龙滩水电站大坝基坑开挖施工技术

龙滩水电站大坝基坑开挖施工技术刘伟刚（广西龙滩水电站七局八局葛洲坝联营体，广西天峨）[摘要]：本文简要介绍了龙滩水电站工程的概况及坝基地质状况，大坝基坑开挖工程特点及在施工中采取的对策，大坝基坑开挖施工道路及风水电供应的布置情况。对爆破试验目的和要求，爆破参数的确定，钻爆施工程序和施工方法进行了详细介绍，对边坡预裂爆破、水平光面爆破、深孔梯段爆破、浅孔松动爆破、特殊地段控制爆破进行了重点阐述。简要介绍了开挖对相邻建筑物和施工的影响以及处理措施。简要介绍了开挖施工的质量控制措施和岩体声波检测成果。[关键词]：龙滩大坝基坑开挖施工技术1工程概况龙滩水电站是红水河梯级开发中的骨干工程，位于广西壮族自治区天峨县境内的红水河上，坝址距天峨县城15km。工程以发电为主，兼有防洪、航运等综合效益。本工程为Ⅰ等工程，工程规模为大(Ⅰ)型，工程枢纽布置为：碾压混凝土重力坝；泄洪建筑物布置在河床坝段，由7个表孔和2个底孔组成；左岸布置地下引水发电系统，装机9台，总装机容量5400MW；右岸布置通航建筑物，采用二级垂直提升式升船机。工程按正常蓄水位400m设计。本工程采用隧洞导流，上、下游围堰一次拦断河床的导流方式，导流标准为实测系列全年10年一遇洪水，洪峰流量为14700m3/s。坝址地层为轻微变质的三迭系下统罗楼组(出露于坝址上游地段)和三迭系中统板纳组(出露于坝址及其下游地段)。罗楼组以薄层、中厚层硅质泥板岩、硅质泥灰岩为主，夹少量粉砂岩互层岩组；板纳组由厚层砂岩、粉砂岩、泥板岩互层夹少量层凝灰岩、硅质泥质灰岩组成，均属坚硬或中硬岩石，板纳组是坝址主要建筑物基(围)岩。坝基主要为T2b6~18层砂岩、泥板岩岩体。其中T2b6~17层是河床和右岸各坝段的直接持力层，砂岩占80%，砂岩岩石较完整，力学强度高；T2b18层泥板岩占75%，左岸各坝段坝基分置于T2b18层之上，坝基最大主应力约3~4MPa，相当于泥板岩最不利受力条件下的强度的1/4~1/6。坝基岩石强度可满足大坝承载要求。坝基虽层间错动较发育，但岩层走向与河流流向夹角约70°，倾向下游，倾角60°左右，产状有利于重力坝抗滑稳定，河床无顺河断层和破碎带大于0.3m的断层切割。重力坝充分利用了河床较好的地质条件，坝基下未发现缓倾角断层，随机分布的缓倾角节理一般连续性差不夹泥，不能形成贯穿性的缓倾角深层滑动面，少数延伸长度12~26m的缓倾角节理和局部缓倾角节理发育处，只影响个别坝段的局部坝块稳定。大坝基坑开挖长度约330m，宽度约为170~180m，最大开挖高度61.3m，河床平均开挖高度18m，土石方开挖量110万m3。承担施工任务的是由三个水电施工特级企业组成的广西龙滩水电站七局八局葛洲坝联营体。2工程特点及施工对策2.1工期紧、强度高大坝基坑开挖施工工期只有7个月，最高月开挖强度达到20余万m3。为了确保大坝基础开挖工期节点目标的实现，联营体本着先进高效的原则，在钻爆、挖装、运输等设备能力的配置上均大于30万m3/月，高于进度指标，确保了大坝基坑开挖的按期完工。2.2施工干扰大碾压混凝土围堰施工与坝基开挖平行作业，距离近，坝基开挖爆破作业对混凝土浇筑的影响大。为了减轻爆破振动对混凝土浇筑的影响，在上游围堰混凝土施工前，将大坝基础上游侧20m宽的范围预先钻爆完毕，并达到初验水平，以此形成减震槽，在临近减震槽部位采用弱爆破技术，保证围堰碾压混凝土施工时爆破质点震动速度满足规范要求。2.3施工难度大大坝基坑开挖边坡高、陡、险，施工难度大，且现有的主干道均在高程245.00m以上，而下基坑的施工道路布置较困难，出碴道路较远，平均运距为4.5km，而且都是重载上坡、效率低。在大坝基坑开挖施工中，联营体合理规划施工道路以及优化施工方案，切实做好设备的维修与保养，加强施工道路的维护修整，在各交叉路口、道路陡坡段等设立安全行车指挥哨，并在边坡的陡峭段及险段设立路缘石和警示牌，确保施工安全。3施工布置3.1施工道路大坝基坑开挖出碴利用左、右岸已建好的场内主干道路，根据各部位开挖分层，分别向施工作业面修建支线道路。