金沙江溪洛渡水电站左岸坝肩槽建基面开挖质量控制技术.doc

水利学报2009年06月 SHUILI XUEBAO 增刊文章编号： 金沙江溪洛渡水电站左岸坝肩槽建基面开挖质量控制技术吴世斌，罗灿辉，魏德友，刘翔(长江三峡技术经济发展有限公司溪洛渡监理部，云南 永善 657300)摘要：溪洛渡水电站坝肩槽施工由溪洛渡工程建设部直接提出了超现行技术规范的质量要求，其具有标准高、难度大的施工特点，通过对100B钻机的改造以及量测设备的改进等行之有效的质量控制手段和技术措施，从而确保了坝肩建基面开挖质量，并得到质量专家组的高度评价，对今后类似坝肩槽开挖质量控制有一定的借鉴作用。关键词：坝肩；建基面；开挖质量；控制技术中图分类号： 文献标识码： 1 引言2006年，溪洛渡工程全面转入主体工程施工，按照业主提出的溪洛渡电站建设落实科学发展观，践行“四个一”的西部水电开发理念和创建西部水电开发“典范工程”，认真贯彻公司的改革发展战略，努力推进监理工作的标准化、精细化、规范化、确保管理水平与监理水平的同步提高，溪洛渡监理部通过不断改进坝肩槽开挖过程控制措施，取得了较丰富的管理经验，本文就坝肩开挖过程重点和难点控制措施进行阐述，对今后类似坝肩槽开挖质量控制有一定指导意义。2 工程概况2.1 工程简介 金沙江溪洛渡水电站工程是我国西电东送中线的骨干电源之一，是金沙江下游梯级开发的第三级水电站，上接白鹤滩电站尾水，下与向家坝水库相连。溪洛渡水电站是以发电为主，兼有防洪、拦沙和改善下游航运条件等巨大的综合效益，具有不完全年调节能力的特大型水电站。是金沙江流域实施“西电东送”的第一期工程。溪洛渡水电站水库正常蓄水位600m，总库容126.7亿m3，调节库容64.6亿m3，电站总装机容量12600MW（18台700MW），保证出力3395MW（远景6657MW），多年平均发电量571.2亿kWh(远景640.6亿kWh)溪洛渡水电站水工枢纽由混凝土双曲拱坝、引水发电系统、1#4#泄洪洞、竖井式泄洪洞等建筑物及导流建筑物组成。混凝土双曲拱坝最大坝高286.00m，坝顶高程610.00m，顶拱中心线弧长698.07m。平均开挖厚度在50米左右，坝前边坡与泄洪洞边坡连通开挖，坝后边坡与水垫塘边坡相接，总开挖方量约为109万m3。2.2 工程地质条件 坝址区位于玄武岩峡谷中段，金沙江河道顺直，岸坡陡峻，呈对称“U”字型，两岸山体雄厚，地形完整，无沟谷切割。左岸坝址区地质构造简单，无断层分布，主要结构面为层间错动带（C）、层内错动带（Lc）、挤压带（g）、基体裂隙（L），EL440m以下分布有6条断面尺寸、收稿日期：2009-06-11工程项目：中国长江三峡工程开发总公司开发的溪洛渡水电站项目作者简介：吴世斌（1976-），男，籍贯 汉，职称，工程师，主要从事水利工程监理工作。E_mail:走向不一的地勘洞。EL.610mEL.400m共揭露层间错动带5条、层内错动带73条、挤压带96条；基体裂隙不发育，优势方位不明显，延伸一般3m5m，个别可达10m，裂面多起伏粗糙，闭合（少量微张）、无填充，裂面新鲜轻微绣染、个别中度绣染，干燥，P212层、P26层玄武岩内柱状节理发育。3 质量控制难点和措施3.1 质量控制难点 （1）坝肩槽建基面超现行技术规范质量要求，见表1。表1 建基面开挖质量检测标准和项目项次项目允许偏差(cm)平整度欠挖超挖1两岸拱端建基面(1)无结构配筋与预埋件要求102015(2)有结构配筋与预埋件要求020152水平建基面标高(1)无结构配筋与预埋件要求102015(2)有结构配筋与预埋件要求020153建基面法向1m处爆破前后声波衰减率声波降低率小于10%4距离爆破梯段顶面10m处安全质点振动速度小于10cm/s从上表可以看出，对建基面造孔精度和爆破控制提出了更高的要求，而且建基面是一个大扭面，每个孔的方位、倾角都不同，如何控制造孔精度和确定爆破参数是质量控制工作的主要难点。 （2）建基面开挖质量检测方法要求高建基面超、欠挖（梯段高度10.0m）采用断面测量加密检测：按高程布设测量断面，高程间距2.0m；断面上测点间距50100cm，遇地形变化处加密测点；按1:200比例尺绘制测量断面图（A3纸图幅）；根据断面测点的测量资料，统计、计算建基面的超、欠挖成果。建基面平整度采用2.0m直尺检测频次高：开挖梯段高度上布设三条水平检测断面，断面位于距开口线、坡脚1.0m处和开挖梯段中部；沿检测断面采用2.0m直尺连续检测；直尺紧靠开挖面，量取直尺与相邻炮孔间岩面（开挖面）之间的最大间隙，即为开挖面不平整度读数；统计、计算开挖面的不平整度成果。 （3）、坝肩槽建基面设计为一坡到底，中间未设置平台及马道，坝前边坡每30米设置一条3米宽的马道，没有上钻平台是施工中质量控制的又一难点，只有确定合理的施工方案，选择合理的造孔设备才能保证开挖质量。 （4）、在造孔过程中对钻杆倾角的量测已不能采用罗盘进行，罗盘的量测精度已不能满足技术要求，应采用精度较高的量角器进行量测。根据实测资料7分析，冬季深圳湾各测站实测平均含沙量在0.00730.205kg/m3之间，而夏季在0.01370.2385kg/m3之间。由于深圳湾水体中含沙量不高，泥沙对水流的影响极小，泥沙数学模型与水动力学模型可以采用非耦合的方式求解。深圳湾的床沙组成为砂层及亚黏土层，上覆海相淤泥层，底质细、中值粒径为0.0040.006mm9,10，泥沙运动以悬移质运动为主，推移质运动可以忽略。由于缺乏足够的悬移质 泥沙级配资料，本研究将3.2 质量控制采取的主要措施：（1）开挖坡比超欠平衡调整溪洛渡水电站左岸坝肩槽建基面开挖EL.610mEL.440m，开挖坡比1：0.151：0.58，坝肩槽上游坡面（水平方向）为坡比渐变的曲面，建基面开挖范围设计中无马道，为保证钻机就位，施工中按每10m梯段采用（上欠、下超各20cm）超欠平衡调整，为下部梯段创造宽40cm的上钻平台,见陡坡超欠平衡调整示意图。 陡坡超欠平衡调整示意图 建基面EL.440m以下坡比变缓，坡比由1：0.58突变为1：1.52，采用上述超欠平衡方案已不能满足施工要求。施工质量控制难度增加，为了保证开挖质量，在进入缓坡段开挖施工之前，在同等地质条件下进行了模拟缓坡段爆破试验。在EL.450mEL.440m梯段预裂造孔时，将实际孔底高程下调至EL.438.3m，为阴角处钻机就位创造1.6m的上钻平台。EL.438.3m以下按梯段对设计开挖线进行（开孔不超不欠，孔底超40cm）超欠平衡调整，为下部梯段创造宽40cm的上钻平台，见缓坡超欠平衡调示意图。 缓坡超欠平衡调整示意图（2）钻机的改造液压钻及CM-351潜孔钻机造孔精度低、不易控制，占用上钻平台大，按设计坡比无法就钻；而100B钻机按设计坡比只需较小的上钻平台即可满足要求，且造孔精度高、易控制，利于建基面开挖施工，所以在溪洛渡水电站坝肩槽建基面开挖中采用了100B钻机造预裂孔。由于100B钻机自身因素造成钻进过程中钻机不稳定、易摆动，特别是钻机开孔时，摆动幅度较大，不利于精度控制。经过研究，在钻机两侧加焊48钢管，钢管与样架的立杆牢固连接，钻机底部和顶部各一根横杆，必要时可在底部增加一根辅助横杆，横杆与立杆（48钢管）用扣件连接，并采用单机单架，消除了钻进当中钻机摆动幅度大的顽症，见100B钻机改造大样图。 100B钻机改造大样图增加限位板：100B钻机自带的限位器距离孔位点在1.0m以上，钻机开孔时冲击器易偏离孔位点。为减小开孔偏差，在100B钻机底部加焊了限位板，保证开孔时钻头无偏移，有效的防止了“飘钻”现象的发生，见限位板大样图。 限位板大样图（单位：mm） 加装扶正器：由于100B钻机使用50钻杆，刚度较低，与钻孔直径不匹配，在钻进过程中，随着钻杆数量的增加，钻杆摆动幅度也越来越大，遇不良地质容易“飘钻”；在量取倾角时，考虑工器具自身误差与技术人员的视差后，直接导致倾角误差增大。