泽城西安水电站（二期）溢洪道挑流段开挖方案

赵 鹏

（山西泽城西安水电有限公司，山西 太原 030002）

1 工程概况

泽城西安水电站（二期）工程溢洪道，布置于水库右岸大坝与泄洪洞之间的哑口内，轴线方向为北81.01°西，与坝轴线成18.22°角。进口位于大坝上游约200m 处，出口距大坝下游坝脚约1.5km。由引渠段、闸室控制段、泄槽段、挑流消能段组成，总长300.31m。

引渠段底高程843.00m，向上游呈喇叭形扩散布置，渠底宽度为85～70m，两侧设20.92m 长的扭面导水翼墙。闸室段宽70m，宽顶堰的堰顶高程844.0m，设5 孔弧形工作闸门，每孔净宽12m；工作闸门前，设一道检修叠梁闸门；闸室上部布置交通桥、工作桥；启闭机室和门库布置于闸室右岸平台。

泄槽段包括收缩段、抛物线连接段和陡坡段。泄槽收缩段长50m，宽度由70m 收缩为60m，底坡1∶20；抛物线连接段长6.12m，宽60m；陡坡段分两段，连接段上游侧陡坡段长20m，坡度为1∶20，下游侧陡坡段长92.29m，坡度为1∶4，宽度均为60m。

挑流消能段长12.48m，宽60m，反弧半径18m，挑角25°。挑流消能段下游接出水渠段，长45m，宽61.2m，底坡1∶100，末端高程为813.55m，高差30.45m。

本区地处太行山中南段，山顶高程最高2125m，一般在1260～1860m，相对高差大致500m，是构造剥蚀中山地貌，地形起伏大，山势陡峭，河谷发育。底板岩体为含铁质长石石英砂岩、长石石英砂岩、石英岩状砂岩和条带状石英砂岩，岩石坚固强度8～10 级，强风化厚度0.8～3.0m，岩体中主要发育两组节理裂隙，常形成裂隙密集带，局部岩体破碎。

2 石方爆破

2.1 施工准备

20m3铁皮水箱1 个，DN 50mm 胶管若干，2 台12m3油动空压机，1 台QCM-358 液压钻机，8 台TY-28 手持风钻，1 台2m3反铲挖掘机，3 台20 t 自卸汽车，1 台80 kW 柴油发电机。

施工布置：使用2 台12m3油动空气压缩机进行建筑供气；施工用水，在溢洪道上游设置一个20m3的水箱，并采用自流水进行维修，通过洒水器，从储水区中抽水，以补充维护水箱；建筑用电，该项目的供电方式，主要是国家电网和自备电源（柴油发电机）。

2.2 深孔台阶的爆破参数选择

2.2.1 深孔梯段爆破参数选定

深孔爆破是指，钻孔直径大于75mm、孔深大于5m 的炮孔爆破技术。深孔爆破具有单位钻孔量小和炸药单位耗量低、生产效率高和便于采用综合机械化施工进行爆破、挖装、运输作业等优点，广泛应用于露天和地下开挖工程。

（1）爆破钻孔孔径的确定：孔径d 为100mm。

（2）爆破台阶高度的确定：梯段（台阶）高度是石方开挖的重要参数，直接影响钻孔的数量和爆破的效果，应该根据石方开挖的实际情况及钻机钻孔的能力选定。根据边坡石方开挖深度及马道设计高程，梯段的高度H=6～15m。

（3）底盘抵抗线的确定：紧临临空面第一排爆孔根部，到临空面的距离，是底盘抵抗线W1取2.0m。

（4）孔距、排距的确定：按照地质资料，大坝石方开挖初步拟定孔距a=3.0m，排距b=2.0m。

（5）单位耗药量的确定：根据地质资料，岩石的坚硬度系数为f 在8～10 级之间，选取q 范围为0.53～0.60 kg/m3。

（6）超钻孔深的确定：h=（0.10～0.25）W1

（7）单孔装药量计算，采用单排或者多排布孔，第一排孔每孔装药量计算公式（1），第二排及以后各排孔每孔装药量计算公式（2）如：

式中：Q——单孔装药量，kg；

q——单位耗药量，kg；

a——爆破孔孔距，m；

W1——底盘抵抗线，m；

H——钻孔深度，m；

k——克服前排孔岩石阻力的增加系数，一般取1.1～1.2；

b——爆破孔排距，m。

每三至四排设一排加强孔，以克服岩石阻力，增强爆破效果。深孔梯段的爆破参数见表1。

表1 深孔梯段爆破参数表

2.2.2 浅孔爆破及保护层一次性开挖参数选定

浅孔爆破，是指岩矿等开挖、二次破碎大块时采用的炮孔直径小于50mm、深度不大于5m 的爆破作业。它是工程爆破中的主要方法之一，应用范围广泛。

（1）孔径的确定：浅眼爆破，采用钻孔的机械是手持式风钻，钻头直径38mm。钻孔孔径d=38mm。

（2）孔距、排距的确定：根据工程地质确定孔距a，排距b，一般浅孔爆破取：a=1.2～1.5m，b=1.0～1.2m。保护层一次性开挖：a=1.0m，b=0.8m。

