛渡水电站坝肩开挖施工技术要求及质量检测、评定标准》和《金沙江溪洛渡水电站大坝坝肩建基面开挖及槽挖施工技术要求》都明确了建基面开挖质量控制标准：

(1)残孔率检测标准。残留炮孔壁面不应有明显的爆破裂隙，除在明显的地质缺陷处外，不得产生裂隙张开、错动及层面抬动现象。对节理裂隙不发育的Ⅱ级岩体，炮孔痕迹保存率应达到80%以上；对节理裂隙较发育和发育的Ⅲ级岩体，炮孔痕迹保存率应达到50%～80%；对节理裂隙极发育的Ⅳ级岩体，应达到50%～10%。

(2)平整度检测标准。相邻两残留炮孔间的不平整度不应大于15cm。

(3)超欠挖检测标准。有结构配筋要求及埋件的部位不允许有欠挖，无结构配筋要求及埋件的部位欠挖不大于10cm、超挖不大于20cm。

(4)爆前爆后声波检测标准。爆前爆后垂直建基面1.0m处的法线方向的声波波速的衰减率不大于10%。

(5)质点安全振动速度控制标准。建基面上的安全质点振动速度不大于10cm/s。

(6)爆破影响深度。爆破影响深度不大于1.0m。

2.2 建基面超欠挖和平整度检测

《溪洛渡工程拱坝建基面平整度及超欠挖检测实施细则》明确：

(1)拱坝建基面超欠挖检测

①按高程布设检测断面，高程间距2.0m。

②断面上测点间距50～100cm，遇地形变化处加密测点。

③按1∶200比例尺绘制测量断面图(A3图幅)。

④根据断面测点的测量资料，统计、计算建基面的超欠挖成果。

(2)拱坝建基面平整度检测

①开挖梯段高度上布设三条水平检测断面，断面位于距开口线、坡脚1.0m处和开挖梯段中部。

②沿检测断面采用2.0m直尺连续检测。

③直尺紧靠开挖面，量取直尺与相邻炮孔间岩面间的最大间隙，即为开挖面不平整度读数。

④统计、计算开挖面的不平整度成果。

在进行建基面超欠挖、平整度成果统计时，对于经业主、设计人和监理工程师联合确定的建基面地质缺陷区域内的超欠挖和平整度超限测点和测值均应剔除。

3 左右岸坝肩槽开挖施工方案简介

左右岸坝肩开挖程序：采取先进行高程400m低线集渣平台开挖，其后对高程400～610m分层分块逐层开挖下降的方式。

坝肩槽前缘块按10～15m高差分层开挖，各开挖层由外至里分开挖块，各开挖块开挖方量控制在2万m3以内，爆破总装药规模在6～8t左右(岩石炸药单耗0.4～0.45kg/m3)。

坝肩槽典型分层、分块开挖见图1、2。

图1 右坝肩高程400～610m分层开挖示意

图2 典型(右岸坝肩高程490～475m)开挖层分块

4 开挖过程质量控制

4.1 建基面开挖施工质量控制中的难点

(1)建基面体型自上而下发散呈“扇形”分布，坡面形状不规则，预裂孔既不在同一平面内，又不互相平行，对预裂孔的钻孔要求高。

(2)两岸的地质条件都很复杂，高程440～610m建基面岩体以Ⅱ类～Ⅲ2类为主，局部Ⅳ1～Ⅳ2类，下游半幅岩石局部较破碎；高程440m以下缓坡段开挖岩体以Ⅲ2类为主，少量Ⅱ类，局部Ⅳ1类，整体较破碎；建基面层间、层内错动带分布较广泛。在如此复杂的地质条件下，易出现成孔困难(卡钻、断钻头)、“飘钻”等现象，如何确保造孔精度、保证预裂面质量是施工的最大难题。

(3)建基面开挖高度大，如何降低爆破对建基面的影响深度、减小爆破振动对边坡的影响，满足质点振动速度和岩石松弛深度要求，以保证开挖边坡的稳定和建基面开挖质量是施工的一个重大难题。

