招徕河碾压砼双曲拱坝坝基石方开挖施工技术.doc

招徕河碾压砼双曲拱坝坝基石方开挖施工技术范慧娟 闻艳萍 中国水利水电第十一工程局有限公司摘 要：招徕河大坝设计为碾压混凝土对数螺旋同层变厚变中心角的双曲薄拱，坝址处于“V”峡谷内，坝肩开挖高度达100m左右，坝址处河床谷底宽1822m，宽高比1.76，左岸自然坡角7080，右岸自然坡角5070，两岸山体宽大雄厚。本文简要介绍了坝基开挖的施工组织、钻爆设计及其开挖方式等。关键词：招徕河大坝 坝基开挖 施工技术1工程概述1.1工程概况招徕河水利水电枢纽工程位于湖北省长阳县渔峡口镇、清江中游左岸的一级支流招徕河河口以上2.5km处，开发任务是以发电为主。大坝为碾压混凝土对数螺旋双曲薄拱坝，坝址处于“V”峡谷内，坝肩开挖高度达100m左右，坝基开挖厚56m。招徕河大坝坝肩开挖EL214EL305为大坝前期标段，承包方为葛洲坝施工局。我局为大坝标段，承担EL214高程以下坝基土石方开挖和大坝主体碾压混凝土施工。由于大坝前期标段施工工期滞后，大坝主体标段施工队伍进场后，坝肩开挖剩余工程量还很大，无法进行坝基开挖施工，业主为确保大坝坝基垫层混凝土在2003年3月底进行浇筑，提出并经葛洲坝工程局同意，把两岸坝肩开挖剩余工程（两岸305m以下坝肩岩石开挖和地下洞室开挖）转给我局施工，为确保2003年3月底浇筑基础混凝土垫层，经专家咨询论证，提出左、右坝肩均从EL230垂直向下进行梯段开挖，在EL204进行基坑开挖，浇筑基础垫层混凝土的方案。左、右岸坝肩EL230m高程以上坝肩开挖安排在2003年汛期进行，汛后9月份进行坝体碾压混凝土施工。大坝坝基垫层混凝土于2003年4月10日浇筑，由于招徕河大坝左坝肩EL290m以上正在进行预应力锚索和EL305.5洞脸喷锚支护施工，左坝肩开挖无法按正常施工工序自上而下梯段爆破施工，为确保大坝碾压砼在2003年汛后9月底能正常进行施工，根据目前工程的实际情况，决定左坝肩开挖从EL274高程向下开挖，开挖方法为：利用EL274高程施工便道按1:0.31:0.5坡度（坡向山体）劈挖，大约向下劈挖10m左右至EL264高程达到坝肩建基面，EL264高程以下按照设计要求自上而下进行开挖。EL230以下覆盖层开挖约4万m3（含其它标段坝肩开挖弃碴2万m3），岩石开挖约4.5万m3，共7.5万m3，工期约3个月。EL230以上坝基石方开挖约4万m3，工期约3个月。1.2工程地质（1）地形地貌坝址位于距招徕河口约2.5km的峡谷内，河流总体流向由北向南，河谷狭窄，岸坡高陡，岩层走向与河流方向近垂直，表现为横向河谷。坝址处河床谷底宽1822m，宽高比1.76，左岸自然坡角7080，右岸自然坡角5070，两岸山体宽大雄厚。坝址河床枯水位208209m，水深0.51.0m，砂卵石层厚5.049.52m。坝址以下与清江组成的三角地带发育有14级阶地，阶地类型均为基座阶地。（2）地层岩性建坝岩体主要为O1n2+3致密灰岩、灰质白云岩，岩性分述如下：南津关组第2段（O1n2）：厚55m。灰色微至细晶厚层灰岩。南津关组第3段（O1n3）：厚87.7m。浅灰色微晶致密白云岩、灰质白云岩夹少量灰岩。（3）地质构造坝区构造线受半峡背斜控制，受其压扁作用的影响，层间褶皱和劈理极其发育，构成坝区大构造较简单，小构造则复杂多样的总格局。2坝基开挖施工特点及难点（1）工期紧。2002年12月底左右坝肩开挖均从EL230按10.3边坡向下开挖，要求在3月底前完成大坝EL230以下坝基开挖，2005年汛前拱坝垫层砼施工完毕。EL230以上坝肩开挖在6、7、8三个月进行，确保10月初RCC具备施工条件。（2）无施工道路、施工安全系数高、爆破技术指标高。