卡洛特水電站溢洪道底板保護層開挖施工方法及質量控制

徐 偉

（中國葛洲壩集團易普力股份有限公司，重慶 400000）

1 工程概述

卡洛特水電站是巴基斯坦境內吉拉姆河規劃的第4級電站，位于巴基斯坦旁遮普省與AJK特區交界處。該地區屬中低山地貌，巖性以砂巖、泥質粉砂巖及粉砂質泥巖為主，地下水量充沛，巖體受風化程度影響透水性較強。溢洪道建基面總面積約5.8萬m2，為控制溢洪道底板超欠挖量，使其滿足開挖技術標準，底板大面預留1m左右巖層作為保護層單獨開挖。

2 保護層開挖施工重難點和技術要求

2.1 施工重點

利用鉆爆技術完成底板保護層開挖，通過優化鉆孔工藝、精確控制鉆孔質量和裝藥聯網結構，提高建基面平整度，減少超欠挖工程量。

2.2 施工難點

（1）溢洪道地質屬不均質巖層，底板保護層開挖受地質情況影響較大。

（2）溢洪道地下水量充沛，底板保護層易受滲水影響，造成鉆孔施工困難。

（3）溢洪道底板建基面開挖面積大，且結構復雜，在保證開挖平整度的同時還需保證結構面的完整性，過程控制難度較大。

（4）施工區域靠近混凝土澆筑區，這對爆破震動和飛石控制要求較高。

2.3 技術要求

（1）混凝土結構基礎面不允許欠挖，超挖不大于20cm。

（2）無混凝土結構的基礎面開挖偏差規定：①高程開挖偏差，不大于±20cm。②對破碎、極破碎和較軟巖、軟巖及極軟巖等不良地質地段的巖體，其開挖偏差不得超過±50cm。

（3）爆破振動速度安全允許標準：混凝土初凝3d以內不超過3.0cm/s，1周以內不超過7.0cm/s，1個月以內不超過12.0cm/s。

3 保護層開挖方案

底板保護層開挖主要采用小孔徑、小藥卷、小規模爆破方式，可采用一次性豎直孔爆破和光面爆破開挖方式。兩種方法優缺點比較如表1所示。

表1 兩種保護層開挖方法的優缺點對比

4 施工方法和技術

4.1 一次性豎直孔爆破開挖

（1）鉆孔作業。一次性豎直孔鉆孔作業工序較為簡單，孔深設定和鉆孔精度將直接決定建基面的超欠挖程度和平整度。以1m保護層厚度為例進行說明，具體如下：①底板保護層開挖采用小孔徑爆破更利于底板平整度控制。②鉆孔設備及參數選擇：采用YT-28手風鉆鉆孔，孔徑為Ф42mm，正三角形布孔，巖石硬度系數較高時超深0.1～0.15m，鉆孔深度為1.1～1.15m，裝藥單耗0.4kg/m3，孔排距1m。③采用正三角形布孔，孔位分布更均勻。④測量員精確測定孔深。⑤溢洪道巖性多變，地質條件較差，合理選擇超深對于底板超欠挖的控制顯得尤為重要。⑥泥巖抗拉強度較大，但遇水易變軟，且容易風化。為此泥巖巖性下的保護層開挖時應預留10～20cm保護層，以防止因地下水浸泡而造成嚴重超挖現象，也可為清基作業預留一定空間。

（2）爆破作業。①采用Φ32mm乳化炸藥不耦合連續裝藥。在炮孔底部用鋸末等柔性材料做墊層（5～8cm）。爆破時通過柔性墊層的可壓縮性及對沖擊波的阻滯作用，可顯著減小爆破對炮孔底部的沖擊壓力，從而保護炮孔底部巖石的完整性[1]。②根據設計單耗0.4kg/m3計算單孔裝藥量為0.4kg，取堵長0.7m，符合爆破飛石控制要求。③網絡敷設以控制爆破震動為原則，控制單響藥量，采用排間多孔一響的微差爆破網絡。④充分考慮爆破對結構面的破壞性，臨近結構面邊緣時預留1m以上的保護距離，爆破作業后采用人工或者機械進行鑿除。