4.2 建基面开挖质量控制(见图3)

4.2.1 建基面开挖前质量控制

4.2.1.1 建基面开挖开工前的质量控制

左右岸高程610～400m建基面开挖前，监理工程师的质量控制工作：

(1)成立高程610～400m坝肩槽开挖质量控制小组，安排专人专门负责建基面质量开挖控制；

(2)审查坝肩高程670～610m边坡的开挖爆破试验，明确坝肩槽开挖爆破控制参数。

通过对左右岸高程610～670m边坡开挖进行19次不同的爆破参数组合爆破试验结果的统计和分析，经长科院推荐和工程参建五方联合审查，监理工程师明确了左右岸坝基开挖的爆破参数：

预裂孔

①采用YQ-100B钻机进行预裂孔造孔，孔径φ90mm。

②孔距0.7～0.9m，主要根据地形地质条件进行调整，建议孔距0.8m。

③装药结构：底部1.0m双节药卷连续装药；上部间隔装药，线装药密度300～400g/m，堵塞1.0m。药卷均为φ32mm。

④预裂爆破延时超前缓冲孔300ms以上，并保证整个网络安全。

主爆孔

①采用CM351钻机造孔，孔径φ105mm。

②采用孔距3.0～4.5m、排距3.0m，单孔负担面积9～14m2布孔；孔距根据地形地质情况及岩体可爆性选取。

③装药结构：采用φ70mm药卷连续装药，堵塞2.0～3.0m；前沿个别底部抵抗线大的孔，采用φ80mm药卷连续装药，堵塞2.0～3.0m。

缓冲孔

①采用CM351钻机造孔，孔径φ105mm。

②采用孔距2.0m、排距2.0m(前、后排)进行布孔。

③装药结构：底部2.0m采用φ70mm药卷连续装药，上部线装药密度2～3kg/m，堵塞1.5～2.5m。

爆破网络

①孔内采用MS15(爆破规模总排数不少于6排)或MS12(爆破规模总排数小于6排)非电雷管。

②孔间采用MS3非电雷管。如采用中间先起爆的网络方式时，为使左右区爆破不重段，应采用MS2非电雷管。

③排间采用MS5非电雷管。

④起爆网络最大节点数不大于35个(主要受孔内起爆雷管延时限制)。

⑤排数限制不大于15排。

⑥在爆破规模较小及无抛掷方向要求时，建议采用单侧传爆网络。

爆破影响控制

①主爆孔单响药量不大于70kg。

②预裂孔及其它孔单响药量不大于40kg。

通过实践，建基面开挖爆区的宽度以控制在16m左右为宜，起爆排数不宜超过7～8排，同时应使预裂爆破提前最先起爆的主爆破孔100ms以上起爆；排间时差应大于孔间分段时差；孔内雷管段别应保证其延时误差不大于排间雷管延时时间。

(3)完成《溪洛渡水电站坝肩槽开挖前准备工作大纲》所要求的相关工作，具体如下：

图3 建基面开挖质量控制程序框图

①明确坝肩槽开挖爆破监测方案和声波检测方案。

②编写了《建基面超欠挖、平整度检测实施细则》、《金沙江溪洛渡水电站石方明挖质量管理办法》。

③完成测量控制网、点的精度校核。

④对承包人的质量管理体系进行检查，主要检查：组织机构是否完善、人员资质是否满足要求、岗位责任是否明确等。

(4)对承包人落实《溪洛渡水电站坝肩槽开挖前准备工作大纲》情况进行检查，主要督促承包人完成如下工作：

①检查建基面预裂孔YQ-100B钻机落实和改造的完成情况;为防止开钻时冲击器摆动而增加了“U”形限位板。

②审查承包人提交的YQ-100B钻机操作手和炮工的资质。

③在高程610～400m坝肩槽开挖前，检查承包人是否按“三定”原则(定人、定机、定孔)完成100B钻机预裂孔实战演练，保证每个操作手的钻孔进尺不低于1 000m。