支线道路宽度8~12m，纵坡不大于12%（转弯处纵坡不大于5％），道路为泥结石路面。3.2施工风、水、电供应根据开挖施工强度和作业面要求，以固定式供风为主，辅以小型移动式空压机。左岸在导流洞进口245m高程设置一座160m3的空压站，右岸在8#冲沟上游侧308m平台上布置一座240m3的空压站。采用钢管供风，支管延伸到大坝基坑工作面。大坝基坑开挖生产用水主要为空压机冷却水和支护用水。右岸供水总管从右岸422m水池引出，左岸的供水总管从左岸425m水池引出，采用支管延伸到各工作面。除左岸导流洞进口245m高程的空压站由左岸供电线路供电外，基坑开挖的施工照明、支护用电和右岸空压站用电，由右岸供电线路提供。3.3弃碴场开挖弃碴场为右岸下游龙滩沟、右岸上游纳福堡和左岸上游的雷公滩碴场，每个弃碴场配置1~2台推土机平场。弃碴场填筑前，先进行填碴范围内的植被清理。弃碴场采取自下而上分层填碴的方式，分层厚度3~5m。卸碴后及时平整，并形成有倾向沟内的反坡，以防雨水冲刷坡面。4爆破试验爆破试验的目的是检测工地使用的常规乳化炸药、混装乳化炸药、电雷管、非电雷管、导爆索等火工材料的性能；根据不同地质条件、不同岩石开挖确定各种爆破参数；根据爆破监测，对开挖边坡部位、支护部位、建基面及其它相邻建筑物的影响，合理调整爆破参数；对爆破施工功效进行合理分析，以便及时调整或补充钻爆设备。龙滩大坝基坑开挖爆破试验的规模约在1.0万m3左右，在2003年9月中旬至年10月中旬进行，各种试验均结合生产进行，每项试验至少做了两次，取得了较完整的资料，对大坝基坑开挖起到了很好的指导作用。4.1深孔梯段爆破参数的确定造孔采用CM-351高风压钻机，台阶高度按10m进行设计，具体根据实际台阶高度，结合爆破试验结果可做适当调整。底盘抵抗线确定：式中：——底盘抵抗线； ——钻孔直径，取105mm。计算得：底盘抵抗线＝（3.15～4.2）m，根据工程经验取＝(3.5~4)m。钻孔间距：孔距按下公式计算：式中：——孔距，m；——炮孔密集系数，矩形布孔取＝1.0计算得孔距＝(3.5~4)m。钻孔排距取b＝(3.0~3.5)m。钻孔角度及孔深：钻孔角度取90o，建基面以外钻孔超深1m，则孔深为11m。堵塞长度：一般堵塞长度取底盘抵抗线的0.75～1.0倍，在此取(3.0~3.5)m。单位炸药消耗量：q＝（0.45～0.6）kg/m3。单孔装药量确定：第二排及后面各排炮孔单孔装药量药量：式中：——单孔装药量，kg； ——考虑受前面各排孔的矿岩阻力作用的增加系数，取1.1； ——台阶高度，m。计算得＝（50～70）kg。第一排炮孔根据最小抵抗线的变化有所调整，一般由下式确定：式中：——最小抵抗线使用液压钻机时钻机孔径89mm，相关参数计算同上所述。孔距＝（3～3.5）m；排距b＝3m；孔深l＝10.5m；堵塞l1＝2.5～3m单孔药量Q＝40～60kg。装药方式：采用人工不耦合装药。起爆方式：“V”型微差起爆或斜线微差起爆4.2浅孔松动爆破参数的确定钻孔直径：φ42㎜（采用手风钻打孔）钻孔深度：1.0~3.0m间距：1.0m排距：0.7m抵抗线：0.8m堵塞长度：0.5~1.0m药卷直径：φ32㎜单耗药量：0.35~0.50㎏/m3连线起爆方式：“V”形微差起爆或斜线形微差起爆其它相关参数计算同上所述。4.3光爆参数的确定钻孔直径：φ42～105㎜钻孔间距：0.4～0.8m钻孔深度：3.5～9.5m药卷直径：φ32㎜堵塞长度：0.5~1.0m线装药密度：60～250g/m=Δ线L4.4预裂爆破参数的确定钻孔直径：φ80～90㎜钻孔间距：0.7～0.9m钻孔深度：10~20m药卷直径：φ32㎜不耦合系数：2.8~3.1装药结构：空气间隔装药线装药密度：320g/m～360g/m堵塞长度：1.0m～1.5mQ=Δ线L装药结构详见下图。4.5缓冲孔爆破参数的确定孔距a,排距b均取主爆孔参数之半孔深h=H-2.0（留2.0m保护层）单耗q与主爆孔相同Q=qabh不耦合间隔装药，堵塞长度2.5～3.0m。装药方式：不连续不耦合连线起爆方式：连入梯段爆破网一同起爆4.6选择爆破参数的合理性V实--实际爆破体积;V理--理论爆破体积.