水電站大壩施工技術(shù)的創(chuàng)新研究

摘要：旨在解決大型水電站大壩拱肩槽開挖施工中面臨的技術(shù)難題，提高施工質(zhì)量和效率。研究?jī)?nèi)容主要包括4個(gè)方面的創(chuàng)新技術(shù)：合理劃分開挖區(qū)域、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、確定合理的爆破參數(shù)和采用精確的鉆孔技術(shù)。通過(guò)在某大型水電站工程中的實(shí)際應(yīng)用，結(jié)果表明，爆破振動(dòng)得到有效控制，平均最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度和爆破影響深度均滿足設(shè)計(jì)要求，開挖精度顯著提高，超挖、不平整度等指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)要求，平均半孔率超過(guò)90%，整體形體和外觀質(zhì)量?jī)?yōu)良。為大型水電工程拱肩槽開挖提供了可靠的技術(shù)支持和經(jīng)驗(yàn)參考。

關(guān)鍵詞：水電站""大壩""拱肩槽開挖""技術(shù)創(chuàng)新

Innovative"Research"on"Construction"Technology"of"Hydropower"Dam

DU"Jianxin

（Kalasuke"water"project"operation"department，"Xinjiang"Shuifa"Water"Group"Co.，"LTD.，"Altay，"Xinjiang"Uyghur"Autonomous"Region，"836000"China）

Abstract："This"study"aims"to"address"the"technical"challenges"faced"in"the"excavation"of"arch"shoulder"grooves"for"largenbsp;hydropower"dams.""It"also"seeks"to"improve"construction"quality"and"efficiency."The"research"content"focuses"on"four"innovative"technologies："rational"division"of"excavation"areas，"optimization"of"design"structures，"determination"of"reasonable"blasting"parameters，"and"adoption"of"precise"drilling"techniques."Through"practical"application"in"a"large"hydropower"station"project，"the"research"results"show"that"blasting"vibration"is"effectively"controlled，"and"the"average"maximum"particle"vibration"velocity"and"blasting"impact"depth"meet"the"design"requirements."The"excavation"accuracy"is"significantly"improved，"and"indicators"such"as"over-excavation"and"unevenness"meet"or"exceed"the"design"requirements."The"average"half"hole"ratio"exceeds"90%，"with"excellent"overall"shape"and"appearance"quality."This"study"provides"reliable"technical"support"and"experience"reference"for"the"excavation"of"arch"shoulder"grooves"in"large"hydropower"projects.

Key"Words："Hydropower"station;"Dam;"Excavation"of"arch"shoulder"groove;"Technological"innovation

隨著我國(guó)水電事業(yè)的快速發(fā)展，大型水電站建設(shè)工程不斷涌現(xiàn)，其中，拱壩因其優(yōu)越的結(jié)構(gòu)特性和經(jīng)濟(jì)性而被廣泛采用。拱肩槽開挖作為拱壩施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響到大壩的整體質(zhì)量和安全。然而，拱肩槽開挖面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，如開挖高差大、邊坡陡峭、體形質(zhì)量要求高、爆破振動(dòng)控制嚴(yán)格等，這些難題對(duì)施工技術(shù)提出了更高的要求。本研究以某大型水電站大壩拱肩槽開挖為背景，針對(duì)施工過(guò)程中遇到的具體問(wèn)題，提出了一系列創(chuàng)新技術(shù)措施。

1"工程概況

某大型水電站位于我國(guó)西南地區(qū)某重要河流上，是該河流梯級(jí)開發(fā)的重要樞紐工程之一。電站裝機(jī)容量超過(guò)1000萬(wàn)kw，多年平均發(fā)電量近400億千瓦時(shí)，在我國(guó)水電工程中規(guī)模位居前列。大壩采用混凝土雙曲拱壩型式，最大壩高270"m，壩頂弧長(zhǎng)326.95"m，壩頂厚11.98"m，底厚51.41"m，厚高比0.19。壩址區(qū)屬中山峽谷地貌，河谷呈狹窄V形，兩岸谷坡高陡且基本對(duì)稱。大壩基巖主要為厚層與中厚層灰?guī)r和大理巖，巖體質(zhì)量以II級(jí)為主，局部為III-1級(jí)，少數(shù)結(jié)構(gòu)面附近有III-2級(jí)巖體。

大壩拱肩槽開挖是該工程的關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)之一。拱肩槽最大開挖高度270"m，開挖工程量約220萬(wàn)m3。開挖體型為自上而下發(fā)散呈“扇形”，寬度18.32～51.42"m，坡比1：0.21～1：1，從高到低由陡變緩，對(duì)開挖施工技術(shù)提出了很高的要求，需要進(jìn)行創(chuàng)新研究，以保證工程質(zhì)量和進(jìn)度[1]。

