山西省禹门口扩建一级泵站基坑石方开挖浅析

闫电红

（山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006）

1 工程概况

山西省禹门口扩建一级泵站位于河津市黄河禹门口、黄河大桥北侧，为岸边式取水建筑物，紧靠原一级站上游侧，主要解决北赵灌区、西范灌区、西范东扩灌区水源问题。受益范围包括万荣、临猗、闻喜、稷山和新绛5县（市），设计提水规模33.86m3/s，其中供北赵灌区15.06m3/s，西范灌区和西范东扩灌区13.8m3/s，输水损失流量5.0m3/s，考虑兼顾向禹门口灌区和汾南灌区补充水源，确定加大设计流量40m3/s；年提水量2.90亿m3，其中北赵灌区1.38亿m3，西范灌区1.52亿m3。新增和改善灌溉面积7.523万hm2。扩建一级泵站总装机6300 kW，装机2台，总提水流量40m3/s，设计扬程 5.91～11.67m。

该泵站工程站址处于黄河东岸，西南部位于黄河岸边，高程较低，场地基岩面高程385.8～410.0m，强风化层厚度3～5m，基础持力层为奥陶系下统亮甲山组厚层含燧石白云质灰岩，岩层产状为N15°E/NW∠15°～23°，岩性坚硬。岩体发育节理裂隙两组，均呈网格状分布，将岩体切割成块状。站址西南侧发育F3断层，断层走向与河岸近平行，地层岩性为下统亮甲山组厚层含燧石白云质灰岩。

2 基坑开挖特点

2.1 爆破环境复杂

基坑石方爆破与各防护对象的最近距离为：原一级站主厂房55m，黄河铁路桥179m，公路桥166m，国家级通讯电缆159m，新建龙虎公路隧道79m。根据不同保护对象、《爆破安全规程》规定及工程类比法采取不同的安全防护要求，黄河铁路桥、公路桥设施质点振动速度控制标准取V≤5 cm/s；新建厂房及原一级站主厂房，质点振动速度控制标准取V≤4 cm/s，龙虎公路隧道质点振动速度控制标准取V≤18 cm/s。

2.2 开挖口小坑深，出渣困难

站址基坑开挖深度为24.6m，主厂房373.34m高程以上开挖范围为25.7m×15m，365.8～373.34m高程开挖范围为19m×11.5m，进水闸开挖范围为19m×8.95m，且为垂直开挖。由于口小坑深，无法修筑出渣道路，人员施工上下基坑及搬运爆破器材只能利用垂直钢梯作为通道。

2.3 基坑涌水较大

基坑位于黄河岸边，大部分基坑位于河水水位以下，基坑开挖时存在涌水问题，涌水量计算约为15020m3/d。

2.4 天气条件恶劣

黄河禹门口属大陆性气候，冬季干燥寒冷，雨量稀少；夏季降雨增多，极端最低气温为-20.2℃，极端最高气温为40.2℃，全年平均风速1.8m/s，最大风速24m/s，尤其到11月中旬后，风力可达六级以上，给爆破造孔和吊运出渣设备运行带来很大困难。

3 开挖方案

3.1 出渣方案

由于禹门口扩建一级泵站口小坑深，无法采用常规的修筑临时道路，自卸汽车停靠在作业面，挖机挖装，自卸汽车外运的出渣方式。根据基坑实际特点，分不同高程确定不同的出渣方式。

385.4～390.4m高程出渣方式：基岩爆破后，将20 t自卸汽车停靠在基坑边，或修筑简易道路至作业面，20 t自卸汽车停靠于作业面，1m3挖掘机将渣料挖装到20 t自卸汽车，拉运到弃渣场卸渣。

373.34～385.4m高程出渣方式：将1m3挖掘机采取保护措施后，用50 t履带吊从基坑下游地面平台调运到作业面，将开挖料挖运到自制的5m3料斗，用50 t履带吊吊出基坑，集中倾倒于基坑下游平台，用1m3挖掘机挖装到20 t自卸汽车拉运至弃渣场。爆破作业时，再用50 t履带吊将1m3挖掘机吊运出基坑，基坑出渣时再吊入，如此循环。