坝址河谷两岸（尤其是左岸岸坡高度超过200m，边坡近乎直立，甚至出现反坡），地形陡峻，岸边卸荷裂隙发育，施工爆破控制、施工道路布置均有很大的困难，施工安全须引起高度重视。汛期左坝肩EL290以上正在进行预应力锚索和洞脸支护施工。爆破对左坝肩EL290以上目前正在进行预应力锚索和洞脸喷锚支护施工的安全设防及EL305.5上部岩体的稳定和爆破对大坝基础混凝土垫层的影响，都提出了很高的标准。（3）开挖断面体形复杂，施工难度大。大坝为对数螺旋线型碾压砼双曲拱坝，厚高比仅为0.17，要求坝基岩石的抗压强度高，大坝按双曲拱坝变中心角变半径的特点，上、下游坡面和建基面均为扭曲面，上游坡面平行于Y轴，下游坡面平行于径向，开挖坡面均为1:0.3，开挖边坡在上下游两条径线之间钻直线孔，爆破后所形成的扭曲面作为坝基，因此，每个钻孔的孔口位置和孔底位置全部要用坐标控制，相邻两孔不在同一平面内，且孔口间距不等于孔底间距，这对控制钻孔质量带来很大困难。3坝肩开挖设计总体原则3.1左坝肩设计开挖原则（1）EL274EL260段开挖按1:0.31:0.5坡度（坡向山体）梯段向下劈挖；（2）EL274开挖开口线：上游面按葛州坝已施工的EL305开挖开口线垂直投影开挖，边坡高于15m预留0.5m宽的马道，下游面按设计体形线垂直开挖；（3）EL260以下上游面平行于大坝y轴方向按1：0.3坡度放坡，边坡高于15m预留0.5m宽的马道；下游面EL274EL260按大坝体形开挖，EL260EL230建基面5m范围内按1：0.3坡度放坡，超过5m顺岩层开挖；EL230以下平行于大坝径向按1：0.3坡度放坡，边坡高于15m预留一个1.5m宽的马道；（3）上下游面放坡线及拱座建基面按设计要求进行光面爆破。3.2右坝肩设计开挖原则（1）上游面平行于大坝y轴方向按1：0.3坡度放坡，边坡高于15m预留0.5m宽的马道；（2）下游面平行于大坝径向按1：0.3坡度放坡，边坡高于15m预留一个1.5m宽的马道。4开挖爆破设计4.1坝肩开挖需要安全监测及保护的范围依据“招徕河大坝开挖初步咨询意见”坝肩开挖需要保护的范围为：左坝肩EL290以上预应力锚索施工、喷锚支护施工、两岸坝肩边坡稳定，两岸灌浆洞和排水洞，坝基基础岩石，已浇筑的大坝砼垫层。4.2爆破振动控制的标准（1）预应力锚索施工：灌浆后37天时段，振动速度控制在2.5/s以内，728天时段，振动速度5/s，28天以后，振动速度10/s。（2）喷锚支护施工：振动速度10/s。（3）两岸灌浆平洞：中等围岩，振动速度10/s；较好围岩，振动速度15/s。（4）坝基砼垫层：混凝土龄期728天，振动速度7/s。（5）单响药量控制：根据爆破振动速度计算公式和专家咨询提供振动速度控制值计算出单段爆破炸药用量，初拟单响控制药量见下表：（6）爆破振动速度计算公式V=K(Q1/3/R)V：质点振动速度（cm/s）Q：单响药量（kg）R：测点主爆区中心的距离（m）K、：爆区与地质、地形、爆破方案等有关的系数和衰减指数。初拟单响控制药量一览表 距坝基砼垫层距离（砼龄期2028天）m10151520203030单响药量（kg）251035754.3坝肩梯段开挖爆破参数设计（1）爆破参数设计原则 最大一段单响药量不得5kg（监理工程师要求）； 爆破后石块体积0.8m3。