“自落渣鉆爆開挖技術”在高陡邊坡明挖施工中的應用

張生明, 劉 宇, 曹小麗

(中國水利水電第五工程局有限公司 第三分局,四川成都 610225)

1 概 述

苗家壩水電站位于白龍江下游甘肅省文縣境內,距下游已建成的碧口水電站公路里程 31.5 k m。該工程的主要任務是發電,樞紐建筑物主要由混凝土面板堆石壩、泄洪洞、排沙洞、引水發電洞及岸邊廠房等組成。電站正常蓄水位高程 800 m,總裝機容量 3×80 M W,保證出力 43 M W,設計年發電量 9.24億 k W?h。

排沙洞出口閘室邊坡整體走向 N W300°,坡度 35°～ 50°,坡高大于 150 m,邊坡基巖裸露,巖體主要為厚層狀變質凝灰巖間夾薄層狀板巖,巖層傾向山內。開挖揭露主要發育三組結構面,包括層面組、反傾組及 N E組陡傾角裂隙。其中反傾組裂隙傾向坡外,對邊坡穩定起控制作用,在開挖中破碎巖體多沿裂隙面剝離形成光面,層面組、N E組裂隙對邊坡切割作用強烈,局部形成不穩定塊體。在邊坡上下游開口線部位因其近地表,卸荷風化作用強烈,卸荷裂隙發育,巖體破碎。邊坡整體為層狀逆向結構邊坡,巖體完整性較差。

排沙洞出口閘室明挖邊坡高差約 150 m,設計基巖開挖邊坡比為 1∶0.3,每 15 m高差設有 1階 2 m寬馬道,明挖主要為石方開挖,總量約 10萬余 m3(圖 1、2)。

邊坡開挖區高線公路 775 m高程以上明挖屬高線公路二次改建路塹邊坡開挖,受開挖區陡峭地形及高、中、低線道路通行要求等因素影響,現場不具備明挖施工道路布置條件。

由于缺乏供機械施工用的道路,只能采用純人工方式組織明挖作業,施工機具及材料均由人工沿便道完成倒運,鉆爆施工周期長、作業效率低下,尤其是鉆爆后人工坡面翻渣作業強度難以提升,嚴重影響開挖實施進度。同時,開挖鉆爆作業還要兼顧高、中、低線 3條施工道路通行,臨近的廠區明挖及施工支洞施工對爆破控制要求極高。

受限于各方面條件影響,整個邊坡開挖實施進度緩慢,作業效率低下,每個爆破循環需時 40 d,其中人工坡面翻渣時間占總用時的 60%～70%,工期無法滿足要求。

2 施工方法及工藝

2.1 施工方法

對此,為提高作業效率,減少人工翻渣工作量及難度,加快施工進度,項目部提出了采用“自落渣”鉆爆法組織明挖施工,即在邊坡明挖鉆爆過程中,將距臨空面的每排炮孔深度逐排縮小,鉆爆后形成外傾斜向臺階掌子面,使炮渣難以在開挖面積存。為進一步減少爆破規模及人工翻渣量,開挖邊坡采用逐層控制爆破的方式削薄,以減少邊坡擾動及交叉立體施工干擾的影響,最后進行結構面及馬道部位的少量人工出渣。

通過爆破試驗獲取數據,其施工質量滿足設計及規范要求,采用鉆爆梯段布孔進行深度控制,爆破掌子面預留外側傾斜,利用炮渣自穩坡度及減少其與掌子面的摩擦抗阻力,有效地減少了爆后掌子面積渣量并使人工翻渣效率大幅度提高,工序效率亦有較大幅度提高,達到了預期效果。

圖 1 泄洪排沙洞出口閘室邊坡平面布置圖

圖 2 泄洪排沙洞出口閘室邊坡B-B剖面示意圖

明挖材料、設備運輸采用修筑人行便道、人工方式組織;鉆爆結合人工方式,采用梯段布孔鉆爆方法,分區、梯段、薄層控制爆破,減少了爆破規模及交叉施工干擾的影響;出渣采用人工翻渣至高線公路,反鏟接力翻渣至低線公路后裝車出渣。

2.2 工藝流程

梯段布孔鉆爆明挖施工工藝流程框圖見圖 3。

圖 3 梯段布孔鉆爆明挖施工工藝流程框圖

2.3 主要施工工藝

2.3.1 施工便道的修筑及防護

人行便道采用人工手風鉆鉆孔,形成分段自下而上小藥量開挖,在人行便道外側的鉆孔內插入錨桿,焊接欄桿,砌筑漿砌石踏步并對欄桿掛防護網封閉。

2.3.2 測量放線及爆破設計

采用 T C R 702全站儀測放施工控制點及交底,由現場作業人員根據測量控制點進行鉆孔布置,計算出每個孔位、孔深及方位角并編制爆破設計,審批后組織實施。

2.3.3 爆破分區及鉆孔布置

采用人工 100B潛孔支架鉆機分層分區進行造孔,孔徑 90 m m,主爆孔間排距為 3 m×2.5 m,輔助孔間排距為2 m×1.6 m,預裂孔間距 1 m;開挖分層高度結合設計馬道分階情況按 15 m進行控制,并結合開挖區長度按 30～50 m分段組織,5～10 m左右厚度逐層控制爆破消薄,將梯段布孔掌子面角度控制在 25°～30°之間。鉆爆分區及鉆孔布置見圖 4。100B鉆機搬運方便,分解后最大部件重量僅為 102 k g,其主要技術參數見表 1。

2.3.4 裝藥及聯網(圖 5)

邊坡開挖采取分段微差爆破,設計坡面采取預裂控制爆破。炸藥采用 2#改性銨油炸藥,主爆破孔 φ 65藥卷連續裝藥;緩沖孔 φ 65藥卷分段不耦合裝藥;預裂孔選用 φ 32藥卷,采用不耦合空氣間隔裝藥結構,線裝藥密度為 330 g/m;巖石爆破單位耗藥量按 0.48～0.52 k g/m3控制(表 2)。

爆破采用微差爆破網絡,1～15段非電毫秒雷管連網,電雷管起爆。為減少爆破對邊坡及鄰近作業面的影響,預裂孔聯網最大單響藥量為80 k g,主爆孔及輔助孔最大單響藥量按 150 k g控制。

圖 4 鉆爆分區及鉆孔布置斷面圖

表 1 100B潛孔鉆機技術參數表

表 2 梯段微差爆破參數表

2.3.5 翻渣及出渣(圖 6)

爆破后,采用掛設安全繩的人工方式對作業區的積渣進行清理。首先人工將掌子面積渣扒除清面,再對坡面外側的掛渣、松動體撬挖,為現場作業及下部高線公路通車提供安全保障,然后采用液壓反鏟在高線公路路面挖除積渣。高線公路通車后,集中時段將其他部位的施工材料搶運,穿插進行下一循環鉆爆,確保出渣面的安全,由低線公路翻渣裝車出渣。

圖 5 梯段布孔鉆爆明挖爆破聯網示意圖

圖 6 鉆爆及翻渣(出渣)示意圖

3 結 語

采用“自落渣爆破”進行高邊坡明挖作業,減少了爆破后爆渣在開挖面的堆積量,由原來的60%減少到 20%左右,縮短了人工翻渣時間,翻渣工期由原來的 10～12 d縮短到 3～4 d。該工程高線公路以上的邊坡明挖作業循環累計次數為12次,實際上每個循環節約人工翻渣工期 7 d,累計節約直線工期 84 d,從而緩解了工程進度壓力,節約了設備及人工成本投入約 60萬元。