安谷水电站基坑极软岩开挖技术研究

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(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610023)

1 工程地质概况

安谷水电站工程是大渡河干流梯级开发中的最后一级，坝址位于四川省乐山市市中区与沙湾区接壤的安谷河段，电站采用混合式开发方式，水库正常蓄水位398.00m，总库容约6330万m3。电站装机共五台，其中大机组容量4×190MW，设计引用流量2576m3/s，小机组容量1×12MW，设计引用流量64.9m3/s。

安谷水电站厂坝枢纽工程基坑基岩顶面高程357.98m～367.67m，为K1j②中厚层夹薄层状砂岩及泥岩薄层，岩体无强风化，弱风化带厚10m～12m。新鲜岩体饱和抗压强度12.7MPa，为软岩。在高程337.0m～347.0m以下为K1j①薄层状砂岩夹中厚层砂岩及泥岩薄层，强度较低，饱和抗压强度为4.2MPa；属极软岩，完整性差，为厂基地基持力层。岩体呈红色或暗红，具有透水性强、强度低、遇水后易软化、失水后易崩解等特性，其开挖边坡风化剥蚀严重、层间结合差且软弱夹层发育，极易构成边坡岩体失稳破坏。

极软红砂岩开挖施工不同于岩石基础开挖施工，也不同于土石基础开挖施工，它具有强度低、孔隙度大、胶结程度差、暴露后在极短时间内易风化、遇水易泥化等特性；且夹有大量薄层砂岩及泥岩，强度较低，饱和抗压强度为4.2MPa；在开挖过程中极易发生大面积风化脱落、泥化、崩塌、深层次滑移等地质灾害，给开挖施工带来极大安全隐患。因此，在开挖过程中须采取合理的施工方法，选择合适的爆破参数，使爆破对设计边坡的干扰和震动破坏降到最小，及时有效地保护开挖成型边坡，确保工程质量。

2 基坑开挖技术研究

2.1 生产性爆破实验

为确保厂房建基面基岩完整性及厂房边坡开挖质量，同时减小爆破对冲砂闸部位已浇筑混凝土、防渗墙、帷幕灌浆等部位的影响，通过生产性试验了解爆破区地震效应参数、预裂爆破参数、最大单响药量及炸药对围岩的破坏情况，获得爆破最优参数。试验项目如下：

(1)大规模爆破对非开挖岩体的破坏情况与影响范围确定单响药量试验；

(2)深孔梯段爆破对相邻永久建筑物的影响程度确定特殊部位单响药量参数试验；

(3)确定预裂钻爆参数试验。

2.2 梯段爆破监测成果

表1 第一次质点振动速度测试数据成果

测试时间爆破部位测试部位爆心距(m)最大单响药量(kg)水平速度Vmax(cm/s)垂直振速Vmax(cm/s)切向速度Vmax(cm/s)2012-05-02储门槽基岩面34 5302 06423 96073 6372消力池50 5301 48231 01183 0733防渗墙85 5300 76140 00350 6149

表2 第二次质点振动速度测试数据成果

测试时间爆破部位测试部位爆心距(m)最大单响药量(kg)水平速度Vmax(cm/s)垂直振速Vmax(cm/s)切向速度Vmax(cm/s)2012-05-03储门槽基岩面67302 20791 90381 9686消力池83 0301 11960 18820 5824防渗墙54 0300 68650 60680 6655

表3 第三次质点振动速度测试数据成果

测试时间爆破部位测试部位爆心距(m)最大单响药量(kg)水平速度Vmax(cm/s)垂直振速Vmax(cm/s)切向速度Vmax(cm/s)2012-05-07储门槽基岩面61300 20460 30510 2369消力池88300 16390 18460 3052防渗墙135300 13840 18760 2091

2.3 截排水系统布置研究

安谷水电站厂房部位石方开挖面积约为4.03万m2，岩石为多层次低强薄层状极软岩，极易风化和泥化，做好基坑排水是保证基础开挖不会泥化的关键。为保证开挖施工，根据开挖轮廓形式，采用多环向立体引排水系统，通过在覆盖层与基岩分界面设置环形排水沟，采取截、引、疏的方式，将围堰及右岸山体渗水或强降雨条件下基坑大面积汇水在坡顶主泵坑进行集中抽排；通过345.00m高程马道设置截水沟，将坡面渗水集中在临时泵坑后抽排至主泵坑，而在建基面根据建基面设计高程设置临时排水点，解决降雨时的基底汇水。上述方案在石方开挖过程中保证了开挖干地作业，避免软岩遇水泥化状态下的施工降效。取得的主要成果如下：