4.2 光面爆破開挖

（1）鉆孔作業。光面爆破法施工底板平整度較好，且對建基面擾動較小，根據施工條件和要求的不同可選擇YT-28手風鉆或YQ-100B潛孔鉆機進行鉆孔作業，其優缺點對比如表2所示。①YT-28手風鉆光爆孔鉆孔施工方法。受鉆具結構厚度限制，鉆具平放在地面時鉆桿與地面無法完全貼合，故鉆孔無法在同一平面內連續作業。如果考慮鉆具厚度及超欠挖技術要求，將開孔部位較設計開挖線抬高10cm，并使鉆桿與建基面呈4°交角，則在鉆孔深度為3m的情況下，孔底部位會侵入建基面，并形成10cm超挖。利用一超一欠所形成的20cm錯臺空間可滿足鉆孔施工條件，每3m一個循環，形成的開挖面理論上為鋸齒狀，但可基本實現單次循環的超欠平衡，同時滿足技術要求的±20cm偏差[2]。鉆孔進行第一個循環前應通過一次性豎直孔爆破開挖方法為光爆孔鉆孔作業制造作業空間，鉆孔時鉆機底部放墊板，并用石渣墊穩，相對固定于地面，用其作為鉆具滑道；光爆孔鉆孔完成后可視情況進行垂直主爆孔鉆孔，主爆孔用于破碎上部巖石，孔底距離光爆孔預留約50cm厚度，如圖1所示。②YQ-100B潛孔鉆機光爆孔鉆孔施工方法。YQ-100B潛孔鉆機適用于深孔鉆孔作業，受鉆機結構厚度（0.4m）及鉆機伸長長度（2.5m）限制，鉆孔作業時需提前通過一次性豎直孔爆破開挖的方法。在橫斷面方向進行拉槽爆破，槽底應低于設計開挖線0.4m，槽寬不小于2.5m，使鉆桿中心線與設計開挖面在同一平面，鉆機通過鋼管支架固定，保證鉆機的穩定性，一次鉆孔深度以10～20m為準，完成后進行下一個循環，如圖2所示。

表2 兩種鉆孔方法的優缺點對比

圖1 YT-28手風鉆光爆孔鉆孔施工示意圖

圖2 YQ-100B潛孔鉆機光爆孔鉆孔施工示意圖

（2）爆破設計。①抵抗線確定。光面爆破孔的抵抗線按式（1）進行估算：

式中：Wmin為光面爆破孔抵抗線；D為光面爆破孔直徑（YT-28手風鉆機為42mm，YQ-100B潛孔鉆機為90mm）。計算結果：YT-28手風鉆施工Wmin取值范圍為42～84cm、YQ-100B潛孔鉆機施工Wmin取值范圍為90～180cm，結合溢洪道施工經驗對應值取50cm和100cm。②光面爆破孔孔距確定。孔距按式（2）進行估算：

式中：a為光面爆破孔間距，計算結果：Φ42mm孔徑時為30～40cm，Φ90mm孔徑時為60～90cm，結合溢洪道施工經驗對應值取50cm和90cm。③裝藥量的確定。單孔裝藥量按式（3）進行估算：

式中：Q線為光面爆破孔裝藥線密度；q為光面爆破炸藥單耗，根據現場經驗取值為0.4kg/m3，經過計算，光面爆破孔線裝藥密度Φ42mm孔徑時取100g/m3、Φ90mm孔徑時取360g/m3。

5 質量控制措施

（1）光面爆破每個循環開孔點由專業測量人員準確測量，逐孔放點，以確保開孔點的精準性[3]。

（2）光面爆破孔鉆孔時用坡度尺比量鉆桿角度，深孔鉆孔時設方向照準點，控制鉆桿方向。

（3）手風鉆光面爆破鉆孔時鉆機底部應放墊板，坡度與鉆機、鉆桿一致，用石渣墊穩，相對固定于地面，用其作為鉆具滑道，降低操作強度和控制難度。

（4）YQ-100B鉆孔時用鋼管做支架固定于地面，確保支架的絕對穩定性，鉆孔過程中隨時檢查角度和方向。

（5）在鉆孔深度達20cm、50cm、1m時分別用坡度尺校正角度鉆孔方向，并校正鉆孔方向。

6 結束語

一次性豎直孔爆破開挖方法和光面爆破開挖方法對水平建基面和斜面建基面均適用，具體作業根據建基面角度和保護層厚度調整鉆孔角度和孔深。混凝土結構處的基礎面采用YT-28手風鉆進行光爆孔鉆孔時以設計開挖線為開口點，造成孔底處20cm的超挖空間，不但滿足施工條件，而且滿足技術要求。作業時應提前考慮地下水影響，及時疏導地下水或者改變施工方法，避免因地下水影響導致施工困難，延誤施工進度。