大型水利樞紐工程土石方開挖技術措施分析

王 思

（廣東水電二局股份有限公司，廣東廣州 511340）

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大型水利樞紐工程土石方開挖技術措施分析

王 思

（廣東水電二局股份有限公司，廣東廣州 511340）

【摘 要】大型水利樞紐工程土石方開挖量大、形式多樣、技術復雜。本文結合工程實例，對水下石方開挖、永久邊坡開挖、結構基礎巖石開挖、高強度大方量土石開挖進行了詳細說明，并針對大型水利樞紐水下石方開挖的優(yōu)化技術措施進行分析。

【關鍵詞】大型水利樞紐；土石方開挖；技術措施

1　工程概況

水利樞紐是集防洪、航運、發(fā)電、補水壓咸、灌溉等功效為一體的流域關鍵性工程。湛江市鑒江供水水利樞紐工程土石方開挖包括:一期（左岸）導流明渠、二期（右岸）導流明渠、左岸泄水壩基礎（如下頁圖1所示）、左岸廠房基礎、縱向圍堰及其壩段基礎、開關站土建工程以及相應的永久邊坡錨噴等。其中土方開挖360.51萬m3、石方開挖426.88萬m3、填筑方30.15萬m3（利用廠房、閘壩基礎、左岸明渠開挖的土石料）。一期上下游橫向圍堰占壓二期導流明渠和廠房尾水渠，必須在圍堰填筑前開挖。工程土石方開挖需要的技術支撐包括:水下石方開挖、永久邊坡開挖、結構基礎巖石開挖、高強度大方量土石開挖等。

2　水下開挖的優(yōu)化技術措施

2.1排水開挖

該工程水下開挖包括:一期右岸導流明渠水下部分石方開挖（222805m3）、二期左岸導流明渠圍堰外水下部分石方開挖。

圖1　左岸泄水閘閘壩基坑斷面（單位:mm）

經(jīng)計算比較開挖標高和河道水位情況可知，右岸二期導流明渠4月水下開挖深度3.87m，1月水下開挖深度2.00m。采取如下措施:

a.選擇開挖時機:以河道水位較低的時段（1月）進行水下部分開挖，降低開挖難度并滿足（渠底標高）開挖要求。

b.選擇合適的開挖程序:沿設計渠底高程22.00m等高線填筑臨時土質圍堰→全面開挖至設計標高→拆挖臨時土質圍堰至渠底。

原地面高于26.00m的部分，先分層開挖至高程26.00m，高程26.00m以下水下開挖→沿臨水邊高程26.00m留巖埂→巖埂內(nèi)高程26.00m以下旱地開挖至設計底部→巖埂外進行水下鉆孔爆破開挖→巖埂開挖。

2.2水下鉆孔爆破方案

對于無法進行臨時圍堰填筑實現(xiàn)旱地作業(yè)的部位，采用水下鉆孔爆破措施。

2.2.1主要設施的選擇

根據(jù)該工程的施工條件選用抗風浪、抗水流能力都較好，定位速度快且穩(wěn)定性好的漂浮式炸礁船作為水下爆破的主要設施。縱向沿船邊安裝30m軌道，供鉆機在軌道上靈活移動，配備手風鉆機鉆孔。

2.2.2爆破器材的選擇

該工程選擇防水性能好、爆能較高、運輸使用安全系數(shù)大、價格便宜的乳化系列炸藥，規(guī)格為主爆孔: φ32mm×180mm，150g/包。雷管選用8號銅殼毫秒延期非電導爆管雷管，并根據(jù)鉆孔深度及起爆網(wǎng)絡情況選用不同段別的雷管，以控制單段最大藥量，連接網(wǎng)絡后由起爆雷管引爆。導爆索選用安全可靠便于網(wǎng)路設計的防水導爆索。