365.8～373.34m高程出渣方式:由于基坑上游在373.34m高程向基坑内收缩5.85m，下游在373.34m高程向基坑内收缩0.85m，1m3挖掘机总重量（25 t）超过了50 t履带吊在允许幅度内的安全吊重总重量，故选用150挖机在基坑挖装，1m3挖机在地面平台挖装。

出渣时对50 t履带吊吊运平台进行硬化处理，经常检查履带吊和料斗各起重零件，如钢丝绳、滑轮卡扣、吊环、吊钩等，检查转动部件有无毛病，特别是刹车装置。履带吊吊运挖掘机和料斗出坑时应控制好牵引绳，严禁挖掘机和料斗碰撞岩壁和摇晃旋转，风力在六级以上和照明不良的夜晚，严禁上汽吊作业。

3.2 爆破方案

3.2.1 钻孔及爆破方式

基坑除靠围堰边有1∶0.3的边坡外均设计为垂直边坡，不允许欠挖。为保证保留区的围堰、基岩、附近厂房、输变电设施和机械设备及其他设施的安全，同时保证开挖尺寸和基岩面的成型良好，在基坑石方开挖中采用以下钻孔及爆破方式。

373.34～390.4m高程爆破：由于基坑侧墙钢筋混凝土紧贴岩壁，基于侧墙钢筋混凝土钢筋敷设和预留保护层的要求，对垂直面的垂直度和平整度要求很高，如采用手缝钻钻孔分层进行爆破，每层垂直面由于支钻操作原因必然会留5～10 cm宽的接茬，故采取四周先预留2m基岩不进行开挖，内部采用手风钻钻孔浅眼爆破法分层预裂爆破的方式，每层钻孔孔深3m。待内部开挖至373.34m高程并将开挖石料挖运到坑外后，再进行预留2m基岩开挖，采用潜孔钻成孔，深孔爆破法一次光面爆破到设计标高，孔深18m。

365.8～373.34m高程爆破：由于空间变窄，且深度为7.54m，故开挖采用预留光爆层，手风钻钻孔分层进行光面爆破；每层钻孔孔深3m，分两次爆破。预留保护层厚度1.54m，爆破后以人工撬挖及风镐凿除突起部分和松动的岩石。

3.2.2 爆破参数选定

按上述石方开挖情况选定爆破参数。考虑到基坑成形面要光面爆破，光面（预裂）其炮孔内装药量及装药结构与主炮孔有所不同，因此将爆破参数分为主炮孔、光爆孔、预裂孔三种进行设计。

主炮孔爆破参数：由于所采用的钻孔机械为手持式风钻，一般钻头的直径为42 mm。根据现有实践经验确定孔距和排距，一般孔深在1.5m以下，孔距1.0m、排距0.8m；孔深在1.5m以上，孔距2.0m、排距1.0m。保护层一次性开挖，孔距1.0m、排距0.8m，通过现场试验确定实际爆破参数。根据地质情况及以往施工经验，单位耗药量0.35～0.4 kg/m3，并取偏大值0.4 kg/m3和每米装药量1.0 kg进行验算，从而确定单孔药量及最终封孔长度。验算结果见表1。

表1 石方明挖爆破参数表

根据上述施工方法，手风钻作业时，最深孔深应控制在3m。通过验算可知，所选各项参数均在设计范围内，且都比较精确，适用于在1.5m以下的保护层开挖中。堵塞长度即孔深去掉下部柔性垫层的20 cm和装药长度，所剩长度满足封孔要求。

预裂爆破参数：预裂孔的孔距根据手风钻孔的性能和施工经验计算得出，此处浅眼爆破取0.5m；预裂孔的孔距根据开挖进行实地试验逐步调整；线装药密度0.25 kg/m；堵塞长度0.3～1.0m。

光面爆破参数：孔径76 mm，孔深17m；线装药密度0.25~0.35 kg/m，采用间隔不耦合装药，将炸药分段均匀绑在一条导爆索上；回填长度1.0m。

4 结语

山西省禹门口扩建一级泵站基坑石方开挖经采用先进的爆破控制技术和合理的出渣方案，无论从工期控制、成本控制还是成型质量控制、爆破安全控制均取得了满意效果，施工中没有发生一起爆破安全事故，也没有对周围建筑物产生任何破坏。石方开挖完成后经测量复核平面位置、底板及平台高程均达到设计位置，基岩坚硬完整、基坑四周的垂直面平整而稳定，垂直度和成型尺寸完全达到设计要求。