乌东德水电站坝肩槽开挖施工技术及质量控制研究

2018-01-31明明陈佳文刘洋

科技视界 2018年30期

明明　陈佳文　刘洋

【摘要】文章对乌东德水电站双曲拱坝坝肩槽设计体型和材料、设备情况研究，分析并结合实际开挖进度与质量要求，通过采用乌东德坝肩槽进行立体建模的形式，模拟坝肩槽体型形态对其各工序加以研究，取得了科学的施工工序规划及实施流程、合理的爆破参数以及良好质量效果，从而形成大型水电站高边坡坝肩槽开挖的一套行之有效的施工技术及质量管理理论体系和实践基础。

【关键词】乌东德水电站；坝肩槽开挖技术；质量；控制

中图分类号： TV74 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）30-0230-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.102

1 概述

1.1 工程简介

乌东德水电站是金沙江下游河段（攀枝花市至宜宾市）四个水电梯级——乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝中的最上游梯级，为Ⅰ等大（1）型工程，枢纽工程主体建筑物由挡水建筑物、泄水建筑物、引水发电建筑物等组成。挡水建筑物为混凝土双曲拱坝，建基面高程为718m，坝顶高程988m，最大坝高270m，电站总库容74.08亿m3，总装机容量10200MW。

1.2 施工难点

（1）坝肩槽开挖体型为自上而下发散呈“扇形”，形态上既是一个斜坡面，又是一个扭面，呈陡～缓地形且中间不设置马道，钻机架设困难，造孔难度较大。

（2）虽然坝肩槽总体岩体质量较好，但局部受层间及层内错动带切割、风化卸荷等影响，爆破后局部容易产生裂隙，在坝基槽开挖的平整度、超欠挖、半孔率等质量质量指标控制上难度较大。

（3）坝肩槽上下游边坡施工项目繁杂，关联性强，施工期存在相互交叉和重叠的问题，若未能统筹协调规划，相互之间可能存在较大的干扰。

2 坝肩槽开挖技术研究

2.1 爆破参数的选择

为取得合理的爆破参数，在左、右岸坝肩槽建基面及其附近共进行了7次爆破试验，分别试验了10m、12m、15m三种梯段高度的爆破效果。就爆破质量而言，梯段高度10m较优，梯段高度12m次之，梯段高度15m最差。综合考虑开挖质量与施工进度两者之间的关系，初步确定坝肩槽边坡爆破梯段高度一般为10m，爆破厚度6.0m～8.0m，一次爆破方量约4500m3左右，总装药量不超过2t。

2.2 左右岸坝肩槽爆破参数优化

（1）左岸坝肩槽爆破参数

预裂孔：线装药密度：加强段294g/m、正常段147g/m，底部装药量1.8kg，单孔装药量3.8kg。

缓冲孔：孔径90mm、间排距2.5m×2.3m，单耗0.25g/m3，堵塞长度2.5m，单孔装药量22kg。

主爆孔：孔径90mm、間排距3m×3m，单耗0.4g/m3，堵塞长度3.0m，单孔装药量36kg。

（2）右岸坝肩槽爆破参数

预裂孔：线装药密度：加强段263g/m、正常段130g/m，底部装药量1.8kg，单孔装药量3.4kg。

缓冲孔：孔径90mm、间排距2.3m×2.0m，单耗0.3g/m3，堵塞长度3m，单孔装药量22.4kg。

主爆孔：孔径90mm、间排距4m×3m，单耗0.4g/m3，堵塞长度3.0m，单孔装药量40kg。

爆破影响控制：预裂孔最大单响20Kg，主爆孔最大单响60Kg，缓冲孔最大单响46Kg。开挖梯段高度控制在10m范围。

2.3 坝肩槽分层、分区规划

坝肩槽开挖原则为：高程上，按自上而下进行分层；平面上，按自上游往下游进行分块。

2.3.1 高程分层规划

开挖分层高程与爆破梯段高度相同，左右岸坝肩槽开挖分层高度一般为10m，考虑左岸高程785m及右岸高程805m以下坝肩槽边坡坡度逐渐变缓，开挖高度调整为7.5m～2.0m，以保证开挖质量。根据以上分层原则，左、右岸总共规划为29个开挖分层。总体进度目标为每40天开挖高度为30m，以坝肩槽开挖为先锋线，对其上、下游边坡进度计划进行相应调整。坝肩槽每13天为一个分层高度（10m），上、下游边坡每20天为一个分层高度（15m），上、下游边坡领先坝肩槽进行爆破，最终达到两侧工程边坡开挖不影响坝肩槽开挖的目的。

2.3.2 平面分区规划

坝肩槽边坡自山体向江边分为后区和前区两个子区；坝肩槽两侧边坡自上游向下游分为四个分区，每个分区自山体向江边又分为马道保护层、后区和前区三个子区。为了给坝肩槽爆破创造有利的临空面，坝肩槽两侧边坡应先于坝肩槽边坡进行爆破开挖，边坡开挖分8道工序依次进行：①二、三区工程边坡马道保护层开挖→②二、三区区工程边坡前区岩梗爆破→③一、四区工程边坡马道保护层开挖→④二、三区工程边坡后区岩台结构面预裂爆破→⑤坝肩槽前区岩梗爆破→⑥一、四区工程边坡前区岩梗爆破→⑦坝肩槽后区结构面岩台预裂爆破→⑧一、四区工程边坡后区结构面岩台预裂爆破。

2.4 预裂孔三维建模研究

考虑到坝肩槽边坡未不规则的扭面，坝肩槽预裂孔三维建模的精度直接影响坝肩槽开挖的质量。在坝肩槽每一梯段开挖前，在充分考虑到钻机的架钻40cm空间的基础上，根据超欠平衡原则，通过建立坝肩槽三维立体原坐标模型，线性插值、三角函数等数学原理进行计算，内容包括：

（1）预裂孔孔口坐标：首爆高程（988m）控制点坐标、预裂孔间距；

（2）孔底高程设计控制点坐标：用线性插值公式进行验算；

式中：xq为需求某点X轴坐标值，m；yq为需求某点Y轴坐标值，m；zq为需求某点Z轴高程，m；xg、xd为已知点X轴坐标值，m；yg、yd为已知点Y轴坐标值，m；zg、zd已知点Z轴高程，m；

（3）孔底高程实际控制点坐标：考虑QZJ-100B型钻机需要一定施工空间，等坡比边坡段40cm，变坡比段可适当增加且≤200cm；把第（2）步设计控制点坐标向坡内偏移；

（4）设计预裂孔孔底坐标：第（3）步孔底高程实际控制点坐标、预裂孔间距。为了保证爆破质量，拱肩槽中间区域采用等间距布孔，两侧采用发散布孔；

（5）预裂孔孔深、倾角、方位角：预裂孔孔口坐标、第（4）步预裂孔孔底坐标；

（6）下一爆孔口高程实际控制点坐标：根据第（2）计算的设计控制点坐标，向坡外偏移

（7）下一爆孔口坐标：根据第（6）步实际控制点坐标，预裂孔间距；其他按第（2）～（6）条进行循环。

2.5 预裂孔个性化装药

预裂孔造孔中，对钻孔过程中出现的异常情况进行记录，并及时绘制成钻孔柱状图；后续爆破装药设计时，对无异常部位进行正常装药，对出现掉钻部位适当减少装药量，通过制定“个性化”爆破参数，提高了坝肩槽的超欠挖、平整度、半孔率等开挖质量参数。