安谷水电站尾水渠极软红砂岩长缓坡开挖施工

孔云洲，曹 辉

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610023)

安谷水电站尾水渠极软红砂岩长缓坡开挖施工

孔云洲，曹 辉

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610023)

安谷电站厂房、尾水渠下伏基岩属大面积多层次薄层极软岩，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、遇水易泥化等特点，在长缓边坡成型施工过程中易造成开挖边坡成型质量差、超挖严重、边坡清理工程量大，施工成本高。经过对施工参数的调整优化，选择合理的施工工法及施工机械，优化爆破参数，达到高质量快速施工目的。

尾水渠 极软红砂岩 长缓坡 预裂爆破 机械开挖 施工技术 安谷水电站

1 概述

根据地质资料显示，安谷水电站厂房基坑、尾水反坡段下伏基岩顶面高程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。尾水渠道沿线地层大多为第四系冲积(Q42al、Q41al)，岩性为卵砾石夹砂、砂壤土等，覆盖层下伏基岩为白垩系下统夹关组(K1j)中厚层～薄层砂岩夹泥岩薄层。无强风化，弱风化带厚5m～11m。因岩石强度低，层理、节理发育，尾水反坡段坡比为1∶4，衬砌厚度为70cm，尾水渠岩石边坡坡比为1∶1.6，衬砌厚度为15cm。施工时，如何得到稳定、整齐美观的边坡，减少超欠挖，对提升施工形象、节约施工成本具有重要意义。

2 长缓坡预裂爆破造孔施工技术

预裂爆破实践表明，预裂面壁面的超欠挖和平整度主要取决于钻孔精度。预裂孔的偏差直接关系到边坡面的超欠挖，安谷水电站尾水坡坡面比为1∶1.6，与地面水平夹角为32°，最大坡长18m。因造孔倾角过大，超过了常规自行式造孔设备最大调整角度。对于非自行式造孔设备，因上部覆盖层为软弱砂卵石，钻机固定难度大，孔斜控制难度也较大。长缓坡造孔质量控制成为预裂爆破效果好坏的关键。

常用于预裂孔造孔机械有YT28手风钻、ZQJ100B潜孔钻、CM351高风压钻机。

YT28手风钻轻巧简便，适应能力强、耗风量小，但在大面积缓坡预裂施工中施工进度慢、钻孔角度控制难度大，人力资源需求大。

ZQJ100B潜孔钻较之手风钻，效率高、钻孔角度控制质量高，但在大面积缓坡预裂中，移设工作量大，对于岩层边坡上部与砂卵石在同一坡面上时，进行边坡预裂造孔，支架固定难度大，造孔质量难以保证。

CM351高风压钻机施工效率高、钻孔方向易控制，但供风量大。

长缓坡预裂孔控制重点在于自行式钻机钻杆倾角控制、钻机稳定控制。本工程尾水渠部位渐变段边坡预裂造孔预先采用CM351高风压钻机，在坡比由1∶1渐变至1∶1.6施工过程中，由于滑轨倾斜水平夹角越来越小，滑轨油缸倾斜度已不能满足要求。钻机重心偏移后，地势起伏部位，出现钻机整体倾斜，不能满足造孔质量控制要求。若采用非自行式钻机，设备及人员投入量大，同时还需清除上部软弱砂卵石覆盖层，造成砂卵石边坡大量超挖。

经过生产试验确定，选用QYDZ-165-1型露天液压潜孔钻机造孔，依托于机身自重及回转扭矩，保证造孔稳定。该钻机适用凿岩硬度6～20 ，钻孔直径90mm～203mm，凿孔垂直孔深60m，凿孔水平孔深70m，行走速度2.2km/h～3km/h，爬坡能力30°，滑架行程4500mm，离地间隙254mm。

钻机自身滑架摆角设计为左50°/右35°，尚不能满足坡比设计要求，经与厂家技术人员共同研究后，对滑架油缸进行改进，增加油缸行程，调整滑架摆角范围。

3 长缓坡预裂爆破设计

3.1 预裂孔孔距a确定

取经验公式a=(7～12)D

其中，a为炮孔孔距(mm)；D为钻头直径(mm)。

预裂采用QYDZ-165-1型露天液压潜孔钻机造孔，钻头直径以90mm造孔，故a=(630～1080)mm。岩体预裂面无强风化，考虑岩体软弱夹层，强度较弱，故弱风化岩石取小值800mm，微、新岩石取大值1000mm。