若则爆破参数合理。5钻爆施工程序大坝基坑采取分区分序自上而下开挖，上下游围堰闭气前，先开挖左、右岸坝坡高程226.0m以上的基础部位，基坑初期排水后全线开挖基坑部位。在自上而下分层开挖施工中，边坡支护及时跟上。每层次开挖厚度根据台阶高度分层施工，最大开挖厚度控制在10m左右。边坡预裂一般按马道高程控制，每两条马道间的坡面一次预裂；若高差过大或坡面过缓，采用分层预裂；预裂孔深控制在15m范围内。梯段分层开挖高度按6～10m高差控制。当马道高差小于10m时，按马道高程控制。建基面预留2.5m厚垂直保护层，采用水平光面爆破开挖。每层台阶钻爆分序为：①大面积常规松动钻爆；②边坡预裂钻爆及临近边坡的保护层（10～15m宽度）的控制爆破；③台阶的水平光爆及预留（2.5m）层松动钻爆及底部保护层钻爆。每次爆破钻孔之前先清理工作面，再进行进行测量放样，按照审批的爆破设计进行施工。施工程序为：爆破设计→清理工作面→测量放样→钻孔→验孔→装药→联网→警戒→起爆→爆破效果检查。6钻爆施工方法梯段爆破以液压钻机和高风压钻机造孔为主，QZJ-100B支架式钻机造孔为辅。临近预裂面两排爆破孔，其孔径、装药量及孔网参数按缓冲爆破要求控制。梯段爆破采用微差爆破网络，1~20段非电毫秒雷管连网，非电起爆。预裂爆破选用QZJ-100B型支架式钻机造孔，钻孔深度一般情况下按马道高程控制。钻机就位时，采用样架尺对钻机、钻孔角度和定位点进行校对，开孔后进行中间过程的深度和角度校对，以便及时调整偏差。预裂爆破起爆网络采用非电导爆系统、导爆索传爆方式。水平光爆采用CM-351高风压钻机或支架式潜孔钻机进行钻孔作业。钻机就位时，用样架尺对钻孔角度定位校准，开孔后进行中间过程的深度和角度校核，以便及时调整偏差。所有钻孔均在平整后的爆渣堆上施钻。水平光爆起爆网路采用非电导爆系统、导爆索传爆方式。保护层的上部亦采用高风压潜孔钻机或支架式潜孔钻机进行水平钻爆，爆破孔与预裂留至少1.0m的安全距离，使水平爆破与水平预裂一次爆破成型。7特殊地段控制爆破由于大坝基础在开挖施工中，会出现有断层破碎带、强卸荷带、剪切破碎带、软弱层、溶槽等地质缺陷的特殊地段，因此在爆破开挖中，必须采用控制爆破。在岩石破碎带、强卸荷带、危岩体以及马道和地质缺陷以及临近部位的新浇混凝土、边坡新喷混凝土等部位进行爆破作业时，采用弱振动爆破法施工。根据岩性的变化，采用中小直径钻孔、中深孔及浅孔爆破方案，严格控制最大一段起爆药量不超过50kg。必要时采取孔内微差起爆网络，同时采取每次少打孔、勤爆破，控制一次最大起爆药量。孔内微差起爆网络是在孔内分层装药，每一层由一发高段塑料导爆管雷管起爆，孔外用底段导爆管雷管进行接力的孔内延期，孔外微差起爆网络，通过这种网络，可以实现最大单段起爆药量为单孔药量的一半，从而可以在不减小爆破规模的情况下更为有效的控制爆破振动，即满足了控制爆破要求，又可以提高施工进度。8开挖对相邻建筑物和施工的影响以及处理措施（1）坝基开挖按“立体多层次”的原则组织施工，各层先开挖靠河床侧，形成通往上游碾压混凝土围堰基础各开挖层的施工道路；基坑初期排水完毕后，即在河床中部抽槽至上游碾压混凝土围堰基础处。为上游碾压混凝土围堰基础开挖提供良好的交通通道，确保上游碾压混凝土围堰基础开挖按期顺利完成。（2）加大前期开挖强度大，降低混凝土开始浇筑后开挖强度。在坝基开挖初期，尽可能的开设工作面，提高前期开挖强度，减少后期开挖工程量，使后期坝基开挖在爆破规模受到限制的情况下，能够按期顺利完成。（3）提前开挖完成待浇混凝土附近区域。在上游碾压混凝土开始浇筑前，将坝基上游侧靠近上游碾压混凝土围堰20m范围内先开挖到位；在22#坝段浇筑混凝土前，将坝基左岸岸坡开挖至213m高程。并对207m以上的边坡进行预裂。使开挖区域与已浇筑混凝土部位至少有20m宽的距离，以降低坝基开挖爆破对已浇混凝土的影响。（4）采取孔间梯段微差爆破，爆破前先对边坡进行预裂，严格控制爆破规模和单段起爆药量，必要时进行孔内微差，使建筑物爆破质点振动速度在规范允许的范围内。