④检查承包人制定的《100B钻机操作手册》、《SM351钻机操作手册》、《坝肩开挖钻工奖励细则》等质量控制文件和激励文件。

(5)组织工程参建各方召开了高程610～400m坝肩槽施工准备验收会议，检查承包人准备完成情况。

4.2.1.2 建基面开挖过程的质量控制

在建基面开挖过程中，监理工程师对质量的控制：

(1)根据批准的坝肩槽开挖方案和推荐的爆破参数，审查承包人提交的爆破设计。

(2)检查预裂孔孔位处1.0m宽条带的清基情况是否满足要求，浮渣和松动岩块必须清除干净，防止预裂孔开钻时飘孔。

(3)对于建基面预裂孔、方向控制点要求采用测量逐孔放样，监理工程师复核预裂孔放样资料。

(4)检查钻机固定是否牢固、钻机倾角(采用定制的量角器和电子量角器检查)和方向角(采用吊锤法检查)、操作人是否按“三定”要求到位，签署“准钻证”，同意开钻。

(5)检查承包人的“三检”人员是否到位、是否严格履行“三次校钻”制度(钻进0.2m、1.0m、2.0m时分别校钻，检查钻孔方向、倾角，及时纠偏)，要求承包人严格控制钻进速度(前三根钻杆钻进速度1根/每小时，每班完成1孔)，并对已成孔的预裂孔逐孔验收，保证预裂孔钻孔质量。

(6)检查钻机和钻杆的情况，要求承包人及时更换陈旧钻机和变形钻杆。

(7)通知长科院进行穿爆堆的爆前声波测试。

(8)根据建基面预裂孔钻孔施工情况、设计人提供的地质简报(预报)，以及建基面前缘块开挖揭露的实际地质情况，组织召开长科院、设计人、承包人四方参与的爆破参数优化会议，对原爆破设计的装药参数进行适当调整。

(9)监理工程师签署“准装药证”和“炸药领用单”，装药联网过程旁站检查，进行装药结构和参数、联网等符合性检查。

(10)监理工程师签署“准爆证”和“环保许可证”同意爆破作业；同时，通知长科院进行爆破振动监测。

(11)与长科院、承包人联合进行建基面开挖质量调查。

(12)要求承包人精心组织建基面清渣，加强现场指挥，临近建基面时采用人工配合反铲清渣。

(13)与承包人联合进行建基面超欠挖、平整度、残孔率检查，通知长科院进行爆后声波检测。

(14)按要求完成现场标识(坝段分界线、大坝中心线等)和验收资料整理，监理工程师组织业主、设计人、长科院、承包人召开梯段开挖验收和坝段建基面开挖单元工程验收。

4.2.1.3 建基面开挖质量总结

承包人在每10m梯段开挖完成后及时进行建基面开挖质量总结。在左右岸建基面每完成3个梯段开挖(共30m高差)后，监理工程师组织工程参建四方召开建基面开挖质量总结会议，主要进行如下四方面的工作：

(1)对已开挖的建基面进行质量评价。

(2)分析建基面开挖施工存在的不足和问题，研究建基面施工技术和工艺改进措施。

(3)为进一步提高下一阶段拱坝建基面的开挖质量，明确承包人应做好的质量管理方面的工作。

(4)超前研究对建基面岩体有影响部位的施工方案，如：坝肩槽内灌排洞开挖问题。坝基内灌排洞洞口段开挖采取了“强锁口、小导洞、分层光爆”的开挖方式，保证了灌排洞洞周的坝基岩体不受灌排洞的开挖爆破影响。

为了解高程440m以下缓建基面(建基面平均倾角45°左右)预裂孔钻孔掉钻的情况，进行了模拟缓建基面预裂孔的钻孔试验。明确了高程440～400m缓建基面预裂孔施工措施：