2.3爆破設計

2.3.1鉆孔直徑及布孔形式

為便于鉆孔定位、提高鉆孔效率、有利于裝藥堵塞，采用垂直孔鉆孔形式，主爆孔使用φ42mm鉆頭進行鉆孔。爆破炮孔采用矩形布孔方式。

2.3.2炸藥單耗計算

炸藥單耗使用《工程爆破使用手冊》（第2版）中瑞典計算公式:

q＝q1＋q2＋q3＋q4

式中 q——水下爆破單位耗藥量，kg/m3；

q1——基本炸藥單耗，其值為一般陸地梯段爆破單耗的兩倍，對于水下垂直孔，再增加10%；

q2——爆區(qū)上方水壓耗藥增量（q1＝0.01h1，h1為水深）；

q3——爆區(qū)上方覆蓋層耗藥增量（q2＝0.02h2，

h2為覆蓋層厚度）；

q4——巖石膨脹耗藥增量（q4＝0.01H，H為梯段高度）。

爆區(qū)的巖石普氏系數(shù)為f＝10～16，垂直孔水下爆破基本單位炸藥單耗1.2～1.5kg/m3；高潮位時，爆區(qū)水深1.5～2.0m，爆區(qū)上方水壓耗藥增量q1＝0.15～0.2kg/m3，爆區(qū)上方基本無覆蓋層，不考慮覆蓋層增量。

綜合考慮以上各影響因素，水下爆破的炸藥單耗: q＝1.35～1.65kg/m3。

2.3.3 爆破安全距離計算

該工程屬于淺水爆破，主要考慮爆破飛石的危害，采用300m警戒范圍進行清場警戒。

張連長臉板得像塊濕木頭:“下雨只不過是下雨,下再大的雨也還是下雨,不是下刀子!你們不是那些插隊知青!他們一插隊,不想當農(nóng)民那也是農(nóng)民了!你們叫兵團戰(zhàn)士!是戰(zhàn)士就得有點戰(zhàn)士的樣子!沒有口令擅自行動,不是好戰(zhàn)士!跑到倉庫去的,都要受處分!”

爆破孔網(wǎng)主要參數(shù)如下:

a.單段起爆最大藥量控制在100kg以內(nèi)。

b.孔、排距1.0m×1.0 m。

c.每2～4排孔爆破一次，排與排之間分段爆破，每排2～4個孔分成一段。

d.加上超深0.5m，孔深為2.5～4.5m。

e.藥徑32mm，孔口0.5m不裝藥。

f.單孔藥量按實際孔深和炸藥單位消耗量計算。

2.4施工部署

該工程采用漂浮式鉆爆船，船上手風鉆機配備PVC套管，以利于炮孔穩(wěn)定和便于裝藥，一次鉆爆長度可達30m。

2.5施工流程

水下爆破流程如圖2所示。

圖2　水下爆破流程

2.6施工方法

2.6.1測量定位

鉆爆船采用全站儀定位。施工前，記錄好每排兩端點坐標以利于下一次船舶駐位。根據(jù)軌道上刻度及孔間距定位每個鉆孔的位置。

2.6.2震壓套管及鉆孔

鉆孔通過定位準確后，將鉆機架上的套管下放到水中并震動壓實。根據(jù)套管上刻度及水位推算出巖面標高，配備相應長度鉆桿，然后將鉆桿順套管下放直至鉆頭接觸到巖面，鉆桿帶動合金鉆頭在套管內(nèi)旋轉沖擊鉆孔。

2.6.3制作藥卷

根據(jù)套管上刻度及施工水位計算出巖面標高，再根據(jù)設計孔底標高及巖面標高計算出該炮孔孔深，孔深確定好后根據(jù)爆破設計方案制作藥卷。該工程使用的是乳化炸藥，規(guī)格為φ32×180mm，外包塑料薄膜可捏成各種形狀。根據(jù)孔深確定藥卷長度，分包裝在同直徑的化纖袋中，裝好導爆索及非電導爆管雷管，用防水膠布密封好并系好炮繩。

