金沙江向家壩水電站開挖質量改進
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摘要：針對向家壩水電站左岸壩基的復雜地質條件，為確保建基面開挖質量滿足設計要求，三峽發展向家壩監理部在監理過程中對壩基開挖施工進行全面控制和技術指導，積極推行新工藝、新成果，取得了較好的效果。對類似的工程項目有一定參考價值。
關鍵詞：向家壩 壩基 控制爆破 改進 優化
1.工程簡介與質量分析
1.1工程概況及重要性：
向家壩水電站是位于金沙江下游的特大型水電站，總裝機容量6400MW。其中大壩擋水建筑物從左至右由左岸非溢流壩段、沖沙孔壩段、升船機壩段、壩后廠房壩段、泄水壩段及右岸非溢流壩段組成。施工順序為第一期先圍左岸，于2004年11月開始修筑一期土石圍堰，至2006年汛前具備擋水條件，在基坑中進行二期縱向混凝土圍堰、左岸非溢流壩段及沖沙孔壩段的施工，并在非溢流壩段和沖沙孔壩段留設6個10m×14m(寬×高)、底板高程260.00m的導流底孔及寬115m、高程280.00m的缺口，由束窄后的右側主河床泄流及通航。導流底孔具備運行條件后，于2008年12月進行主河床截流。也就是說在截流前由葛洲壩集團承擔施工的左岸非溢流壩段及沖沙孔壩段等擋水建筑物必須澆筑到高程280和高程260。由其先行施工的對應部位基礎開挖的進度與質量直接關系著向家壩工程的總體進度和截流目標以及大壩的穩定性。
1.2地質概況：左岸岸坡壩段自然邊坡地形較整齊，無大的沖溝切割，岸坡走向約290°，大部分基巖裸露，下部分布的T32-6中厚至巨厚層砂巖的坡段地形坡度在30°～50°，上部的T33細砂巖、粉細砂巖、粉砂巖夾泥質巖石和薄煤層形成的緩坡段地形坡度15°～35°。緩坡段見厚10m～20m的崩坡積物和人工堆積的煤碴。邊坡基巖具層狀結構特征，巖層傾向下游偏坡內，產狀為320°～340°/NE∠15°～30°，節理裂隙主要有2組，產狀分別為：278°～294°/SW∠70°～76°和60°～81°/NW∠76°～88°，其中第一組NWW向節理裂隙在岸坡卸荷過程中發生較明顯擴張，延伸長度較大。巖體的完整性較差，局部較破碎，縱波速度3000m/s～4000m/s，巖體質量類型以Ⅲ類為主，斷層與斷層影響帶為Ⅳ～Ⅲ2類
1.3質量概況：左非8以上壩段開挖質量不理想，主要表現在：邊坡預裂孔存在上部超挖下部欠挖等現象，孔斜和孔深有一定偏差；水平建基面起伏較大，平整度較差；欠挖點檢測超標。最終經處理均符合要求。
1.4經分析，影響開挖質量的原因及擬采取的措施如下：
(1)巖石自身地質構造的影響。
巖石的破碎程度及裂隙發育狀況的影響，可采用調整孔間距和改進裝藥結構來減少其影響程度；
(2)人為主觀的影響。
由于鉆工技術不熟練或對工作不負責，雖然鉆機角度調整也正確，但是鉆孔孔身卻偏離設計預裂線，從而造成爆破后預裂面凹凸不平；
(3)工作場地的影響。
由于開鉆場地高低不平，鉆機機身很難調成同一水平。當鉆機機身高度太高，開孔在開挖區內，預裂后有可能產生欠挖；當鉆機機身高度太低，開孔在開挖區內，預裂后有可能產生超挖。在施工中應將預裂鉆孔場地盡量處理平整；
(4)鉆機故障的影響。
鉆機故障是影響預裂面平整度的主要因素之一。鉆孔作業中，鉆機的故障嚴重造成預裂孔角度的變化。主要方法為有：①鉆進一定深度，重新對鉆機進行角度調整；②經常保持平整清潔，不要碰撞扶正器；調節彈環故障時應及時更換。
影響鉆孔質量的因素除上述外，還存在一些不可避免的因素。如：在開孔角度不是90度時，鉆機開孔沿鉆桿軸向施加水平壓力與垂直壓力。鉆進過程中，因為水平方向阻力小，鉆桿有向水平壓力方向移動的趨勢，導致鉆桿軸線偏離原來位置，從而使預裂孔角度在開孔時將變緩。故使用已有鉆機作業時，應比設計角度調陡1～2度。