(1)良好的围堰防渗体系是减小基坑渗水的关键；

(2)通过在覆盖层与基岩分界面设置环形排水沟，采取截、引、疏方式，将围堰及右岸山体渗水或强降雨条件下基坑大面积汇水在坡顶主泵坑进行集中抽排；

(3)通过在不同高程马道设置截水沟，将坡面渗水集中在临时泵坑后抽排；

(4)在开挖面渗水点设置长引水管进行引排。

2.4 边坡快速支护方式的选择

鉴于厂房基坑软岩特性、浅层破坏形式及成因分析等基础性研究工作，合理选择边坡支护方式，对保证基坑边坡安全稳定，提高开挖施工效率，具有重要指导意义。

边坡支护方式从岩体风化影响分析入手，结合现场施工环境，以处理边坡渗水、裸露面覆盖为重点进行选择。安谷水电站厂房基坑一期围堰防渗墙施工质量优良，闭气效果良好，基坑内砂卵石覆盖层渗水弱，为减少渗水情况对基坑坡面岩层的剥蚀破坏，在岩石边坡顶部设置截排水系统，将基岩分界线位置渗水引至泵坑进行集中抽排。

边坡裸露面覆盖主要为形成封闭系统，及边坡全封闭状态下饱和水引排。厂房基坑进水口边坡上层为砂卵石覆盖层，厚度为4m～8m，坡比为1∶1，下层基岩高程332.00m～365.00m，坡比为1∶0.3。岩石边坡支护方式选择5cm厚素喷混凝土，同时为减小上部砂卵石渗水对边坡及支护面的侵蚀破坏，采取同样的封闭措施。

2.5 爆破生产实施方案确定

石方开挖前期阶段主要为生产性试验，通过对爆破参数不断的优化调整，根据实际爆破效果和多次爆破监测成果进行分析，最终确定了厂坝枢纽I标生产实施过程中的石方爆破方案。

表4 控制爆破技术参数

类别梯段高度(m)钻孔直径(mm)孔间距(m)排间距(m)药卷直径(mm)单孔药量(kg)单响药量(kg)线装药量(g/m)备注主爆孔3 5852 82 8707 550缓冲孔3 5852 82 0705 5预裂孔3 5～81000 8321 7～3 350330间隔装药

表5 梯段爆破技术参数

类别梯段高度(m)钻孔直径(mm)孔间距(m)排间距(m)药卷直径(mm)单孔药量(kg)单响药量(kg)线装药量(g/m)备注主爆孔3 5～10852 5～32 8707 5～3030～200缓冲孔3 5～10852 5～32 0326 5～25预裂孔3 5～101000 8322 1～6 530～100330间隔装药

表6 预裂爆破技术参数

部位高程(m)坡比预裂深度(m)预裂斜长(m)超钻(m)钻孔深度(m)孔径(mm)孔距(mm)线装药量(g/m)单孔药量(kg)主厂房360～3451∶0 5132 80 515 25345～3351∶0 3102 00 510 94335～3271∶160 56 5100800330～3506 524 653 18

3 石方开挖技术研究成果

3.1 深孔梯段爆破调整为浅孔爆破，孔深由8m～12m调整至5m～6m，使改良型挖机钻机造孔效率得到最大发挥；单孔造孔时间约为20s，避免软岩层间发育裂隙造成的漏气及炮孔堵塞困难。

3.2 通过爆破实验、爆破设计调整，炸药单耗由投标阶段的0.391kg/m3降低至0.339kg/m3，在保证爆破效果的同时，极大地节约了施工成本。

3.3 通过调整开挖方案，优化爆破设计和行之有效的快速支护方式，石方开挖进度较合同工期提前约1个月。2012年8月11日实现厂房首仓混凝土浇筑，较合同工期提前约2个月。

通过对两次预裂爆破的实际效果进行分析，拟定出最终预裂爆破参数。具体参数如下：线密度330g/m，缓冲孔距预裂面1.5m～2.0m。根据拟定的爆破参数进行实施阶段基坑预裂爆破。

预裂爆破施工作为工艺控制的重点，在技术管理体系上进行了调整及优化，使工序控制有保障，技术控制更切实，实际施工更简便，保证了预裂爆破的效果。

4 小结

在安谷水电站厂房基坑开挖施工中，通过对大面积、多层次极软岩岩性及岩体结构特征、极软岩浅层破坏形式及成因、爆破安全监测、爆破参数优化、施工技术方案等多方面的研究，取得了显著的成果，并将成果用于生产，收到了良好效果。