（5）坝基开挖过程中为上游碾压混凝土围堰混凝土提供良好的交通通道，做好通往上游碾压混凝土围堰施工道路的保护，确保混凝土运输畅通无阻。9质量控制措施（1）开挖采用自上而下、分层分段的方法施工，逐层开挖、逐层支护。（2）严格按已审查批准的爆破设计申报单控制梯段爆破钻孔布置位置、数量、炮孔间排距、深度。检查过程中发现超深的爆破孔，用岩粉或砂填至要求的深度。（3）严格控制预裂爆破和水平光面爆破的造孔质量。（4）存在地质缺陷的建基面附近，必须适当降低爆破规模和单响药量。根据实际情况，邻近边坡的梯段爆破，必要时可采取孔间微差爆破。（5）爆破作业中，严格控制最大单响药量，以减少爆破振动的影响。（6）建基面上层梯段爆破、紧临边坡的梯段爆破，严格按照爆破设计参数组织钻孔、装药、起爆。（7）对临近边坡壁面处的2~3排梯段爆破，控制缓冲爆破孔的深度与药量必须符合爆破设计的要求。10结语由于采用了预裂爆破和光面爆破等控制爆破技术，合理的选择了爆破参数，配备了足够的、先进的钻爆设备和熟练的施工人员，在开挖过程中严格按照爆破试验确定的爆破参数进行施工，并不断优化爆破设计，对所有施工部位的钻孔、装药等工序进行了全过程的质量检查。通过爆前、爆后声波测试数据分析，大坝基础开挖爆前、爆后声波符合“开挖后岩体声波速度下降不能超过10%”的要求，开挖质量达到了设计要求。附件：1、设计提出的坝基岩体声波波速参考标准(1)河床坝段微风化岩体：砂岩组≥5200m/s；砂岩、泥板岩互层岩组≥4800m/s；泥板岩组≥4400m/s。(2)两岸坝段微风化岩体或弱风化底部岩体：砂岩组≥4800m/s；砂岩、泥板岩互层岩层≥4400m/s；泥板岩岩组≥4000m/s。两岸坝段弱风化岩体：砂岩组≥4200m/s；砂岩、泥板岩互层岩层≥3800m/s；泥板岩岩组≥3500m/s。2、大坝建基面声波测试成果汇总大坝建基面声波测试成果表部位测试项目声波测孔(个)最大值(m/s)最小值(m/s)平均值(m/s)分布范围5号坝段爆前180590039004798.3(68878.87,4226.976,310.597)(68879.49,4227.684,309.783)(68879.57,4226.859,309.572)爆后180579035504810岩体480590035704577.8平行坝轴线桩号0+10剖面12号坝段爆前420590035605084.2坝上12.8~坝下65m爆后420594034805080.513号坝段爆前360480044004600坝上10~坝下76.5m/坝下105~坝下115m爆后36059003650504514号坝段爆前240480044004600坝上13~坝下148m爆后240590036504725.615号坝段爆前60588045105385坝上20~坝下149.5m爆后60575037704980岩体28059203710486516号坝段爆前420575042305295坝上20.5~坝下148.5m爆后420580041804990岩体8059003800481517号坝段爆前480594042605380坝上19~坝下148.5爆后480590038304940岩体400590036904850平行轴线桩号0+120剖面18号坝段爆前540588036305235坝上16~坝下148.5m爆后540590036605005.1岩体400608046205314.5平行轴线桩号0+120剖面19号坝段爆前600588039805174.65坝上14~坝下138m爆后600580038304922.420号坝段爆前480588038805197爆后480590035904872坝上15~坝下142m21号坝段爆前480588037305025.9坝下10~122m爆后480590035904993.7作者简介：刘伟刚（1970年-），男，四川仁寿人，广西龙滩水电站七局八局葛洲坝联营体工程技术部副主任，工程师，曾从事三峡永久船闸施工技术管理工作，现从事龙滩水电站大坝工程施工技术管理工作。[基础训练]1．