引子渡水电站厂房基础开挖施工.docx

引子渡水电站厂房基础开挖施工石芭穗 著摘 要 引子渡水电站厂房后边坡山体陡峻，开挖施工的特点是地质结构复杂，断层、溶洞、褶皱、软弱夹层以及裂隙破碎等不良地质因素影响。施工难度大，工期紧。施工干扰多，在开挖施工中，制定合理的施工方案，选定精密的爆破参数和工艺流程，配备精良的施工机械和钻爆设备，采用先进的施工技术措施。从而加快了施工进度。关键词 引子渡水电站厂房边坡、基础开挖、施工技术、措施、应用 1概述引子渡水电站厂房为坝后岸边式厂房，位于坝下游1.3km处的胡家大地岸边，厂区枢纽为引水隧洞发电主厂房，左副厂房，主变场和GIS开关站及安装间组成。厂房后边坡为64m高边坡，土石方开挖合同工程量为19.8万m3。合同工期为10个月，具有工期紧，地质结构复杂，技术含量高的特点。引子渡水电站厂房下游侧为一冲沟，上游侧为T1a1地层形成的斜坡地形和T1d2地层形式的陡壁，其自然坡角分别为3050、70厂房地表为P2C+d地层形式的陡坎，坡积层较厚，成分为块石，碎石夹粘土，515m，自然坡角4050。与厂区枢纽工程有关的地层主要为：P2c+d、T1d1、T1d2-1、T1d2-2、T1d2-3地层，T1d1地层岸体呈全风化状，破碎严重。厂区构造简单，为单斜地层，岩石以石灰岩为主，受大地构造运动的影响，在厂区基础部位，形成贯穿性溶洞，其延伸至河床底部，岸体褶皱极为明显，层面非常发育，形成层状结构。岩石产状N10-15W、SW30-50厂址水文地质条件由于P2c+d上部为相对隔水层，其间有不等厚泥岩存在，而且P2c+d地层产出部位地形较陡。厂房前沿河边一带，推测覆盖层厚35m，其成分为砂卵石、碎石等。厂房基础座落在F11断层上盘、下盘中，受断层影响，岩层挤压强烈，小褶曲极为发育、局部岩层直立和发生倒转，岩体稳定性差、岩溶、断层、裂隙及夹泥层的较为发育，这将给施工过程带来很大难度。2方案确定根据合同文件，设计图纸及有关技术规范的要求，采用自上而下高梯段分层开挖，开挖后的石碴沿河岸边出碴运至弃碴场进行场地治理。将有用的石碴用于临时道路和厂区进厂公路填筑及填筑围堰的施工方案。2.1设备的选用钻孔设备选用英格索兰LM-500C型潜孔钻、钻孔直径为80，CM351潜孔钻，ROC742潜孔钻，100B等，钻孔直径为115，YT-28手风钻，供风设备选用英格索兰25m3和20m3移动式空压机，出碴设备选用，T20自卸汽车和奔驰自卸汽车装碴设备选用日本小松400E正铲和CAT980F装载机及CAT320B反铲，推碴选用D8R（TY220）推土机。2.2施工方案厂后边坡开挖，根据地形的施工要求，开挖梯段按13.45m进行分层，并在EL.993.7m高程上进行了高边坡大梯段开挖，此层采用大梯段开挖的主要原因是，厂房后边坡与下游边坡为垂直边坡，如不一次开挖到EL.980.25钻机无法进行下一层预裂造孔，厂房右边坡EL.993.7EL.973.9m为一垂直边坡，如一次开挖到位开挖面质量很难控制，且因引水隧洞支管出口顶部距母线廊道底板只有2.63m，如一次开挖至EL973.9m高程层，引水隧洞支管出口上部岩层稳定性极难保证，为保证开挖安全在母线廊道上保留6.99m保护层，分层进行手风钻开挖。 2.2.1分层厂房后边坡基础开挖其分为五层逐层自上而下进行开挖，第层从厂房后边坡表面开挖到EL.993.7m高程，第层开挖至EL.980.25m高程，第层开挖到EL.973.9m高程，同时对EL.973.9EL.965.13m，厂房尾水部分进行开挖，第层开挖到EL.965.13m高程，此段高程开挖到位后，可立即进行引水洞支管出的开挖。同时厂房基础继续向下开挖至EL.965.13m高程，第层开挖至EL.959.65m高程。厂房下游垂直边坡开挖，进行分层预裂爆破，在EL.980.25m高程和EL.967.25m高程预留宽2m马道，一次性开挖到EL.954.25m高程，左副厂房开挖分层为第层EL.993.9EL.980.25m，第层EL.980.25EL.973.9m，第层EL.973.9mEL.962.9m，第层为EL.962.9mEL.954.25m高程。