(1)缓建基面预裂孔采用孔内扶正器(分别在第2根和第5根钻杆后各加一个扶正器)，减少掉钻产生的飘孔。

(2)爆破设计采用预欠方案(孔底法线方向预欠3～5cm)，减小梯段开挖时的坡脚超挖。

(3)在预裂孔钻孔中严格控制钻进速度(保证1孔/班)，避免钻进速度过快或过慢。

4.3 建基面开挖质量统计

NO.01～NO.06和NO.31～NO.25坝段建基面开挖单元工程质量统计见表1、2。

表1 NO.01～NO.06坝段建基面单元工程开挖质量情况统计

表2 NO.31～NO.25坝段建基面单元工程开挖质量情况统计

由表1、2可见，溪洛渡水电站左右岸坝肩槽(NO.01～NO.06、NO.31～NO.25坝段)建基面开挖单元工程的超欠挖、平整度、残孔率、爆破影响深度和爆前爆后声波衰减等检测成果满足合同和设计要求，单元工程合格率100%，优良率100%。

5 结束语

溪洛渡水电站左右岸高程400～610m建基面法线方向的平均超欠挖、平整度、残孔率的整体合格率分别为96.6%、98.8%、98.3%，采用钻孔声波法检测拱坝建基面的平均爆破影响深度基本在1.0m以内，建基面开挖质量达到优秀水平。总结溪洛渡水电站左右岸坝肩槽开挖的成功经验主要有：

(1)制定、完善管理制度。在进入左右岸坝肩槽开挖前，承包人制定了《100B钻机操作手册》、《SM351钻机操作手册》、《坝肩开挖钻工奖励细则》等管理制度，业主、监理工程师颁发了《建基面超欠挖、平整度检测实施细则》、《金沙江溪洛渡水电站石方明挖质量管理办法》。承包人优选、精选坝肩槽施工队伍和施工人员，监理工程师和业主严格履行审批程序和审批制度。

(2)形成精细化管理体系。在施工过程中形成了：爆破设计及审批→开挖区域大面找平→清面→测量放线→布孔→技术交底→打设插筋、100B钻机加固、就位→钻孔→清孔→钻孔质量检查→钻孔保护→装药→网路连接→网路检查→起爆→出渣→坡面清理→开挖边坡测量检测→爆破效果分析→下一

循环的作业程序。在质量控制上，形成了“一炮一总结”、“一梯段一预验收”、“一坝段一验收”，及时对本梯段经验教训进行总结，以指导和改进下一梯段的施工。严格执行“三定”(定人、定机、定孔)、“三证”(准钻证、准装药证、准爆证)、“三次校钻”(0.2m、1.0m、2.0m)等各项制度。

(3)形成了拱坝坝肩槽建基面钻孔施工的专项设备。在坝肩槽开挖施工中，对100B钻机进行了改造，主要有：在钻机两侧各加焊了两根φ48的钢管、增加了限位板，采用单机单架，定制专用钻杆，同时还改进了施工量角器、启用电子量角器，明确钻机操作手和100B钻机仅用于大坝建基面预裂孔、缓冲孔钻孔施工。

(4)工程参建五方(业主、设计人、监理工程师、爆破监测、承包人)共同参与，对建基面每一梯段开挖爆破进行“个性化”爆破装药参数调整和优化。承包人根据设计人提供的地质简报进行爆破设计，监理工程师在装药前组织爆破参数优化会，工程参建五方共同研究最优的爆破装药参数，确保建基面的开挖爆破效果。

(5)新工艺、新技术在坝肩槽开挖施工中成功的运用。合理运用超欠挖技术解决了100B钻机需要的架钻平台的问题，加装钻杆扶正器，在爆破设计中对预裂孔孔底预欠设计解决了钻孔飘钻和有效控制了超挖。

致谢：本文得到了黄志刚教授级高级工程师的精心指导，在此表示衷心感谢。