特高拱壩水墊塘反拱型底板開挖施工技術

周震鈞

摘要：白鶴灘水電站水墊塘全長約360.00m，采用圓弧反拱底板接復式梯形斷面。水墊塘反拱底板圓弧半徑111.02m，圓弧底板弧底開挖高程556.00m，拱端開挖高程559.00m，反拱底板預留保護層，保護層厚度為2～5m。水墊塘基礎為柱狀節理玄武巖、角礫熔巖及隱晶質玄武巖，根據水墊塘施工條件及開挖體型特點，水墊塘高程603.00～559.00m之間邊坡采用自上而下分層梯段預裂爆破開挖，高程559.00m以下水墊塘反拱底板基礎采用水平預裂爆破和復合消能爆破相結合的方式開挖，既保證了建基面開挖質量，也極大的縮短了反拱底板開挖的施工工期，為實現了水墊塘混凝土如期開澆提供了保障。

關鍵詞：圓弧反拱底板；預留保護層；柱狀節理玄武巖；水平預裂爆破 ；復合消能爆破

1工程概況

1.1樞紐介紹

白鶴灘水電站位于四川省寧南縣和云南省巧家縣境內，是金沙江下游干流河段梯級開發的第二個梯級電站。電站的開發任務以發電為主，兼顧防洪，并有攔沙、發展庫區航運和改善下游通航條件等綜合效益，是西電東送骨干電源點之一。水庫總庫容206.27億m3，正常蓄水位825.00m，電站裝機容量16000MW，多年平均發電量625.21億kW？h。本工程為Ⅰ等大（1）型工程，樞紐工程由攔河壩、泄洪消能建筑物和引水發電系統等主要建筑物組成。攔河壩為混凝土雙曲拱壩，壩頂高程834.00m，最大壩高289.00m，壩下設水墊塘和二道壩。地下廠房對稱布置在左、右兩岸，廠房內各安裝8臺單機容量為1000MW水輪發電機組。電站建成后，將僅次于三峽水電站成為世界第二大水電站。

1.2 水墊塘體型及地質條件

白鶴灘水電站大壩下游水墊塘采用圓弧反拱底板接復式梯形斷面。水墊塘反拱底板圓弧半徑111.02m，圓心角26.73°，弦長51.27m，圓弧底板弧底開挖高程556.00m，拱端開挖高程559.00m，矢高3m，反拱底板預留保護層，保護層頂面高程561.00m，保護層厚度為2～5m。

水墊塘邊坡主要分布P2β31～P2β32層隱晶質玄武巖、第二類柱狀節理玄武巖、角礫熔巖等，

基礎主要由P2β32層柱狀節理玄武巖、角礫熔巖部位和P2β31層隱晶質玄武巖構成。P2β32層柱狀節理玄武巖巖體內層內錯動帶發育，巖體呈弱風化下段，弱卸荷，開挖爆破制標準較高（要求10m高處振速不大于10cm/s，1m處聲波衰減率不大于10%）。

2水墊塘反拱底板開挖總體方案

水墊塘左岸邊坡高程603m以下開挖厚度大，約35～60m，按照設計要求，應采取前緣分塊爆破，基礎面預留保護層厚約3～6m；高程559m以下為圓弧反拱底板斷面，弧底板弧底開挖高程556.00m，拱端開挖高程559.00m，矢高3m，反拱底板預留保護層，保護層頂面高程561.00m，保護層厚度為2～5m。

根據水墊塘的地形條件、體型特點及工期要求，水墊塘高程603.00～559.00m之間邊坡在前沿塊爆破完成后，同步進行自上而下分層梯段的預裂爆破開挖；高程559.00m以下水墊塘反拱底板基礎采用水平預裂爆破和復合消能爆破相結合的方式開挖。

水墊塘反拱段位于水墊塘邊坡的底部，為保證水墊塘反拱底板開挖時壩基及水墊塘施工道路的暢通，以水墊塘中心線為界，對水墊塘反拱分左右岸兩部分進行開挖。當一側施工時，可在另一側布置施工道路，施工道路采用左右岸交替布置的方式以保證整個大壩基坑施工材料、設備及渣料的正常運輸。

3水墊塘反拱底板開挖施工程序

水墊塘邊坡高程603.00～559.00m，在前沿塊爆破完成后，預留保護層主要采用預裂爆破施工，建基面邊坡預裂主要根據保護層頂面開挖巖石出露情況及振動監測結果進行布孔及裝藥，在巖層出露相同部位，根據上一炮的監測結果，對爆破參數進行優化調整。

水墊塘反拱底板高程559.00m以下（保護層頂面高程561.00m）基柱狀節理玄武巖開挖質量要求高、工序復雜、施工工期緊張（整個水墊塘預裂面積23.8萬m2，開挖工程量達143萬m3，施工工期僅為9個月，開挖預裂速度將達2.6萬m2/月（881m2/天）），為實現節點工期目標，研究出了上下兩側或中部抽槽，順水流向多點面推進，確保了反弧基礎面成型及大面積預裂和復合消能爆破相結合同步進行施工。