2.6.4清孔測深、提起鉆桿

根據(jù)施工水位和下至巖面的鉆桿長度計算出巖面高程，并計算出鉆孔深度。鉆至預定深度后，來回提升鉆桿，使用高風壓空壓機將孔內(nèi)巖屑氣舉排出。鉆孔清理干凈后提起鉆桿，使用測繩復測鉆孔深度。

2.6.5裝藥填塞、拔管移動鉆機

鉆孔深度滿足設計要求后，將提前制作好的藥卷順套管下到孔內(nèi)。裝藥過程中，在炮繩上打個節(jié)以便檢查炸藥是否到達孔底，若未到達，則用炮棍壓送到孔底。裝藥完畢后用碎石填塞把炸藥壓實。導爆管與炮繩間隔1m用膠布捆在一起，拔起套管，通過套管上孔將炮繩引至船上安全位置并系好。

2.6.6連接網(wǎng)絡與起爆

根據(jù)設計要求及鉆爆船施工特點，每個船位打1～4排孔，根據(jù)爆破設計要求，將每排孔進行分段聯(lián)網(wǎng)，保證單段最大藥量滿足設計要求。每排分段好后再使用不同段號的雷管將各排聯(lián)結成網(wǎng)絡，由低段號到高段號排列，實現(xiàn)孔外、排間微差爆破。每個船位完成后，將各段號的雷管用4～5枚引爆雷管分別連接，最后用起爆雷管（導爆管雷管）連接。為防止起爆雷管在引爆時雷管碎片將導爆管炸斷，影響起爆效果甚至造成炸藥拒爆，起爆雷管聚能穴方向與導爆管傳爆方向要相反連接并用一定的防水膠布纏緊。起爆網(wǎng)絡全部聯(lián)結好后，將鉆爆船移至100m的安全距離外，用起爆器擊發(fā)導爆管起爆雷管進行起爆。

2.6.7 水下開挖出渣

采用填渣退挖法。爆破作業(yè)從上游邊緣逐步向下游方向作業(yè)，沿開挖區(qū)已經(jīng)爆破的上游邊緣填筑渣堤，PC650反鏟挖掘機從渣堤外緣退挖，渣土挖填至后方，逐步向下游、岸邊退挖。當集渣量積累太多時，用20t汽車運輸出渣，直至全區(qū)域開挖完畢。在后退開挖渣土期間，需要緊密監(jiān)測水下地形，對未達設計要求的部位，及時補挖。

3　永久邊坡開挖

3.1測量放樣、地形圖復測

以施工控制網(wǎng)、設計圖紙為依據(jù)，進行現(xiàn)場放樣，測定開口線；在開口線范圍內(nèi)復測原地形圖，報監(jiān)理單位審核批準。

3.2開口線、坡頂截水天溝開挖

開口線測定后，對開挖范圍內(nèi)的植被、墳地進行清理。主要采用PC200反鏟挖掘機開挖坡頂截水天溝，對于挖掘設備難以到達的部位采用人工開挖，開挖渣土棄于壩區(qū)開口線之內(nèi)，伴隨壩基開挖，棄渣運至棄渣場。

3.3 削坡下挖

土方開挖時，直接用反鏟挖掘機開挖、削坡。土方邊坡開挖接近設計坡面時，按設計邊坡預留0.2～0.3m厚度的削坡余量，再人工整修至設計要求的坡度和平整度。

石方開挖時，邊坡面采用預裂爆破法控制開挖邊線，并設置2m厚的爆破緩沖區(qū)，以減少永久邊坡受到的爆破震動。爆破緩沖區(qū)采用密孔少藥量微差梯段爆破，緩沖區(qū)范圍以外采用深孔梯段微差爆破。