因此，采取在钻杆上增加扶正器的方法，防止造孔过程中出现误差增大和因岩石变化引起的“飘钻”现象。加装方法：冲击器与第一根钻杆过后增加一个扶正器，以后每隔3根钻杆增加一个扶正器，见扶正器大样图。 扶正器大样图（单位：mm）（3）量角器改进同类工程施工中使用的量角仪器一般为工程地质罗盘（精度为0.5）或可调性量角器（精度为0.2），误差较大，在溪洛渡坝肩槽开挖工程中不能满足造孔精度要求。因此，为了提高造孔精度，专门制作了100B钻机专用的加厚小量角器，对原来的量角器精度进行了改进，由0.2提高到0.1，有效地提高了造孔过程中倾角控制的精度。 高精度量角器大样图 （4）合理采取爆破分区和生产性试验确定爆破参数根据设计体型及钻机性能，按每10m一层进行开挖施工，根据实际地形将坝肩槽开挖分成三个区进行爆破，前沿为爆破区，靠近建基面为爆破区，坝前边坡为爆破区。区宽度控制在15米以内，15米以外均为区，区可根据现场地形进行13次爆破，并提前下卧，为区爆破创造临空面，从现场爆破效果来看分区分层及爆破次序合理。为了取得合理的爆破参数，在建基面上部边坡进行了生产性试验，在预裂孔参数的选取上，分别将预裂孔间距调整为0.6米、0.7米、0.8米，线密度在300350k/m；主爆孔间排距分别采用3.53.5米、3.53.0米、3.52.5米，单耗为0.420.57 kg/m3，最大单响药量在3377kg；在试验过程中长科院进行了爆破质点振速监测和声波衰减测试，经过分析比较，最终确定采用下列爆破参数，并对爆破规模作了相应要求，以保证爆破质量。 建基面爆破参数表孔别间距(m)排距(m)装药结构预裂孔0.8/底部1m双节药卷连续装药；上部间隔装药，线密度350330g/m，堵塞1.0m。主爆孔3.52.5采用70药卷连续装药，前沿可采用80药卷连续装药，堵塞2.0m。缓冲孔2.01.5（预裂）2.0（主爆)底部3.0m采用70药卷连续装药，上部线密度2.8kg/m，堵塞2.0m。爆破影响控制：主爆孔单响药量50kg；预裂孔及其他孔单响药量40kg。4 建基面开挖质量过程控制措施4.1 事前控制 （1）质量控制要求1）审批承包人的开挖方案，确定开挖程序、钻孔爆破施工方法；2）督促承包人进行爆破试验，并根据试验结果确定爆破参数；3）严格实行现场开挖放样测量复核，预裂孔逐孔放出孔位及方位角，确保开口线准确无误；4）现场爆破严格实行准爆控制，实行“三证”管理（即：准钻孔证、准装药证、准爆破证）和“三定”制度（定人、定机、定孔）；5）严格审核爆破设计，并根据岩石地质情况适当调整装药；6）加强对预裂孔、缓冲孔及爆破孔倾角、方位角及孔深的检查，对不符合要求的孔，要求套孔或补孔处理，确保造孔质量；7）装药联网过程现场监理旁站；8）爆破翻碴完成后，测量监理工程师和承包人测量人员联合对边坡开挖质量进行测量检测，对边坡及马道存在欠挖的部位要求承包人进行处理，满足要求后组织参建各方进行开挖边坡的验收。（2）爆破试验为保证建基面开挖质量，建基面开挖前，监理工程师组织在坝肩边坡开挖过程中提前进行了建基面开挖爆破试验8次，每次爆破试验前由参建各方充分讨论试验方案、充分分析长科院的爆破检测（爆破振动和声波衰减）结果，不断优化爆破设计（包括钻孔速度、岩性与成孔效果的关系、爆破分区、装药结构、联网方式等），通过爆破试验，确定了最佳的建基面开挖爆破设计方案。建基面EL.440m以下开挖坡度由陡变缓，按高程10m梯段一次钻孔深度达到18m（坡面斜长）,为验证建基面EL.440m以上开挖钻孔的工艺及质量控制措施能否满足缓建基面开挖质量要求，监理工程师组织进行了缓坡建基面开挖的钻孔试验，试验结果显示：虽然因钻杆过长且倾角大，钻头及钻杆自重导致下垂，残孔呈孤线，但通过严格的钻孔质量控制、调整钻孔仰角及增加扶正器等工艺措施，能达到质量标准要求。 （3）质量控制措施建基面开挖前，成立了建基面开挖质量控制领导小组，监理工程师组织召开多次专题会议讨论，并协助业主编发了溪洛渡水电站坝肩开挖施工技术要求及质量检测、评定标准、溪洛渡工程拱坝建基面平整度及超欠挖检测实施细则、溪洛渡水电站坝肩槽开挖单元验收程序管理规定及溪洛渡水电站大坝坝肩开挖地质工作细则等管理文件。审查了承包人编写的EL.610m以下坝肩槽开挖施工组织设计、坝肩100B钻机钻爆开挖作业指导书、坝肩开挖施工工艺明白卡及坝肩开挖施工作业流程图等技术方案和质量控制措施。督促承包人组织对相关施工人员及质量管理人员进行详细的质量培训与技术交底，对机械操作人员实施培训上岗制，使每位施工人员熟悉坝肩开挖施工技术要求及施工操作流程，增强全体作业人员质量意识。监理工程师在检查确认建基面开挖施工各项准备工作已完成后，批准建基面开挖施工。4.2 事中控制（1）质量控制停检点在施工过程中，对现场不断进行巡视，发现影响施工质量的违规操作行为立即指令承包人改正；对特殊工种的作业人员的资格进行检查；对关键工序(如钻孔、校核样架、测量放样)进行旁站检查；在施工工序控制过程中合理设置停止点，未经监理工程师检查验收不得进入下道工序的作业；对单元工程、分部分项工程完工后进行全面质量检查；严格验孔程序，质检人员24小时跟踪控制，对每一道工序严格把关，确保建基面开挖质量。 （2）质量控制程序严格审批爆破设计检查建基面预裂孔区域清基完成测量监理工程师旁站建基面预裂孔测量放点现场监理核查100B钻机固定、钻杆方位角、倾角符合要求，“三定”（定人、定机、定孔）制度落实到位后签“准钻证”检查承包人钻孔过程校钻（不少于三次）情况和钻孔记录，督促承包人严格控制钻进速度对预裂孔逐孔验收合格后，根据岩粉记录、开挖揭露的地质情况等，组织地质快速工作组现场办公，研究装药、联网的局部优化方案，签“准装药证”全过程旁站装药联网（包括检查火工产品规格和批号、装药结构、检查爆破网络连接、检查爆破监测仪器布设完毕）完成后签“准爆证”爆破、翻碴完成后与承包人共同进行超欠挖、平整度检测，统计残孔率督促承包人对梯段开挖质量进行总结，对100B钻机进行维护、保养 及时组织参建各方对梯段进行预验收及质量总结，并组织坝段的验收。 （3）质量控制要点1）爆破设计：每个梯段的建基面爆破设计方案均通过监理工程师和长科院的联合审查并签署审核意见。2）技术交底：每一梯段爆破上钻前，由承包人技术负责人组织技术员、现场管理人员、钻工、爆破工班长以上人员对质量控制标准、施工方法、技术措施、计划完成时间进行交底。3）找平清面：承包人完成该项工作后监理工程师检查合格后进入下道工序。4）测量控制点的布设：根据溪洛渡电站施工控制网提供的XII12. XII18为起点，采用边角网的方法在左岸坝肩EL.610m平台上加密两个控制点，所加密控制点达到测量规范的要求。5）测量放点、号孔：测量监理工程师对承包人的放样成果进行校核。6）100B钻机的加固：钻机加固完成经承包人“三检”验收合格后，监理工程师检查确认，同时检查承包人的“三定”（定人、定机、定孔）制度落实到位后签“准钻证”。7）检测器具校验：督促承包人每班钻孔前对当班使用检测工具进行检查校验，如：罗盘、量角器等。承包人对使用的罗盘、量角器必须进行编号，并相应标识出误差值，以便在使用过程中进行修正误差值。用量角器控制预裂孔的倾角，罗盘控制缓冲孔和爆破孔的倾角和方位。当罗盘误差值超过0.5必须停止使用。8）造孔过程控制：严格执行每孔不少于的三次校钻制度，整个钻孔过程要求承包人填写详细的钻孔记录，供地质快速工作组研究爆破设计方案调整参考。9）验孔：承包人严格执行“三检”制验收程序，预裂孔、缓冲孔100%检查，爆破孔按总数的80%检查，承包人验收合格后提请监理工程师验收，监理工程师验收合格后组织地质快速工作组现场办公，根据钻孔岩粉记录情况，分析爆区地质情况，研究对爆破设计中装药结构、爆破网络调整方案，完成后签“准装药证”，承包人方可进行装药联网。10）装药、联网、爆破：装药、联网过程由承包人专业技术负责人现场监督、指导技术人员及炮工的工作。