2.2.2 土方明挖施工采用自上而下全断面（除修坡）一次挖完，开挖范围内的覆盖层，包括松散的全风化，小于0.7m3的孤石采用1.6m3反铲挖掘机挖装，20T自卸汽车运输，开挖过程中将回收砍伐的成材，具有商业价值的材料。按监理人员的指示堆放。弃土运至指定地区堆存。有机土壤按监理人的指示，运到指定地区堆放，为保证永久边直坡，在Qdl土层使用机械开挖时，预留有0.51m厚度保护层，再利用人工进行保护层开挖，修整边坡，满足施工图纸要求的坡度和平整度。在开挖过程中，做好临时排水，及时修建和永久性排水沟及临时性截水沟，保护永久边坡。土方开挖完后，立即按设计要求，组织实施永久性支护等工作。2.2.3深孔梯段爆破主爆孔准备工作测量放线每一台阶石方开挖每一台阶边坡永久支护进行下道工序边坡观测 深孔梯段的台阶高度的确定主要根据钻机性能，开挖边坡的地形情况和爆破振动要求及出碴的便易而不定的。引子渡水电站厂房边坡及施工道路布置，经综合考虑，爆破孔梯段高度选为6m和9m。主厂房EL.993.9m高程以下边坡和厂房下游边坡，均为垂直面，考虑到施工机械布置情况，此部位施工过程均采用边坡一次预裂到位。爆破孔均采用垂直孔。为较好的解决爆破后岩石的大块率及所留残埂，根据岩体的节理及裂隙发育程度，合理选用深孔爆破的间排距。(1) 钻孔直径D的确定LM-500C和ROC742钻机的钻头直径d为大于76mm，CM351钻机的钻头直径d为105mm，100B钻机的钻头直径为89mm，考虑到钻孔时眼的扩大，实际孔径应为D=Fd（F为孔眼扩大系数），由于厂房基础岩体以灰岩为主，属中等硬质岩，相应的孔眼系数为1.11.14，则实际的孔径D为：当采用LM-500C或ROC742钻孔时，D=（1.101.14）76=83.686.64mm，取D=85mm。当用CM351钻孔时，D=（1.101.14）105=115.5119.7mm D=115mm。当采用100B钻孔时D=（1.101.14）89=97.9101.46mm取D=100mm。(2) 超钻深度h和钻孔深度L的确定超钻是为克服底板阻力，使爆破后不留岩坎，根据爆破试验，当采用LM-500C或ROC742钻机钻孔时，取超钻深度h=0.5m，当采用CM351钻孔钻孔时，孔径为D=115mm，此时有允许超径即h=0。由于爆破孔采用垂直钻孔，钻孔深度L，可按或L=H+h进行计算，其中：H为爆破孔梯段高度，h为钻孔超径深度，则：当采用LM-500C或ROC742钻机钻孔，爆破孔梯段高度为6m时，钻孔深度L=6+0.5=6.5m，爆破孔梯段高度为9m时，钻孔深度L=9.5m。当用CM351钻机钻孔，爆破孔梯段高度为6m时，钻孔深度L=6+0=6m，爆破孔梯段高度为9m时，钻孔深度为9m。(3) 爆破最小抵抗线W的确定引子渡水电站厂房基坑开挖主要以LM-500C或ROC742钻机进行梯段爆破开挖，因此就以钻孔直径为D=85mm，梯段高度H=6m，钻孔深度L=6.5m为例确定爆破最小抵抗线W。根据里恰特介绍的计算方法，W=（2040）d（其中d为药卷直径），当D=85mm时，爆破孔采用60乳化药卷，即d=60mm，则：W=（20-40）60=12002400mm，取W为整数，即W=2m。(4) 爆破间距a的确定炮孔间距a按下式计算：a=mW，m为炮孔邻近系数，取m=1.25，则a=1.252m=2.5m(5) 爆破孔排距b的确定爆破孔采用梅花型错开布置，则b=na，取n=0.67，则b=0.672.5=2m。(6) 单位耗药量q及单孔药量Q的确定依据现场爆破试验和有关规范单位耗药取q=0.45kg/m3。