2"水電站大壩拱肩槽開挖施工技術(shù)創(chuàng)新

2.1合理劃分開挖區(qū)域

為了有效控制開挖質(zhì)量并降低爆破對(duì)建基面的影響，本工程對(duì)拱肩槽開挖區(qū)域進(jìn)行了合理劃分（如圖1所示）。

拱肩槽在橫向上被對(duì)稱地劃分為左岸和右岸兩個(gè)主要部分，每一側(cè)又進(jìn)一步細(xì)分為左側(cè)區(qū)、中間區(qū)和右側(cè)區(qū)，寬度分別為10"m、15"m和10"m。在縱向高程上，整個(gè)拱肩槽被劃分為4個(gè)主要開挖層，從上到下依次標(biāo)記為I、II、III、IV，每層又用數(shù)字①、③、⑤、⑦標(biāo)識(shí)[2]。左岸拱肩槽的高程范圍從頂部的965.00"m逐步下降到底部的925.00"m，每個(gè)開挖層高約10"m；右岸拱肩槽的高程則從頂部的945.00"m降至底部的905.00"m，同樣每層高約10"m。兩側(cè)拱肩槽在高程上存在20"m的落差，這種設(shè)計(jì)是為了適應(yīng)地形或優(yōu)化施工流程。在開挖順序上，采用“自上而下、從外到內(nèi)”的原則。每個(gè)開挖層又被劃分為若干個(gè)開挖分區(qū)，用Z-1②、Z-2④、Z-3⑥、Z-4⑧等符號(hào)標(biāo)識(shí)，這種編號(hào)方式有助于精確定位和管理每個(gè)開挖區(qū)域。

多維度的區(qū)域劃分方案使開挖工作可以更加精細(xì)化和有序化進(jìn)行。首先，完成上部和外側(cè)區(qū)域的開挖，為內(nèi)側(cè)區(qū)域創(chuàng)造良好的臨空面條件；然后，再進(jìn)行內(nèi)側(cè)區(qū)域的精細(xì)化開挖。這種劃分和開挖順序的安排不僅有利于控制爆破振動(dòng)對(duì)建基面的影響，還能夠?yàn)槊總€(gè)區(qū)域的開挖質(zhì)量控制提供更具針對(duì)性的技術(shù)措施，從而確保整個(gè)拱肩槽的開挖質(zhì)量和施工安全。

2.2"優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

原設(shè)計(jì)中，拱肩槽沒有設(shè)置馬道或臺(tái)坎，導(dǎo)致預(yù)裂孔鉆機(jī)無(wú)法滿足架鉆條件。為解決這一問(wèn)題，工程團(tuán)隊(duì)在保證預(yù)裂孔鉆機(jī)架鉆可行性的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地采用了超欠平衡開挖方式"[3]。每次爆破前，工程團(tuán)隊(duì)都會(huì)根據(jù)當(dāng)前梯段的高度和坡比進(jìn)行細(xì)致的優(yōu)化調(diào)整，確保操作的可行性和爆破效果的精準(zhǔn)控制。這種設(shè)計(jì)優(yōu)化充分考慮了施工的實(shí)際需求，在保證工程質(zhì)量的同時(shí)，也提高了施工效率。

2.3"確定合理的爆破參數(shù)

施工團(tuán)隊(duì)通過(guò)系統(tǒng)的爆破試驗(yàn)，包括4次非原位試驗(yàn)和2次原位試驗(yàn)，逐步優(yōu)化和確定了最佳爆破參數(shù)。試驗(yàn)涵蓋了左、右岸不同高程區(qū)域，確保參數(shù)的適用性和代表性。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定了預(yù)裂孔、緩沖孔和主爆孔的具體參數(shù)：鉆孔角度范圍為48.4°～79.9°，孔距0.4～0.8""m，孔深2.8～12.1""m，孔徑90""mm；預(yù)裂孔采用25"mm乳化炸藥，線密度260"g/m，單孔裝藥量0.6～3.8"kg；緩沖孔和主爆孔采用70"mm乳化炸藥，主爆孔單孔裝藥量12.640"kg；爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)采用磁電雷管起爆，孔間延時(shí)4"2"ms，排間延時(shí)110"ms，預(yù)裂孔采用4孔一響以控制振動(dòng)。這些參數(shù)的確定充分考慮了巖體特性、開挖要求和環(huán)境影響，特別是將主爆孔裝藥量控制在50"kg以內(nèi)，預(yù)裂孔比相鄰主爆孔提前75～100"ms起爆，有效控制了爆破振動(dòng)。

2.4"采用精確的鉆孔技術(shù)