（2）梯段爆破参数和药包量计算经验公式 梯段高度H（m）：左坝肩 H=3m（2.5m） 右坝肩 H=4m（3.5m） 炮孔孔径d（mm）：d=42mm 钻孔深度L（m）：L=1.2H或1.0H 炮孔间距a(m)：a=(0.50.8)L 炮孔排距b(m)：b=(0.81.0)a 底板抵抗线W1(m):：W1=(0.61.0)H 药包量Q(kg)：Q=(0.60.7)qW1aH右坝肩梯段开挖主爆孔现场爆破参数爆破用参数钻孔深度L（m）间距a（m）排距b（m）抵抗线W1（m）药包量Q（kg）单位耗药量kg/m34.01.81.51.51.50.453.51.51.21.21.20.35左坝肩梯段开挖主爆孔现场爆破参数爆破用参数钻孔深度L（m）间距a（m）排距b（m）抵抗线W1（m）药包量Q（kg）单位耗药量 kg/m33.01.21.21.00.80.352.51.01.01.00.70.3坝肩光面爆破参数计算结果名称单位数值岩石极限强度Kgf/cm212001000800600装药量Qxg/m300250250230孔距acm65656055（3）爆破网络设计梯段主爆体采用孔间微差爆破，连续不偶合装药结构，秒差电雷管起爆网络，依据爆破参数中单孔装药量和爆破最大一段单响药量，爆破网络采用每一段孔数为810个，进行孔间微差爆破。设计边坡采用光面爆破，间断不偶合装药结构，电雷管起爆、导爆管传爆的爆破网络。4.4爆破试验结果通过在左岸EL274的爆破试验，上述爆破设计参数是合理的，最后作为坝肩开挖的爆破施工参数进行控制。5施工程序和主要施工方法5.1坝肩开挖施工程序（1）左坝肩开挖施工程序施工准备EL274高程施工便道扩挖EL274266垂直劈挖EL266EL250高程开挖EL250EL220坝肩开挖EL220EL204坝肩开挖。（2）右坝肩开挖施工程序自上而下、从外向里，施工工作面分层开挖的方式。（3）梯段开挖施工程序梯段开挖（预留保护层）上下游坡面保护层光面爆破坡面清理边坡支护喷锚施工安全监测及分析进入下一循环。（4）坝基建基面施工程序梯段开挖手风钻剥离（辅以小药量浅孔爆破）坡面清理施工安全监测及分析进入下一循环。5.2主要施工方法坝肩开挖采用自上而下分层浅孔梯段爆破施工，梯段分层厚度为2.54m，YC-28手风钻钻孔，主爆体梯段孔间微差爆破，毫秒延期电雷管起爆网络，采用连续不偶合装药结构。设计边坡线处预留保护层，YC-28手风钻钻孔，光面爆破，随开挖面进行，采用电雷管起爆、导爆管传爆的起爆网络，间断不偶合装药结构。坝基开挖采用浅孔梯段预留保护层、在河道中心处掏槽爆破施工。主河道内的覆盖层挖至低于两侧岩石2m以上时，以河道两侧作为爆破临空面进行爆破作业；当最深覆盖层挖除完毕时，在河道中心处掏槽再次形成临空面，继续进行爆破作业，紧邻建基面岩石、坡面预留1.5m的保护层，保护层分两层爆破：第一层距建基面1.0m；第二层距建基面0.2m。剩余的0.2m采用人工开挖，采用毫秒电雷管起爆法。坝肩开挖采用YC-28手风钻进行钻爆，左右坝肩各配置两台9m3空压机。出渣方式：利用爆破梯段向河床形成爆破临空面，以减少出渣工程量，最后统一采取坝基河床集中出渣方式，2台1.6m3反铲配置2台3m3装载机，8台15t自卸汽车出渣。5.3施工工艺（1）梯段开挖施工工艺流程测量钻孔定位放样梯段拉槽爆破光面爆破坡面清理与保护出渣。（2）坝肩建基面开挖施工工艺流程梯段拉槽爆破测量钻孔定位放样手风钻剥离（辅以小药量浅孔爆破）建基面清理出渣。5.4开挖工艺描述（1）测量放样采用TC1100全站仪，现场测控网加密；现场放样采用测量交样单进行放样交底，计算机较核测量网点；钻爆前后，均需进行边线检查，经检查合格后方可进行下一台阶施工。（2）梯段拉槽爆破钻孔：采用YC28手风钻钻孔，建基面预留保护层厚度为2.0m，钻孔施工完成后，应由质检人员对钻孔的质量和钻孔参数按作业指导书的要求进行检查验收，发现钻孔质量不合格及钻孔参数不符合要求，要求立即进行返工，直至达到钻孔设计要求为止。装药、连网爆破：梯段爆破采用孔间微差爆破，毫秒延期电雷管起爆网络，连续不偶合装药结构，如遇雷雨季节，采用毫秒延期导爆管起爆网络。（3）光面爆破钻孔：采用YC28手风钻钻孔，首先按设计图纸进行现场放样，标出边坡开挖线，确定开挖范围轮廓线和钻孔深度、角度；随后根据作业指导书要求的孔间距安排钻机就位，采用架尺对钻机、钻孔角度和定位点进行校对，开孔后应进行中间过程的深度和角度校对，以便及时调整偏差，确保开挖后的岩石平整度满足设计要求。