2.工藝改進
根據質量情況分析和多次試驗，并參考參建各方的施工經驗，研究制定如下改進要求與控制流程：
2.1工藝要求
(1)施工準備
鉆孔作業前，首先進行測量放樣，內容包括設計邊線、鉆孔開口線、高程、孔位、鉆孔方向點、樣架角度等，以確定結構邊線和淺孔梯段爆破的作業范圍，并用紅油漆標明。
(2) 樣架架設
為保證樣架豎桿在造孔振動下不發生滑移，在豎桿部位打入φ25mm錨筋并與豎桿鋼管套焊固定，橫桿與豎桿之間用扣件連接。架設過程中利用吊線錘、鋼尺、羅盤等對樣架進行矯正，確保樣架鋼管橫平豎直，斜面角度與鉆孔角度一致。
水平光爆第一循環在搭設好的施工排架上造孔，從第二循環開始，利用槽鋼作為導向裝置，全部采用了槽鋼定位造孔
(3)鉆機固定
鉆機按標定的鉆孔位置，背靠樣架將機身用粗鉛絲綁扎牢固并在兩側采用扣件進行限位。定位后使用鋼尺、吊線錘及羅盤綜合校驗鉆機左右間距及角度，發生偏移及時調整并重新緊固鉆機。
經檢查無誤后，監理工程師簽發開鉆許可證。
(4)鉆孔控制
邊坡預裂造孔時首根鉆桿在鉆進5～10cm、50cm和90cm時，使用羅盤和量尺對桿身角度進行檢測。 每鉆進2m應對最后一根鉆桿桿身角度進行檢測。在發生卡鉆、異常返塵等情況時處理完畢后對鉆桿桿身進行角度測量。在檢查過程中如果偏差角度大于1o，暫停鉆孔，對樣架、鉆機進行重新校正。鉆桿接續前暫停鉆進，進行沖孔并清除孔口周邊的堆渣；鉆桿接續后應再次沖孔。
水平光爆造孔控制方法等同。
(5)鉆孔檢查
質檢人員首先檢查鉆孔深度和角度，對不合格的孔進行標注；單元鉆孔完成后檢查鉆孔情況，對不合格的鉆孔應重新開孔補鉆。對已檢查驗收合格的孔，在裝藥前使用編織袋裝粘土進行孔口保護，防止石渣和異物落入孔內。完成上述工作后，經檢查無誤后，監理工程師簽發裝藥連線許可證。
(6)裝藥檢查
由質檢人員和監理工程師旁站裝藥過程后（由于光面爆破是最后起爆，導爆索有可能遭受超前破壞。為保證周邊孔準爆，對光面爆破孔采用高段延期雷管與導爆索的復式起爆網絡），監理工程師再次抽檢爆破網絡并簽發起爆許可證。
2.2工藝改進。
根據上述要求，在左非8、7壩段開挖過程中進行了如下的工藝改進。
?。?）在開孔放樣過程中，將孔位周邊1米范圍清理至基巖，放點孔位落在巖石上，測量監理工程師并對放樣資料進行校核，保證了開孔準確。
（2）鉆進過程中加密檢測角度偏斜頻次，及時糾正，以確保鉆孔精度。對于不能滿足標準的偏斜孔、廢孔，一律采用高標號砂漿回填，重新造孔。
?。?）嚴格實行三定制度，即“定人”、“定機”、“定孔”，將鉆孔責任落實到人，提高作業人員的質量意識。
?。?）在緊鄰水平保護層的最后一個梯段爆破時，嚴格控制孔底高程，對該層梯段爆破嚴格落實準裝證制度，不符合要求的孔位必須處理至爆破設計的孔深，孔底高程在一個平面，使保護層的厚度基本一致，否則不允許裝藥。另為阻止預裂縫延伸至爆破范圍以外的保留巖體內，在水平光爆孔兩端各預留一孔不裝藥，作為導向孔。
3.左非8、7壩段鉆爆工藝改進過程與質量分析
3.1左非8壩段鉆爆工藝改進過程：
?。?）左非8壩段進行了參數優化，預裂面孔距60cm，線裝藥密度150～200g/m，水平建基面孔距40cm，線裝藥密度在60～100g/m，而且實施了個性化裝藥，根據整個壩基的地質情況，劃分特征區域并分別設計裝藥量，造孔過程中詳細記錄掉鉆、卡鉆情況以及巖粉顏色等信息，并請質量總監和中南院設計代表處地質人員為個性化裝藥提供參考意見，共分為四個爆破區域進行區別裝藥。