3.2 线装药密度Qx确定

基坑岩体主要为砂岩，根据生产性试验结果，预裂线装药密度Qx取300g/m～350g/m进行设计。

3.3 装药结构

底部0.4m～0.6m加强装药2～3倍，炮孔顶部1m～2m线装药密度适当减小，孔口段用炮泥、沙子或岩粉堵塞1.0mm～1.5mm。

3.4 单响药量

预裂孔最大单响药量应通过试验确定，当爆破震动超过规定时，根据预裂部位的具体情况进行串联分段起爆，降低单响药量。

3.5 预裂爆破工艺

3.5.1 钻孔。清除钻孔孔口部位的浮碴和积水，严格按所布孔位造孔。开钻时应徐徐加压，钻进30cm后，对钻杆倾角进行校核并在钻进过程中保持不变。

3.5.2 钻孔质量标准。钻孔倾角误差不大于1.5°，孔位偏差不大于5cm。

3.5.3 装药结构与装药。预裂孔采用间隔装药的结构形式，用导爆索起爆；装药时将φ32mm标准药卷与导爆索一起间隔绑在一根竹片上，形成所需长度的药串。

3.5.4 炮孔堵塞。预裂孔留1.0m～1.5m不装药,用炮泥、沙子或岩粉堵塞。若孔内无水时，孔口用岩粉堵塞，不用捣实，让孔内的能量适当释放一部分，以控制近孔口药包爆炸时不致产生爆破漏斗。若孔内有水时，先用风管将孔内水吹出再装药，孔口用炮泥堵塞密实，防止预裂孔内出现水藕合现象。

4 极软岩长缓坡机械开挖施工技术

安谷水电站采用低水头、长尾水渠的布置方式，而河谷平原地带人口密集，特别是尾水渠延线，沿河布置有安置点、交通桥梁等。如罗安大桥横跨尾水渠，桩基置于弱风化岩。基础石方开挖中，传统机械开挖能力有限，且施工进度难以保证，而采用爆破开挖方式，受建筑物及构筑物影响，爆破开挖方式受到极大限制，需对开挖施工方案进行优化。

4.1 岩体抗压试验

对极软红砂岩样品进行物理性能试验，结果如表1所示。

表1 极软红砂岩物抗压强度检测结果

通过抗压试验不难发现，样品抗压强度5.5MPa～12.4MPa，整体强度偏低，样品在浸泡24h后，平均抗压强度偏低2MPa。试验证明，红砂岩具有遇水软化的特性。

4.2 岩体声波检测

岩石开挖过程中，借助于基础处理，采用岳阳奥成科技生产HX-SY02B数字声波仪在储门槽部位进行声波检测。声波检测测孔见图1所示，试验成果统计见表2。

图1 声波检测测孔示意

表2 储门槽坝段基础声波测试成果统计

通过试验数据分析，声波最大值的平均值为3.71km/s，最小值的平均值为2.66km/s，平均值的平均值为3.26km/s。整体波速小于4.00km/s，密实度较小，声波值级差较大，裂隙或软弱层发育。

4.3 机械松土开挖施工方法

根据试验结果及地质资料成果分析，岩石强度低，裂隙发育，整体性差，遇水后岩石易软化、泥化。根据以上岩体特点，提出大面积极软岩机械松土作业法。

4.3.1 松土机械选择

按极软岩不同强度、不同区域划分，结合基础面开挖施工方法，选用推土机松土器和挖掘机松土器(加改挖掘机小臂)。推土机松土器应用于大面松土、集渣，如尾水渠底板部位；挖掘机松土器应用于边坡或边角处理。本工程推土机选用CATD11R重型推土机，挖掘机松土器选用1.8m3斗容改装，并加改挖掘机小臂。

4.3.2 作业方法

选用大马力推土机，先利用尾部单齿松土器把软石破碎钩松，表层翻松后，再用推土机进行搬运集堆，然后再用挖掘机或装载机配合自卸汽车运输，形成松土→集堆→外运的机械循环作业。松土时松土方向顺着岩石的下坡方向，间隔1.0m～1.5m。

选用挖掘机松土器，先利用单齿松土器把软石破碎钩松，表层翻松后，由液压反铲进行收集清理并装车，由自卸汽车运输，形成松土器松土→反铲清理挖装→自卸汽外运的机械循环作业。

4.3.3 施工效率及适用范围

经工程实践，选用CATD11R重型推土机，单层开挖深度为70cm～80cm，小时开挖量约500m3～600m3。遇雨水天气时，受机械自重及行走影响，开挖料泥化严重，作业效率降低，不适宜强降雨天及渗水严重处作业。

选用挖掘机松土器，单层开挖深度为30cm～50cm，小时开挖量约为200m3～300m3，适用于缓坡开挖及边角处理，因其不具备集渣功能，需由反铲配合。

4.3.4 作业配套措施

选用大马力推土机，因破碎率高、块径小，受机械行走影响及渗水，开挖渣料极易泥化，加大了装运难度。为保证施工进度及文明施工形象，自卸汽车密封性要好，并加强道路维护力度。

经工程实践，机械松土作业法适用于大面积多层次低强薄层状极软岩快速开挖施工，开挖质量高，超欠挖宜控制，作业效率高。

5 结语

安谷水电站厂房、尾水渠下伏基岩属大面积多层次薄层状极软岩，采用长缓坡开挖施工技术，取得了在类似地质条件下的施工经验，形成了自己较为成熟的施工工法，对类似工程具有较好的借鉴作用。

孔云州(1987.5-)，男，湖北宜都人，本科，助理工程师；

曹 辉(1969.4-)，男，四川仁寿人，本科，高级工程师。

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