特高拱坝水垫塘反拱型底板开挖施工技术

周震钧

摘要：白鹤滩水电站水垫塘全长约360.00m，采用圆弧反拱底板接复式梯形断面。水垫塘反拱底板圆弧半径111.02m，圆弧底板弧底开挖高程556.00m，拱端开挖高程559.00m，反拱底板预留保护层，保护层厚度为2～5m。水垫塘基础为柱状节理玄武岩、角砾熔岩及隐晶质玄武岩，根据水垫塘施工条件及开挖体型特点，水垫塘高程603.00～559.00m之间边坡采用自上而下分层梯段预裂爆破开挖，高程559.00m以下水垫塘反拱底板基础采用水平预裂爆破和复合消能爆破相结合的方式开挖，既保证了建基面开挖质量，也极大的缩短了反拱底板开挖的施工工期，为实现了水垫塘混凝土如期开浇提供了保障。

关键词：圆弧反拱底板；预留保护层；柱状节理玄武岩；水平预裂爆破 ；复合消能爆破

1工程概况

1.1枢纽介绍

白鹤滩水电站位于四川省宁南县和云南省巧家县境内，是金沙江下游干流河段梯级开发的第二个梯级电站。电站的开发任务以发电为主，兼顾防洪，并有拦沙、发展库区航运和改善下游通航条件等综合效益，是西电东送骨干电源点之一。水库总库容206.27亿m3，正常蓄水位825.00m，电站装机容量16000MW，多年平均发电量625.21亿kW？h。本工程为Ⅰ等大（1）型工程，枢纽工程由拦河坝、泄洪消能建筑物和引水发电系统等主要建筑物组成。拦河坝为混凝土双曲拱坝，坝顶高程834.00m，最大坝高289.00m，坝下设水垫塘和二道坝。地下厂房对称布置在左、右两岸，厂房内各安装8台单机容量为1000MW水轮发电机组。电站建成后，将仅次于三峡水电站成为世界第二大水电站。

1.2 水垫塘体型及地质条件

白鹤滩水电站大坝下游水垫塘采用圆弧反拱底板接复式梯形断面。水垫塘反拱底板圆弧半径111.02m，圆心角26.73°，弦长51.27m，圆弧底板弧底开挖高程556.00m，拱端开挖高程559.00m，矢高3m，反拱底板预留保护层，保护层顶面高程561.00m，保护层厚度为2～5m。

水垫塘边坡主要分布P2β31～P2β32层隐晶质玄武岩、第二类柱状节理玄武岩、角砾熔岩等，

基础主要由P2β32层柱状节理玄武岩、角砾熔岩部位和P2β31层隐晶质玄武岩构成。P2β32層柱状节理玄武岩岩体内层内错动带发育，岩体呈弱风化下段，弱卸荷，开挖爆破制标准较高（要求10m高处振速不大于10cm/s，1m处声波衰减率不大于10%）。

2水垫塘反拱底板开挖总体方案

水垫塘左岸边坡高程603m以下开挖厚度大，约35～60m，按照设计要求，应采取前缘分块爆破，基础面预留保护层厚约3～6m；高程559m以下为圆弧反拱底板断面，弧底板弧底开挖高程556.00m，拱端开挖高程559.00m，矢高3m，反拱底板预留保护层，保护层顶面高程561.00m，保护层厚度为2～5m。

根据水垫塘的地形条件、体型特点及工期要求，水垫塘高程603.00～559.00m之间边坡在前沿块爆破完成后，同步进行自上而下分层梯段的预裂爆破开挖；高程559.00m以下水垫塘反拱底板基础采用水平预裂爆破和复合消能爆破相结合的方式开挖。

水垫塘反拱段位于水垫塘边坡的底部，为保证水垫塘反拱底板开挖时坝基及水垫塘施工道路的畅通，以水垫塘中心线为界，对水垫塘反拱分左右岸两部分进行开挖。当一侧施工时，可在另一侧布置施工道路，施工道路采用左右岸交替布置的方式以保证整个大坝基坑施工材料、设备及渣料的正常运输。

3水垫塘反拱底板开挖施工程序

水垫塘边坡高程603.00～559.00m，在前沿块爆破完成后，预留保护层主要采用预裂爆破施工，建基面边坡预裂主要根据保护层顶面开挖岩石出露情况及振动监测结果进行布孔及装药，在岩层出露相同部位，根据上一炮的监测结果，对爆破参数进行优化调整。

水垫塘反拱底板高程559.00m以下（保护层顶面高程561.00m）基柱状节理玄武岩开挖质量要求高、工序复杂、施工工期紧张（整个水垫塘预裂面积23.8万m2，开挖工程量达143万m3，施工工期仅为9个月，开挖预裂速度将达2.6万m2/月（881m2/天）），为实现节点工期目标，研究出了上下两侧或中部抽槽，顺水流向多点面推进，确保了反弧基础面成型及大面积预裂和复合消能爆破相结合同步进行施工。