4水墊塘反拱開挖爆破技術

根據水墊塘節點工期目標及不影響大壩固結灌漿（水墊塘開挖和壩基固結灌漿之間的安全距離按照規范要求不小于30m），為加快水墊塘的開挖速度，水墊塘反弧基礎面開挖采用預裂能爆破和復合消能爆破相結合方式進行施工。預裂能爆破和復合消能爆破均采用精細化開挖爆破方案，在試驗區及非試驗區爆破實行一炮一總結，建基面每開挖一塊，由參建各方召開梯段總結會，對梯段上鉆至爆破結束全過程進行客觀、全面的總結分析，確定爆破規模，優化爆破參數，確保保留巖體損傷深度及基礎超欠挖控制在標準以內保證反拱基礎面開挖質量。

4.1邊坡預裂爆破技術

水墊塘邊坡高程603.00～559.00m，為減小開挖爆破對建基面保留巖體的振動影響，保護層頂面和保護層均采用YQ-100B潛孔鉆造孔、預裂爆破技術開挖成型，按照“建基面預裂孔+外部平行緩沖孔臺階爆破法”開挖施工，預裂面外側緩沖層厚度按照不小于1.2～1.5m控制，預裂爆破每循環推進進尺10～12m以內。

為確保建基面開挖成型質量，在保護層頂面進行預裂爆破試驗，優化調整爆破參數，具體見表4-1。施工過程中，對鉆孔、裝藥及聯網爆破等工序進行精細化控制，每次爆破后進行總結，根據監測數據和爆破效果對下一層開挖爆破參數進行調整。

4.2反拱底板預裂爆破技術

水墊塘邊坡高程559.00m以下根據巖石地質狀況及施工施工工期安排采用了預裂和復合消能爆破。在巖石地質條件較好部位采用水平預裂進行施工，水平預裂孔采用YQ-100B潛孔鉆進行造孔，按照10m左右進尺從掏槽兩側或上游、下游臨空面逐塊循環推進。預裂孔基本平行于設計建基面，為減少主爆孔爆破對建基面保留巖體的振動影響，主爆孔至預裂孔（建基面）預留1.2m的緩沖層。

4.3反拱底板復合消能爆破技術

為加快水墊塘保護層開挖進度，根據前期在河床壩段保護層頂面及水墊塘斜坡部位進行的復合消能爆破技術試驗成果，在水墊塘高程559.00m以下反拱底板基礎為柱狀節理玄武巖、角礫熔巖區域采用復合消能爆破。復合消能爆破是在垂直開挖面的爆破孔底部安裝一種特殊的消能結構和以松砂等柔性材料為主的緩沖層，通過特定型式的消能結構反射爆炸沖擊波，誘導爆炸沖擊波能量沿基礎開挖面方向聚集，實現相鄰孔間巖體的充分破碎，同時消能座的破碎和松砂的壓實可以消耗爆炸能量從而減輕爆破對炮孔底部巖體的損傷。此方法通過在孔底基礎開挖面方向上加強巖體破碎，在垂直開挖面方向上削弱巖體的爆破損傷可有效減小爆后的起伏差，保證基礎開挖面的一次成型，從而達到提高壩基開挖質量和施工效率的目的。

復合消能裝置反射爆破能量沿球面的各切面方向，為保證保證爆破面相臨炮孔爆破面平整及圓弧底板體型，要求每個炮孔均垂直于圓弧建基面，頂部指向反拱圓心。施工工程中，測量人員根據爆破設計進行逐孔放樣，造孔完成后，再根據實際孔深計算回填深度，確保復合消能裝置中心和設計建基面齊平。

4.4 爆破監測成果

通過對水墊塘反拱底板預裂爆破及復合消能爆破的質點振動速度監測，均滿足設計技術要求的爆前、爆后聲波測試，巖體厚度 1.0m 聲波衰減不大于 10%的（建基面高程以下 1.0m）及距離此梯段 10m 處，質點振動速度小于 5cm/s的指標，兩種爆破方式均能獲得較好的建基面成型效果。

5 結束語

白鶴灘水電站水墊塘反拱底板通過采用預留保護層開挖和復合消能爆破等精細化施工技術開挖，不僅保證了建基面開挖質量，也極大的縮短了反拱底板開挖的施工工期，為實現了水墊塘混凝土如期開澆提供了保障。

在國家加大基礎建設力度、推行“一帶一路”戰略的大背景下，復合消能的巖石基礎開挖控制爆破技術在南水北調、西氣東送等水電、能源、交通 及礦山建設方面均具有廣闊的工程應用推廣前景，該類型爆破技術的推廣應用將在其它水電建設項目中產生巨大的直接和間接經濟效益，并能為我國巖體開挖輪廓爆破技術與爆破損傷的控制技術發展提供新思路。

（作者單位：中國水利水電第八工程局有限公司）