?。?）嚴格控制了預裂孔鉆進速度，采用“小沖擊、慢鉆進”，嚴格執行“三次校鉆”制度和“定人、定機、定孔”制度。水平保護層造孔過程中，堅持第一循環在搭設好的施工排架上造孔，從第二循環開始，利用手風鉆下部支腿易在槽鋼內滑行及導向作用的特點，全部采用了槽鋼定位造孔，孔間平行控制較好，在巖石較好部位，孔位平行率達100％，水平孔下傾在1.5°～3.5°，不平整度在10cm以內。但孔位下傾角度較大，加之地質原因，局部仍存在超挖點超標的現象。
?。?）從爆破效果看，效果較好。邊坡預裂質量控制較理想，大面平整度和半孔率、殘孔率等指標均符合設計及規范要求。
3.2左非7壩段鉆爆工藝改進過程與質量分析：
?。?）左非7壩段邊坡預裂造孔采取了改進后的造孔工藝，部分采用了經改造的100B快速鉆和直徑60mm鉆桿，取得了較好的效果.控制措施與左非8壩段相同。
?。?）通過對112個鉆孔殘留孔跡按孔進行檢查，扣除部分存在的地質缺陷以及高陡傾角影響產生的掉快，逐孔進行統計,整體半孔率均值為90.2%。 平行率檢測成果：對112個鉆孔殘留的孔跡檢測結果，平行率較高，>95.0%。平整度檢測成果：壩下0+24至下游側壩下0+79.5，在高程265m～267m采用2m直尺進行平整度檢測，共檢查了320個測點，最大值12cm,最小0.5cm,平均4.2cm。壩下0+24至上游側0-006段，在坡腳高程263～265m采用2.0m直尺進行平整度檢測，共檢查了20個測點，最大值32cm,最小2.5cm,平均15.8cm。
3.3為加快壩基水平保護層開挖速度，在壩下0+21至壩0-006段，采用了100B鉆機造水平孔進行爆破試驗。此部位孔距控制為0.6m，孔深不大于10m。2007年5月18日開始造孔， 5月21日完成爆破，共完成45個鉆孔。
?。?）造孔及爆破情況：采用改造后的鉆機、Φ60鉆桿進行全部鉆孔作業，在經驗收合格的排架上造孔，控制間距為60cm，傾角為0°，最大深度10m，過程中按要求檢查鉆孔角度。爆后共檢測傾角8個點，一般下傾范圍為1°～1.5°（鉆桿自重影響）；檢查壩下0+005～0+010炮孔痕跡，平直光滑，無爆破細微裂隙，原生節理裂隙未見擴張；
?。?）平行度、平整度檢測：經初步檢測，平行度達到100%；在清理干凈的部位（壩下0+005－0+010左右）采用2m直尺檢測了2個斷面，共檢測10點，最大8cm，最小2.2cm，平均4.6cm；
?。?）聲波檢測：由監理指定在壩下0+15左右布置1組3個入巖深度為5m的測試孔，經葛洲壩集團向家壩施工局檢測爆前爆后基巖聲波衰減率為7.01%，滿足設計及規范不大于10%的要求。
4、工藝改進取得的經驗和看法
4.1向家壩工程地質條件復雜，針對多變的地質情況應因地制宜進行控制性爆破作業，關鍵在于杜絕人為因素的影響，認真從細節抓起，確保開挖質量滿足要求。
4.2水平保護層鉆孔當鉆孔深度過大時(孔深超過10m時)，鉆孔水平精度難以掌握，往往出現向下偏斜或上移，造成孔口與孔底不在同一高程上，最大偏差達50cm，為保證建基面的開挖平整度，實際鉆孔過程中除嚴格控制開孔孔位高程和角度外，還必須控制鉆孔深度。當采用100B鉆機時，鉆孔深度以≤10m為宜；采用手風鉆鉆孔時，鉆孔深度以≤3m為宜。槽鋼作為保護層開挖施鉆平臺和限位裝置取代以往常見的竹跳板是首創，但在今后的使用中還要加強對下傾角度的控制。
4.3孔口堵塞長度對邊坡預裂爆破效果有一定影響，堵塞長度過短，則爆破時氣體逸出，不利于預裂爆破的成縫；堵塞長度過長，則在孔口附近部位易殘留炮孔。實際施工中的堵塞長度根據爆破效果進行不斷調整修正，一般取80～100cm為宜。
4.4從建基面清理驗收中認為采用“個性化裝藥”的裝藥形式，可有效阻止爆破對復雜地質條件上建基面節理裂隙面、層面的破壞，從而減輕了建基面的整修清理工作量，大大加快施工進度。
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