装药联网的全过程监理工程师进行旁站，经检查各项工作完成并符合要求、爆破监测承包人（长科院）进行建基面爆破振动监测、爆前岩体声波监测准备（土建承包人配合）等全部完成后监理工程师签“准爆证”，承包人实施爆破。11）坡面清理及爆破效果分析：爆破完成后，承包人应及时对爆堆、飞石、块石粒径进行检查，对爆破效果进行评价，分析爆破过程中存在的问题，以指导下部的开挖爆破设计。承包人应专人指挥机械与人工配合清渣，避免机械作业不当对建基面的损坏。12）测量检测：坡面清理完成后承包人应及时处理建基面欠挖。监理工程师与承包人联合进行建基面平整度、超欠挖检测，进行残孔统计，同时通知业主测量中心进行建基面开挖断面抽检。 13）爆后声波测试：上述工作完成后承包人配合设计人进行建基面地质编录、建基面岩体声波测试及弹模测试，配合爆破监测承包人（长科院）进行建基面爆后岩体声波监测。14）坝段单元工程验收：按建基面开挖单元工程验收程序要求，上述工作全部完成后监理工程师及时组织参建各方按梯段进行预验收，验收后督促承包人进行梯段开挖总结工作，完成后承包人方可进行下一梯段的开挖作业。坝段开挖全部完成后，监理工程师督促参建各方及时提交有关坝段验收报告（设计、施工、监理、爆破监测），组织进行坝段单元工程验收。4.3 事后控制为了不断提高建基面开挖质量，监理工程师建立了阶段总结制度，即每一梯段开挖完成后督促承包人及时进行梯段开挖总结，每开挖完成三个梯段，监理工程师及时组织召开三个梯段的开挖质量总结专题会，每个坝段开挖完成监理工程师及时组织进行坝段（扩大单元工程）验收，并对坝段开挖质量进行总结。通过阶段性不断地对建基面开挖进行总结，总结值得发扬的经验，分析存在的不足并提出改进措施，以指导后续开挖施工。5 质量控制成果溪洛渡水电站左岸坝肩槽建基面开挖从2006年5月30日开钻施工，至2007年9月26日最后一个梯段开挖完成，全部完成了建基面EL.610mEL.400m 共六个坝段21个梯段（每10m一个梯段）的开挖，其超、欠挖共检测5628点，超挖最大值：15.9cm；欠挖最大值：9.8cm；合格率97.2%；平整度共检测3575点，最大值：18cm；平均值：5.1cm；合格率99.8%；预裂孔残孔率：99.8%；建基面法向1m处声波衰减：最大值8.3%；爆破影响深度：最大值0.8m；距离爆破梯段顶面10m处，爆破振动最大峰值：10cm/s，各梯段最大峰值的平均值：7.6cm/s。NO.1NO.6坝段建基面单元工程开挖质量全部满足质量评定标准要求，均评定为“优良”等级。中国工程院院士马洪琪评述：“溪洛渡坝肩槽的开挖质量已经全面超出了小湾工程，代表着中国水电工程开挖的最高水平，当然，这也是世界最高水平”。中国工程院院士谭靖夷、张超然评述：“溪洛渡工程坝肩槽的开挖质量是精品，也是艺术品”。6 结论溪洛渡水电站坝肩槽施工由业主提出了超现行技术规范的质量要求，其具有标准高、难度大的施工特点。施工中针对岩石特性、围岩条件、施工配置进行了具体分析，按照事前质量预防控制、事中质量过程控制、事后质量检查控制等质量控制方法，采取了一系列行之有效的质量控制手段和技术措施，从而确保了坝肩槽开挖施工质量，对今后类似坝肩槽开挖质量控制有一定的借鉴作用。参考文献： 1 溪洛渡水电站坝肩开挖施工技术要求及质量检测、评定标准（溪工建技2005288号） 2 溪洛渡水电站坝肩槽开挖前准备工作大纲（溪工建大坝200698号） 3 溪洛渡水电站石方明挖施工质量管理办法（溪工建技2006120号） 4 溪洛渡工程拱坝建基面平整度及超欠挖检测实施细则（溪工建2006132号） 5 溪洛渡水电站坝肩槽开挖单元验收程序管理规定（溪工建大坝2006140号） 6 溪洛渡水电站大坝坝肩开挖地质工作细则（溪工建大坝2006169号） Excavation Quality Control Technology of Xiluodu Hydropower,sleft bank abutmen foundation surface