高拱坝拱肩槽开挖施工技术

摘要：本文以大岗山水电站为例，针对开挖时建基面上陡下缓，高差大，地质条件复杂，强度高，爆破质点振动速度要求严，长缓坡开挖难度大，质量要求高等特点，对此类高拱坝拱肩槽开挖施工过程中的一些技术措施进行了总结。

关键词：坝肩拱肩槽开挖 爆破

中图分类号：TB41文献标识码： A 文章编号：

1 概述

1.1工程概况

大岗山水电站坝址位于四川省大渡河中游雅安市石棉县挖角乡境内；电站枢纽主要由拦河混凝土双曲拱坝（坝后水垫塘和二道坝）、泄洪消能建筑物、引水发电建筑物等组成，大岗山水电站坝址区河谷狭窄，河谷呈 “V”形，两岸谷坡陡峻，混凝土双曲拱坝坝高210m，电站装机容量2600MW（4650MW），保证出力636MW，年发电量114.30亿kW.h。

1.2工程地质

大岗山水电站坝址区河谷呈“V”形峡谷，两岸山体雄厚，谷坡陡峻，基岩，自然坡度一般40°～65°。

拱肩槽岩体：925m～950m高程坝基，建基面及建基面以里岩体以Ⅱ类微新的黑云二长花岗岩为主，Ⅲ1类镶嵌结构的微新花岗岩局部分布于建基面下游部位下部，弱风化花岗岩局部分布于建基面下游部位上部。

950m～1050m高程坝基，该段建基面及建基面以里岩体以微新的黑云二长花岗岩为主，下游侧上、下局部为弱风化下段岩体。Ⅱ类微新岩体分布于中、下部，Ⅲ1类弱风化下段无卸荷的花岗岩在下游侧局部分布。

1050m～1135m高程坝基，该段建基面及建基面以里岩体以微新—弱风化下段的黑云二长花岗岩为主。Ⅱ类微新岩体分布于中、下部，Ⅲ2类弱风化下段、弱卸荷花岗岩分布于上部坝基。

2 拱肩槽开挖特性

（1）结构形状复杂。拱肩槽建基面自上而下由陡变缓，未设置马道，为一坡到底结构，顶部1135m高程宽度为14.5m，底部940m高程宽度为54 m，建基面呈斜坡扭面状。

（2）开挖高差大。拱肩槽最大开挖高度达195m。

（3）地质条件复杂，开挖强度高。该项目土石方开挖总量为393万m3，开挖时间20个月，最高月强度为20万m³。

（4）长缓坡钻孔角度控制难。拱肩槽建基面最缓坡度为1：2.47，且均为渐变坡，预裂钻孔角度控制难度非常大。

（5）爆破振动要求严格。预应力锚固区、坝基灌浆区的质点振动速度不大于1.5~2.5cm/s，新浇筑的混凝土质点振动速度小于1.5~2.0cm/s，岩体振动速度：距爆破梯段顶面10m处拱肩槽建基面小于10cm/s。

（6）开挖结构轮廓要求严。建基面拱端径向上下游轮廓线不允许欠挖，超挖控制在20cm以内，平整度在15cm以内。

总之，大坝拱肩槽开挖工程综合特性为开挖高差大，地质条件复杂，工程量大，开挖强度高，建基面体型结构复杂，钻爆难度大，质量要求高。

3 爆破参数选取

钻孔爆破施工前进行专项爆破试验和爆破工艺试验，选定爆破参数，根据爆破试验所确定的最佳爆破参数进行大坝拱肩槽建基面开挖，施工中根据岩性、风化程度及节理裂隙分布情况及时调整。