装药、连网爆破：采用电雷管起爆、导爆索传爆的起爆网络，间断不偶合装药结构。（4）钻剥离（辅以小药量浅孔爆破）保护层上部梯段最后一层爆破孔，其孔底距水平光爆孔0.50.7m，该层与水平广爆层一次爆破形成。建基面采用人工、风镐进行修整，清除基底石渣，将建基面修成设计坡比。6施工安全监测6.1监测的内容和部位（1）监测单位对左、右岸边坡岩体爆破震动观测，将边坡岩体的质点震动速度控制在安全范围之内。（2）选定左、右岸部分平台进行区域的位移和沉降观测，利用坝区控制网进行联测，对坝肩开挖卸荷后的回弹、位移和沉降进行观测，分析局部区域的岩体稳定情况并做出判断，以便设计确定治理措施或方案。（3）对有断层的部位，在其可能位移侧进行变位观测。（4）两岸灌浆隧洞洞脸岩体爆破震动观测，洞顶及边墙变位的观测。6.2两岸灌浆平洞施工监测（1）根据灌浆洞的总设计长度，考虑每3050m设变形观测断面一处，每处设计观测标点四个，分别布置在洞子左右两侧边墙、顶拱和底板上，共计布置变形观测断面12个，观测标点48个。（2）对左右岸EL220m高程灌浆洞洞口附近各布设一组爆破震动观测。6.3左、右坝肩施工监测（1）根据左、右坝肩的设计特点及地质结构，分别在断层、坝基开挖区以外、坝顶以上边坡、EL204EL305.5之间的边坡各埋设两组位移标点和水准标点，要求：左坝肩在EL305、EL274、EL264支洞口坝肩开挖线以外边坡埋设2组，共14个观测点；右坝肩在EL305、EL274、EL264、EL230坝肩开挖线以外边坡埋设2组，共16个观测点。共计埋设标桩30个，利用全站仪进行水平位移观测及沉降观测。（2）对左、右岸EL305.5灌浆洞和坝基附近各布设一组爆破震动观测。6.4观测频率及施工要点（1）观测频率大方量的开挖爆破期间，每天进行一次爆破震动测试。位移及沉降观测，在开挖初期每周观测23次，在混凝土浇筑期间每周观测1次。（2）施工要点选择从事过此项工作，经验丰富的人员进行施工安全监测的实施和监测资料的整理。开挖爆破动态监测应密切配合开挖爆破程序进行，每次爆破后及时整理、分析监测成果。安全监测成果应由监测单位及时整理、分析并报送工程师和业主，工程师、业主及时把有关资料、成果及时反馈给设计、施工单位，并准备可立即实施的施工手段。观测仪器配置见下表。 观测仪器配置表序号仪器名称单位数量备注1加速度计台1监测单位自备2地震仪台1监测单位自备4水准标点个30两坝肩及开挖边坡，5标点个48左、右岸灌浆洞内6全站仪台1读数使用7施工进度分析左坝肩开挖因锚索施工、洞脸喷锚支护施工及汛期的影响，开挖分三个施工时段进行：EL274EL240段开挖，安排在56月份进行，开挖高度34m，开挖方量约6000m3；EL240EL204段开挖，安排在67月份进行，开挖高度36m，开挖方量约8000m3；EL290EL264段开挖，在78月份进行，开挖高度26m，开挖方量约10000m3。右坝肩开挖自EL290一直开挖到EL204，安排在68月份进行，开挖高度86m，开挖方量约25000m3。现以第一个开挖施工时段为例来分析梯段循环作业时间：开挖高度34m，开挖方量约6000m3；梯段高度为3m，梯段开挖方量约250m3500m3；有效工作天数为25天，每天一班作业，每班工作10小时；工作面部置手风钻34台，每台手风钻钻孔30m/台班；钻孔作业时间为1.01.5台班，每班钻孔90m120m；装药时间为3.5小时，起爆及危石处理2.5小时，质量验收6小时；岩石出渣人数按2m3/人台班计算，每班需工人812人，出渣作业时间为1.52.0台班。 梯段爆破工序循环时间进度表（h）