4水垫塘反拱开挖爆破技术

根据水垫塘节点工期目标及不影响大坝固结灌浆（水垫塘开挖和坝基固结灌浆之间的安全距离按照规范要求不小于30m），为加快水垫塘的开挖速度，水垫塘反弧基础面开挖采用预裂能爆破和复合消能爆破相结合方式进行施工。预裂能爆破和复合消能爆破均采用精细化开挖爆破方案，在试验区及非试验区爆破实行一炮一总结，建基面每开挖一块，由参建各方召开梯段总结会，对梯段上钻至爆破结束全过程进行客观、全面的总结分析，确定爆破规模，优化爆破参数，确保保留岩体损伤深度及基础超欠挖控制在标准以内保证反拱基础面开挖质量。

4.1边坡预裂爆破技术

水垫塘边坡高程603.00～559.00m，为减小开挖爆破对建基面保留岩体的振动影响，保护层顶面和保护层均采用YQ-100B潜孔钻造孔、预裂爆破技术开挖成型，按照“建基面预裂孔+外部平行缓冲孔台阶爆破法”开挖施工，预裂面外侧缓冲层厚度按照不小于1.2～1.5m控制，预裂爆破每循环推进进尺10～12m以内。

为确保建基面开挖成型质量，在保护层顶面进行预裂爆破试验，优化调整爆破参数，具体见表4-1。施工过程中，对钻孔、装药及联网爆破等工序进行精细化控制，每次爆破后进行总结，根据监测数据和爆破效果对下一层开挖爆破参数进行调整。

4.2反拱底板预裂爆破技术

水垫塘边坡高程559.00m以下根据岩石地质状况及施工施工工期安排采用了预裂和复合消能爆破。在岩石地质条件较好部位采用水平预裂进行施工，水平预裂孔采用YQ-100B潜孔钻进行造孔，按照10m左右进尺从掏槽两侧或上游、下游临空面逐块循环推进。预裂孔基本平行于设计建基面，为减少主爆孔爆破对建基面保留岩体的振动影响，主爆孔至预裂孔（建基面）预留1.2m的缓冲层。

4.3反拱底板复合消能爆破技术

为加快水垫塘保护层开挖进度，根据前期在河床坝段保护层顶面及水垫塘斜坡部位进行的复合消能爆破技术试验成果，在水垫塘高程559.00m以下反拱底板基础为柱状节理玄武岩、角砾熔岩区域采用复合消能爆破。复合消能爆破是在垂直开挖面的爆破孔底部安装一种特殊的消能结构和以松砂等柔性材料为主的缓冲层，通过特定型式的消能结构反射爆炸冲击波，诱导爆炸冲击波能量沿基础开挖面方向聚集，实现相邻孔间岩体的充分破碎，同时消能座的破碎和松砂的压实可以消耗爆炸能量从而减轻爆破对炮孔底部岩体的损伤。此方法通过在孔底基础开挖面方向上加强岩体破碎，在垂直开挖面方向上削弱岩体的爆破损伤可有效减小爆后的起伏差，保证基础开挖面的一次成型，从而达到提高坝基开挖质量和施工效率的目的。

复合消能装置反射爆破能量沿球面的各切面方向，为保证保证爆破面相临炮孔爆破面平整及圆弧底板体型，要求每个炮孔均垂直于圆弧建基面，顶部指向反拱圆心。施工工程中，测量人员根据爆破设计进行逐孔放样，造孔完成后，再根据实际孔深计算回填深度，确保复合消能装置中心和设计建基面齐平。

4.4 爆破监测成果

通过对水垫塘反拱底板预裂爆破及复合消能爆破的质点振动速度监测，均满足设计技术要求的爆前、爆后声波测试，岩体厚度 1.0m 声波衰减不大于 10%的（建基面高程以下 1.0m）及距离此梯段 10m 处，质点振动速度小于 5cm/s的指标，两种爆破方式均能获得较好的建基面成型效果。

5 结束语

白鹤滩水电站水垫塘反拱底板通过采用预留保护层开挖和复合消能爆破等精细化施工技术开挖，不仅保证了建基面开挖质量，也极大的缩短了反拱底板开挖的施工工期，为实现了水垫塘混凝土如期开浇提供了保障。

在国家加大基础建设力度、推行“一带一路”战略的大背景下，复合消能的岩石基础开挖控制爆破技术在南水北调、西气东送等水电、能源、交通 及矿山建设方面均具有广阔的工程应用推广前景，该类型爆破技术的推广应用将在其它水电建设项目中产生巨大的直接和间接经济效益，并能为我国岩体开挖轮廓爆破技术与爆破损伤的控制技术发展提供新思路。

（作者单位：中国水利水电第八工程局有限公司）