下列有关金属元素的特征叙述正确的是()A．金属元素的原子具有还原性，离子只有氧化性D．金属元素的化合价一定显正价C．金属元素在不同化合物中的化合价均不相同D．金属元素的单质在常温下均为金属晶体2．下列有关金属元素特征的叙述中正确的是()A．金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性B．金属元素在化合物中一定显正价C．金属元素在不同化合物中的化合价均不同D．金属单质在常温下都是金属晶体3．金属的下列性质中，不能用金属的电子气理论加以解释的是()A．易导电B．易导热C．有延展性D．易锈蚀4．下列晶体中由原子直接构成的单质有()A．白磷 B．氦C．金刚石D．金属镁5．金属具有延展性的原因是()A．金属原子半径都较大，价电子较少B．金属受外力作用变形时，金属阳离子与自由电子间仍保持较强烈作用C．金属中大量自由电子受外力作用时，运动速度加快D．自由电子受外力作用时能迅速传递能量6．下列说法不正确的是()A．金属单质的熔点一定比非金属单质高B．离子晶体中不一定含有金属元素C．在含有阳离子的晶体中，一定含有阴离子D．含有金属元素的离子不一定是阳离子7．金属晶体的形成是因为晶体中存在()A．金属离子间的相互作用B．金属原子间产生相互作用C．金属离子与自由电子间的相互作用D．金属原子与自由电子间的相互作用8．关于金属元素的特征，下列叙述正确的是()①金属元素的原子只有还原性，离子只有氧化性②金属元素在化合物中一般显正价③金属性越强的元素相应的离子氧化性越弱④金属元素只有金属性，没有非金属性⑤价电子越多的金属原子的金属性越强A．①②③B．②③C．①⑤D．全部9．金属的下列性质中，与自由电子无关的是()A．密度大小 B．容易导电C．延展性好 D．易导热10．下列有关金属的叙述正确的是()A．金属元素的原子具有还原性，其离子只有氧化性B．金属元素的化合价—般表现为正价C．熔化状态能导电的物质—定是金属的化合物D．金属元素的单质在常温下均为金属晶体11.下列叙述正确的是()A．原子晶体中可能存在离子键B．分子晶体中不可能存在氢键C．在晶体中可能只存在阳离子不存在阴离子D．金属晶体导电是金属离子所致12.金属能导电的原因是（）A.金属晶体中金属阳离子与自由电子间的相互作用较弱B．金属晶体中的自由电子在外加电场作用下可发生定向移动C．金属晶体中的金属阳离子在外加电场作用下可发生定向移动D．金属晶体在外加电场作用下可失去电子13．下列叙述正确的是（）A.任何晶体中，若含有阳离子也一定含有阴离子B．原子晶体中只含有共价键C.离子晶体中只含有离子键，不含有共价键D．分子晶体中只存在分子间作用力，不含有其他化学键14.在核电荷数1~18的元素中，其单质属于金属晶体的有，属于分子晶体的有，属于原子晶体的有．15.简要填空：(1)金属导电是____________________的结果．(2)金属导热是____________________的结果．(3)金属抽成丝或压成薄板是金属受到外力作用，紧密堆积的原子(离子)层发生了________________，而金属离子和自由电子之间的____________________没有改变．16.碱金属单质的熔点顺序为Li＞Na＞K＞Rb＞Cs，试用金属晶体结构的知识加以解释．17.．在金属晶体中存在的粒子是____________和____________．通过______________形成的单质晶体叫做金属晶体．18.．(1)请描述金属晶体中自由电子的存在状态．答：_____________________________________________________________．(2)请说明金属晶体中自由电子所起的作用．答：___________________________________________________________________．19.金属导电靠___________，电解质溶液导电靠_____________;金属导电能力随温度升高而_________,

溶液导电能力随温度升高而____