单孔药量Q采用下列公式计算，Q=qabH=0.45*2.5*2*6=13.5Kg(7) 装药长度L1的计算装药长度L1按式L1=Q/q进行计算，其中q1为每米药包重量，当药包直径d=60mm时，q1=2.82Kg/m，则L1=Q/q=13.5/2.827=4.8m(8) 炮孔堵塞长度L2的确定爆破孔采用连续装药的结构进行装药，孔口用黄土堵塞，堵塞时要捣实，以确定堵塞强度，堵塞长度L2=L-L1=6.54.8=1.7m。各梯段孔径的爆破参数见下表：爆破孔参数表梯段高度H（m）6.06.09.09.0孔径D（mm）8511585115超深h（m）0.500.50孔深L（m）6.569.59最小抵抗线W（m）2.03.02.03.0炮孔间距a（m）2.53.52.53.5炮孔排距b（m）2.03.02.03.0单位耗药量q(kg/m3)0.450.450.450.45单孔装药量Q（kg）13.528.3520.2542.5药包直径d（mm）60906090每米药包重量q1（g/m）2.8276.3622.8276.3622.2.4 预裂爆破参数(1) 预裂爆破孔间距的确定根据公式，预裂孔间距a=（712）D，其中712为经验系数，D为预裂爆破孔孔径，当孔径很小时经验系数取大值，当孔径大时，经验系数取小值。例：当钻孔直径为D=85mm，则预裂孔间距a=（712）D=（712）85=5951020mm，取a=80cm。(2) 不偶合系数Dd确定根据公式Dd=D/d，其中d为药卷直径，预裂孔爆破时采用32乳化药卷，则当钻孔直径取D=85mm时，Dd=D/d=85/32=2.7(3) 线装直径取D=85mm(不偶合系数Dd=2.7为例)、根据岩石强度和孔距计算，QX=0.360.63a0.67，其中为岩石极限抗压强度kgf/cm2。由于厂区的岩石以灰岩为主，查相关书籍为400600Kgf/cm2，则QX=0.36（400600）80 0.67=296381.6g/m。、根据开挖施工规范SDJ211-83介绍的公式计算QX=0.188a0.5=0.18880（400600）0.5=300.8368.4g/m。、根据岩石强度和钻孔半径计算QX=2.75r0.380.53=2.75（85/2）0.38（400600）0.53=273.7339.3g/m。综合上述计算结果，QX=273.7381.6g/m，通过现场爆破试验，选择线装密度QX=330g/m为宜。、为了克服预裂孔底部岩石的夹制力，确保预裂缝到底，孔底装药量需适当加大，其增加值为线装药密度的3倍，以上述选择结果，预裂爆破孔底部药包装药密度3QX=990g/m。各开挖层预裂爆破参数见下表：预裂孔爆破参数表项 目EL.993.9m高程以上EL.973.9m高程以上EL.959.65m高程以上钻孔直径D（mm）10085/10085钻孔间距a（m）9080/9080钻孔角度（度）609090钻孔深度L（）411.320814.25不偶合系数Dd3.12.7/3.12.7药包直径d（mm）323232线装药密度QX（g/m）360330/360330底部加强药包（g）11001000/11001000(4) 预裂爆破施工情况引子渡厂房边坡993.9m高程以上所有台阶，993.9m973.9m高程台阶、973.9m953.65m高程台阶的钻爆施工，主要采用深孔预裂爆破，在钻孔直径的选择上，主要考虑施减轻爆破振动对基岩的破坏。最大钻孔直径为120mm，并选择底部水平保护层厚度为150cm，以防预裂缝的超深对应保留岩体的破坏。预裂采用间隔装药的结构形式，用导爆索起爆，装药时将32标准药卷与导爆索一起间隔绑在一根竹杆上，形成所需长度的药串，同时使药卷在孔内能合理分布，即孔口1m取1/2线，孔底1m取2线，中段1m取线，如图所示：预裂孔口留0.81.5m装药，用黄泥或稻草堵塞，若孔内无水时，孔口用稻草堵塞，不用捣实，让孔内的能量适当的释放一部分，以控制孔口药包爆炸时不致产生爆破漏斗，若孔内有水时，先用风管将孔内的水吹出再装药，孔口用黄泥堵塞密实，防止预裂孔内出现水藕合现象。