4　結構基礎巖石開挖

巖石開挖從上至下分層進行梯段爆破，爆破分層高度6m；主開挖區(qū)采用分段微差松動爆破。所有斜面基礎均采用預裂爆破法開挖，同時斜面3m范圍內(nèi)設置為爆破緩沖區(qū)，并按照緩沖區(qū)的開挖工藝進行爆破開挖，緩沖區(qū)采用密孔少藥量微差爆破；斜坡面采用預裂爆破，水平建基面采用手風鉆鉆孔預裂爆破。

在水平基底附近，保留大于2m厚的保護層，保護層采用手風鉆水平孔光面爆破開挖。建基面的預裂或光面爆破、緩沖區(qū)爆破前需進行爆破試驗，以滿足建基面質量要求為前提，獲取可行的爆破參數(shù)。

斜坡面預裂孔、主爆破孔采用液壓鉆機鉆孔，進行深孔爆破開挖；大型設備難以到達的部位，采用手風鉆鉆孔，進行淺孔爆破開挖。

5　高強度大方量土石開挖

高程26.00m以上邊坡，用1m3反鏟挖掘機（PC200）從上至下逐層削坡開挖，土方開挖分層高度5m、石方爆破分層高度6m。渣土用挖掘機向外摔挖，推土機向外推送。從施工主干道路開挖一條7m寬的臨時施工道路至開挖作業(yè)區(qū)，用3.5m3反鏟挖掘機（PC650）鏟裝渣土至35t自卸汽車，沿臨時施工道路向外運輸出渣至棄渣場，或者利用渣土填筑上下游橫向圍堰。

石方開挖采用孔徑90mm的液壓鉆機打孔，乳化炸藥爆破，非電毫秒雷管起爆。在進行石方開挖之前，必須進行爆破設計，經(jīng)監(jiān)理單位審查、當?shù)毓膊块T批準后方可實施。

在高強度開挖期間，按進度要求創(chuàng)造多作業(yè)區(qū)、有序施工條件，并維護施工主干道交通暢通；及時維修保養(yǎng)施工機械，保證施工設備等主要資源的有效投入。

6　結 語

隨著水利工程建設規(guī)模的日益發(fā)展，一些大型工程的土石方開挖量常達到數(shù)千萬立方米，因此，必須在滿足設計要求、工程質量、施工安全和工期要求等條件下，通過技術經(jīng)濟比較，進行施工方案的優(yōu)化選擇。■

參考文獻

［1］ 馬志全.淺談深基坑土石方工程施工［J］.山西建筑，2008 （34）.

［2］ 張華鈿.淺談土石方開挖及支護方案［J］.山西建筑，2004 （14）.

［3］ 呂昕.水利水電工程中土石方施工技術的分析［J］.科技創(chuàng)新與應用，2012（11）.

［4］ 羅林峰，潘明杰，劉瑩.非開挖技術在水庫壩下輸水涵管重建中的應用［J］.水利建設與管理，2014（11）.

［5］ 張建強.大型河道水下開挖方法與應用［J］.水利建設與管理，2008（10）.

DO l:1O.16616/j.cnki.11-4446/TV.2O16.O2.OO6

Analysis on earthwork and stonework excavation technology measures in large water conservancy hub Project

WANG Si
（Guangdong No.2 HydroPower Engineering Bureau Co.，Ltd.，Guangzhou 511340，China）

Abstract：Large water conservancy hub project is characterized by high stonework and earthwork excavation quantity，diversified forms and comp1icated techno1ogy.In the paper，engineering examp1es are combined for describing underwater stonework excavation，permanent s1ope excavation，structure foundation rock excavation，high strength and high quantity stone and earth excavation in detai1.Optimization technica1measures of underwater stone and earth excavation in 1arge water conservancy hub are ana1yzed.

Key words：1arge water conservancy hub；stonework and earthwork excavation；technica1measures

中圖分類號：TV541

文獻標志碼：A

文章編號：1005-4774（2016）02-0021-04