某水電站大壩拱肩槽施工中，精確的鉆孔技術(shù)是確保開挖質(zhì)量的關(guān)鍵因素。施工團(tuán)隊(duì)采用了一系列創(chuàng)新措施來(lái)提高鉆孔精度[4]。

首先，在孔位控制方面，采用QZJ-100B型支架式鉆機(jī)進(jìn)行造孔，由專業(yè)測(cè)量人員使用全站儀精確放樣。鋼管樣架的布置使用電子量角器精確測(cè)量角度，并通過(guò)增設(shè)固定樁來(lái)減小鉆機(jī)晃動(dòng)。為進(jìn)一步提高精度，統(tǒng)一使用精度達(dá)0.1°的電子量角器作為角度檢查控制工具。其次，在鉆孔過(guò)程控制方面，實(shí)施了“五次校核”制度，即在開孔前、20"cm、50"cm、1"m和3"m處對(duì)鉆機(jī)角度進(jìn)行校核。鉆進(jìn)過(guò)程中，持續(xù)檢查鉆機(jī)左、右間距和角度，發(fā)現(xiàn)偏斜，及時(shí)糾正。終孔后，由施工和質(zhì)檢人員共同檢查孔位、孔深和方向角度，確保合格，不合格鉆孔則重新開孔補(bǔ)鉆。這些精細(xì)化的鉆孔技術(shù)措施有效提高了鉆孔精度，為拱肩槽開挖的高質(zhì)量完成奠定了基礎(chǔ)。

3"創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用效果

某水電站大壩拱肩槽開挖施工創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用取得了成效，通過(guò)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，充分驗(yàn)證了技術(shù)創(chuàng)新的有效性。在爆破振動(dòng)控制方面，左右岸拱肩槽分別進(jìn)行了28次和27次開挖爆破監(jiān)測(cè)，結(jié)果表明，最大爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度和爆破影響深度均滿足設(shè)計(jì)要求[5]。在開挖質(zhì)量控制方面，通過(guò)精確的鉆孔技術(shù)和優(yōu)化的爆破參數(shù)，右岸和左岸拱肩槽開挖測(cè)量分別檢測(cè)了15"984個(gè)點(diǎn)和14"982個(gè)點(diǎn)，均無(wú)欠挖現(xiàn)象，超挖、不平整度和半孔率等關(guān)鍵指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)要求，具體數(shù)據(jù)如下表1所示。

表1中這些數(shù)據(jù)充分證明了創(chuàng)新技術(shù)在控制爆破振動(dòng)、提高開挖精度和保證工程質(zhì)量方面的顯著效果。拱肩槽開挖歷時(shí)20個(gè)月，完成了左右岸高程718～988"m共計(jì)60個(gè)梯段的開挖工作，總開挖工程量約220萬(wàn)"m3。通過(guò)合理劃分開挖區(qū)域、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、確定合理爆破參數(shù)和采用精確的鉆孔技術(shù)，成功應(yīng)對(duì)了高差大、地質(zhì)條件復(fù)雜等施工難點(diǎn)。開挖輪廓、控制高程、超欠挖、不平整度等指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，爆破對(duì)建基面的影響與爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度得到有效控制，整體形體和外觀質(zhì)量?jī)?yōu)良。這些創(chuàng)新技術(shù)的成功應(yīng)用不僅保證了工程質(zhì)量，還提高了施工效率。

4"結(jié)語(yǔ)

本研究針對(duì)某大型水電站大壩拱肩槽開挖施工中的技術(shù)難題提出并實(shí)施了一系列創(chuàng)新技術(shù)措施。通過(guò)合理劃分開挖區(qū)域、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、確定合理爆破參數(shù)和采用精確的鉆孔技術(shù)，成功克服了高差大、地質(zhì)條件復(fù)雜、質(zhì)量要求高等施工難點(diǎn)。實(shí)踐證明，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)要求，整體形體和外觀質(zhì)量?jī)?yōu)良。這些創(chuàng)新技術(shù)的成功應(yīng)用不僅保證了工程質(zhì)量，還提高了施工效率，為大型水電工程的拱肩槽開挖施工提供了寶貴的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和參考。未來(lái)，隨著水電工程建設(shè)向更大規(guī)模、更復(fù)雜地質(zhì)條件發(fā)展，施工技術(shù)的創(chuàng)新將繼續(xù)發(fā)揮關(guān)鍵作用。在今后的工程實(shí)踐中，建議繼續(xù)深化和完善這些創(chuàng)新技術(shù)，并結(jié)合新材料、新工藝和智能化施工手段，不斷提升大型水電站大壩施工的技術(shù)水平和效率。

參考文獻(xiàn)

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