预裂爆破成缝的机理要求其预裂面各孔齐响为佳，但预裂爆破前药卷与保留岩体接触，中间无隔离，与一般深孔梯段爆破相比，预裂爆破的振害要相同齐爆的梯段爆破大2-3倍。因此控制预裂爆破的起爆药量也是十分重要的。为了保证爆破后保留岩体振速小于10cm/s的水平，确定引子渡水电站厂房边坡预裂爆破的最大单响药量小于50Kg。预裂爆破较小的孔距有利于开挖质量的提高。但往往不经济，孔距较大时，可能造成预裂面不能形成贯穿裂缝。若装药密度偏小，可能造成裂缝，缝装药密度偏大时，可能造成裂缝宽度不够或有能较好地形成贯穿裂缝，缝装药密度偏大时，可能导致保留岩石边坡或建基面的破坏，增大超挖，同时亦相应增加了爆破振动的影响。为了保护预裂面的完整性，需设缓冲层。缓冲孔孔距为3m，距预裂面的距离为1.2m，与预裂孔平行。缓冲孔底部与主爆孔的水平距离为2m，缓冲孔采用连续装药形式，装药直径为60mm，最大单响药秘控制在100kg以内。预裂爆破孔装药示意图2.2.5 浅孔爆破施工适用于台阶高度小于4m，在引子渡水电站厂房基础开挖施工中EL.959.65m高程以下，基坑石方开挖采用浅孔爆炮技术，浅孔爆破均采用手风钻钻孔，梯段微差爆破，开挖浅处，采用光面或预裂爆破技术。在厂房基坑EL.959.65m高程以下基坑石方开挖施工中，沿厂房纵轴线方向形成台阶施工，钻爆、出碴同时进行，在下一层钻爆施工时，采用沿厂房纵轴线方向斜井掏槽的方式，进行钻爆施工，形成台阶，确定合理的爆破施工技术参数，见下表：浅孔爆破参数表分层厚度H（m）H3.02.52.01.5钻孔直径D（m）D=1.06d45454545钻孔深度L(m)L3.02.52.01.5最小抵抗线W（m）W1.01.01.01.0炮孔间距a（m）a=1.5w1.51.51.51.5炮孔排距B（m）b=0.67a1.01.01.01.0单位耗药量Q（kg/m3）Q(kg/m3)0.40.40.40.4炮孔光面爆破参数表分层厚度H（m）H3.02.52.01.5钻孔直径D（mm）D=1.06d45454545钻孔间距a（cm）a=（911）d4050405040504050钻孔深度L（m）L3.02.02.01.5不耦合系数D/D药2.252.252.252.25药包直径D药（mm）D药=20mm20202020线装药密度全孔g/m1501501501502.2.6 孤石处理及预留岩坎开挖在施工过程中原有的河床孤石（大于）和爆破产生的大块石，采用随时爆破或解爆的方法进行处理，以便机械拉运，预留岩坎将采用外爆法施工，因相邻建筑物正在施工，应在爆除前进行详细的爆破设计，讨论并通过爆破施工方案，在爆破过程中，严格控制爆破的破坏范围，抛物的抛掷方向，采用拆除爆破的技术要求施工。3 总结引子渡水电站厂房开挖采用子上述施工措施，加快了施工进度，并保证了保证质量，但在具体实施时，由于地质等方面的因素，通过实践总结断层，溶洞、褶皱，软弱夹层以及裂隙破碎等不良地质因素对爆破效果的影响，还应注意以下问题：(1) 对于溶洞，可能会改变设计的爆破方向，遇到软弱夹层处时，炸药气体在夹层内形成强烈的冲击波并携带部分石块冲出夹层，不利于安全防护。(2) 对于容蚀沟缝或裂隙和软弱夹层比较发育的部位，常造成爆破漏气和吸收爆破能量而降低爆破威力。(3) 当岩体多组节理裂相互切割不利于边坡稳定时，边坡很容易产生飞石和坡面塌滑。处于岩溶的部位也有不同稳定的危害。(4) 如何提高钻孔成孔率，对爆破效果好坏至关重要，尤其是对岩体裂缝发育的部位。(5) 在预裂爆破中，应对钻孔的精度进行检测，预裂孔的开口误差应控制在50mm以内，炮孔倾角误差控制在10以内，钻孔深度应落在同一高程，对造好的孔应进行保护。(6) 对梯段前沿的堆碴应及时清理，创造良好的临空面，保证爆破效果。(7) 对于爆破参数的选择，应根据当地的地质条件通过爆破试确定，而不能一味的搬用其它工地的爆破参数。(8) 对于主体工程的建基面，应进行爆破振坡振速监测，使爆破后的岩体保留的振速下降不大于10%，已开挖完的建基面进行波测试，以便开挖后的建基面满足要求。