根据爆破试验采取分区开挖，拱肩槽部位采取2～3排主爆、1排缓冲和1排预裂孔的开挖爆破方式，其钻爆开挖试验参数见表1：

表1 拱肩槽开挖爆破试验参数

根据爆破试验成果，特别是爆破块度和爆堆形状、前缘抛掷情况的观察和分析，主爆破孔采用0.30～0.40kg/m3的炸药单耗是相对合适的。

4 施工方法

4.1爆破分层、分区

拱肩槽建基面在1135~1030m高程为陡坡段，坡比1：0.79 ~1：1.11 ，每一梯段按10m一层施工，施工过程中采用“超欠平衡法”，即开口按法向欠挖20cm，孔底按法向超挖20cm，且为下层开挖创造上钻平台。拱肩槽建基面在1030m高程以下部位坡比较缓（坡比由1：1.11 ~1：2.47），采用5m一层预裂爆破一次到位的方法进行施工；由于存在“飘钻”现象，在开挖钻孔时采用调整钻孔倾角及严格控制钻孔过程，一次开挖（5m梯段）满足设计技术要求。爆破孔孔底预留1m厚左右的保护层，以防孔超深破坏建基面。

4.2测量放样、布孔

在测量放样前，将预裂线前后1~1.5m范围的基岩面清理干净，并由监理工程师对测量计算的放样点坐标进行校核，经确认无误后逐孔测放出预裂孔的孔位和方位点，用红油漆标识并逐孔编号。方位点用油漆标识在距预裂线3~5m处固定好的钢管上，并与预裂孔相对应标识孔的编号。预裂孔的样架由测量人员放样。现场施工技术人员按照爆破设计的间排距进行缓冲孔和爆破孔的放样，并依据高程、角度计算出孔深。

4.2.1 预裂孔

预裂孔开钻前根据设计要求安装好钢管样架，再安装固定钻机。钢管样架采用插筋固定，并保证样架稳固，钻孔方向与设计方向一致，孔位偏差不大于5%孔距，孔深允许超欠误差深度±5cm，倾角与方向偏差不大于±1.5%孔深。

由于拱肩槽的设计体型基本为“上宽下窄”，建基面预裂布孔均按扇形布置，采用孔底距为65~75cm向上确定开孔孔距为50~70cm。

拱肩槽范围内的坝前坝后预裂孔与建基面上下游轮廓线预裂孔相交，在实际施工时，坝前坝后预裂孔孔底距建基面上下游轮廓线预留30cm的距离，以避免预留孔超深破坏建基面。

4.2.2缓冲及爆破孔

建基面缓冲孔采用发散式的布孔方式，孔口间距1.8m左右，孔底间距2.2m左右，造孔角度与其对应的预裂孔一致，拱肩槽建基面范围内上下游边坡缓冲孔采用等差布孔。爆破孔间排距3.0*3.0m。

4.3设备选型及钻孔

因液压钻和CM351钻机造孔精度较低，无法按设计坡比就钻，而100B钻机精度高较易控制，且只需较小的加钻平台，有利于建基面的预裂造孔施工，因此，在大岗山水电站大坝拱肩槽建基面开挖过程中采用100B钻机进行预裂造孔；缓冲孔及主爆破孔采用液压钻和CM351钻机，边坡倾角采用角度尺来控制，以满足施工需要。

开孔时遵循小冲击慢钻进的方法，当钻进到20cm左右时，进行第一次预裂孔钻孔倾角、方位校核和纠偏，钻进1m时进行第二次校核，钻孔过程中前三根钻杆每换一次校核一次，发现偏差及时纠正，钻孔角度采用角度尺控制，方位采用线锤与钻杆中心线确定的平面来控制，线锤尖端与方位点重合，目测线锤与钻杆中心线重合。

5 爆破开挖质量评价

大岗山水电站拱肩槽开挖，岩石属Ⅲ～Ⅳ类岩体，从各次爆破开挖预裂面效果看，半孔率在80%以上，均未见孔内有明显因爆破引起的裂缝，满足设计的半孔率要求，预裂面的平整度也较好，但由于置换开挖面结构复杂、预裂面小但存在多处折面，由于开挖方式引起欠挖的需要采用手风钻光爆剥离，预裂面在折面位置存在一定起伏。

6 结束语

大岗山水电站拱肩槽建基面于2010年12月份前完成了970m高程以上部位的开挖工作任务，共计完成 17 个梯段的开挖，通过一系列技术措施的实施和现场施工工艺的控制，质量等级达到优良标准，完全满足设计技术要求。

参考文献：

[1]DL/T5135-2001，水利水电工程爆破施工技术规范[s].

[2]王玉杰.爆破工程[m].武汉：武汉理工大学出版社，2009.