（3）单位耗药量q，根据地质情况取：q=0.53～0.60 kg/m3。

（4）台阶高度H：开挖层厚度是石方开挖的重要参数，直接影响钻孔数量及爆破效果，根据实际地形条件、工程特点和钻机钻孔能力合理选定。手风钻钻孔浅层爆破的部位主要为底部保护层开挖及局部厚度小于5m 的石方明挖。

（5）单孔装药量Q：

利用商业保险分担农业风险，发挥市场对灾后可持续经营的补偿作用；对于安全要求和生产水平高的农业经济作物，应让市场多多参与，加快经济作物的农业保险商业化进程；减少政府干预，分清公共资源与私人物品的界限，提高政府工作效率，发挥市场在资源配置中的基础作用［3］。

式中：a——浅孔爆破孔距，m；

b——浅孔爆破排距，m；

q——单位耗药量，kg/m3；

H——台阶高度，m。

（6）柔性垫层：根据保护层开挖施工经验，取柔性垫层的厚度在20～30 cm 时，能有效保护建基面，同时欠挖较少。浅孔爆破及保护层一次性开挖参数见表2。

2.2.3 预裂爆破参数选定

预裂爆破，是进行石方开挖时，在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝。以缓冲、反射开挖爆破的振动波，控制其对保留岩体的破坏影响，使之获得较平整的开挖轮廓。

（1）孔距：预裂孔的孔距a，根据钻孔机械的性能和施工经验，a 为（1～12）D。其中D 是预裂孔成孔孔径。经计算，本工程的深孔预裂爆破孔距a 为1.0m，浅眼爆破孔距a 为0.5m。

（2）线装药密度：线装药密度是指预裂孔的每米装药量，堵塞长度除外，计算公式如（4）：

式中：Qx——计算线装药密度，g/m；

［σ压］——岩石抗压强度，kg/cm3；

［a］——预裂孔的孔距，cm。

（3）不偶合系数：预裂爆破采用不偶合装药结构。即在孔壁和药卷之间存在着环状间隙，炮孔直径与药卷直径之比，称为不偶合系数（一般采用2～4）。预裂爆破钻孔的直径采用100mm，药卷的直径采用32mm，不偶合系数符合要求。

表2 浅孔梯段爆破参数表

（4）堵塞长度L2，根据工程经验取1.0～1.5m。

（5）底部加强药长度：为了保证底部预裂效果，一般的预裂孔在底部设加强药量，应在底部1～2m 范围内增加3～5 倍的线装药密度。

3 石方开挖

3.1 清表剥离

根据设计图，在倾斜段和流出通道段的开口线放好后，用PC-400 反铲挖掘机与手动仪器结合使用进行弃渣清理，运至弃渣场堆积，然后使用PC-400 反铲挖掘机或TY-220 推土机收集、装载至卡车，倾倒至指定的存储地进行存储、填埋。

3.2 石材开挖

清理完毕后，开始挖掘石材。开挖采用自上而下的分层（梯形截面）施工。

3.2.1 石方开挖

CM-358 液压钻机用于钻探溢洪道的倾斜段和出口通道段，并进行了深孔阶梯段和周围的光面爆破。PC-400 反铲挖掘机和TY-320 推土机将少量残余压载物向上和向下推向溢洪道。在爆破开挖过程中，安排两个YT-28 手钻第二次对大型爆破石进行爆破，然后将反铲挖掘机装入自卸车运到指定的垃圾场。

3.2.2 开挖和去除压载物的保护层

为了避免基础岩石表面的爆破和开裂，基础表面的结构裂缝和岩体的自然状态不会恶化，或者发生过度的过挖。在靠近基础表面的上层中应保留一个水平保护层。

在水平基础表面上保留一个2.0m 厚的保护层。用手动钻机钻出保护层，并在底部添加柔性开挖。爆破压舱物用TY-220 推土机压舱物或PC-220 反铲挖掘机清洁。PC-400 反铲挖掘机配备15 t～20 t 自卸车，通过10 号道路，直接运至废弃的压载场或堆石坝。

4 结语

溢洪道石方开挖应采用适当的施工程序和方法。文章通过施工排布，资源配置，爆破参数选择，质量，安全性以及该项目溢洪道开挖的其他问题，简要说明了溢洪道开挖。通过合理的施工方法和施工程序的安排，既可以保证工程的开挖质量和施工安全，又可以保证施工期目标的实现。