石门河水库大坝土石方开挖技术研究

郭金喜

（甘肃水利工程地质建设有限责任公司，730000，兰州）

石门河水库大坝土石方开挖技术研究

郭金喜

（甘肃水利工程地质建设有限责任公司，730000，兰州）

土石方开挖是水库大坝施工的难点之一，通过对石门河水库大坝工程土石方开挖技术进行研究，重点分析了施工导流控制、施工工序、施工方法以及施工质量控制技术的应用，并总结了该土石方开挖技术的优点，认为该项技术较好地解决了水库大坝土石方开挖存在的缺陷及局限性，可为同类大坝施工提供经验和参考。

大坝；土方石开挖；施工导流控制；施工方法；施工质量控制；石门河水库

Abstract:Earth-rock excavation is one of the difficulties for dam construction.Studies have been made on the technology that applied during the construction of Shimenhe Reservoir.The focuses are placed on evaluation of diversion control,construction procedure and method as well as technologies for quality control.Advantages of earth-rock excavation technology are summarized since it may overcome defects and limitation existed in earth and rock excavation of reservoir dam.This approach can provide good experiences to the similar dam projects.

Key words:dam;earth-rock excavation;construction diversion control;construction method;construction quality control;Shimenhe Reservoir

一、工程概况

石门河引水工程位于金强河右岸支流石门河上，距离甘肃省天祝县城约32 km。枢纽挡水建筑物为自密实堆石混凝土重力坝，总库容538万m3，正常蓄水位2 896.90 m，设计洪水位2 897.21 m，校核洪水位2 898.97 m，坝顶高程2 899.10 m。坝基含漂石砂卵砾石覆盖层深6～7 m，下伏岩石为凝灰岩，大坝建基在基岩弱分化层中、上限，坝顶长122.43 m。在坝身右侧坝段设一泄洪冲沙中孔，在中孔的上游设平板检修闸门，出口设弧形工作闸门，孔口尺寸为2 m×2 m（宽×高），采用液压启闭机控制；正对主河床坝段设一泄洪表孔，无闸门控制。在中孔坝段坝纵向0+075.28处设置引水管，大坝泄洪消能方式为挑流消能。考虑到河道生态基流的需要，在供水管道桩号0+067处引接生态放水管，设计流量0.087 m3/s，管道直径DN200，管道布设检修阀和减压阀，将水引入河道。

石门河水库施工采用河床分期导流方式。枢纽导流建筑物级别为5级，相应导流标准为5年一遇洪水重现期，全年导流流量为17.7 m3/s；施工期坝体拦洪度汛标准为10年一遇，相应最大洪峰流量38.9 m3/s。

二、施工导流控制

1. 导流方式

大坝工程分两期施工，一期施工中孔坝段和右岸挡水坝段达到2 864.0 m高程，导流由左侧河道过水。二—1期施工溢流坝段和左岸挡水坝段导流由已完成的导流底孔承担。二—2期施工坝段达到2 872.5 m高程后，埋设在坝段的导流钢管过水，全坝段同时上升施工。二—2期汛期导流则利用已浇筑至2 875.0 m高程的坝体挡水。

2. 导流过程

①2013年7月1日至2014年4月8日完成一期导流，左侧河道过水，一期基坑开挖，右坝段、中孔坝段浇筑至2 863 m高程，导流底孔及上游导流明渠、下游导流钢管架设完工。

②2014年4月8日至2014年10月15日，二—1期导流底孔导流，完成二期基坑开挖，溢流坝段、左挡水坝段浇筑至2 872.0 m高程；

③2015年4月10日至今，二—2期导流，即左岸导流钢管导流，全坝段填筑至坝顶高程。

二期围堰施工时，开挖方式同一期围堰。

三、施工工序

一期围堰施工时先从右岸中孔坝段和挡水坝两边自高到低进行开挖，为了便于装运岸坡石渣，从下游河床修建的施工道路运到业主指定弃渣场，待岸坡开挖至高程为2 850.55 m时，迅速进行坝基开挖。岩石开挖划分两个工作面，每个工作面再分成钻孔、爆破、装渣3个作业区。岩石边坡喷锚支护，与边坡石方开挖穿插进行，这样既可以利用堆渣作为工作场地，同时又便于施工，还能尽早对边坡进行支护，避免边坡岩石风化，减小蠕变位移。

土石方开挖的工艺流程如下：

①测量放线：开挖前测量人员依据设计开挖断面放出开口线；

②覆盖层清理：岸边坡各采用1.6 m3挖掘机从坡顶开始向下逐层开挖，与边坡石方开挖穿插进行，另两台1.6 m3挖掘机在河床装车，20 t自卸车运至渣场；

③测放孔位：岩石出露后，根据开挖图和爆破设计的孔位进行测放孔位，标记每个钻孔深度和倾角；

④钻孔：司钻工按施工技术员交底的钻孔孔深和倾角进行钻孔，在装药前清理干净孔内的水和岩粉；

⑤装药：按爆破设计的单孔装药量进行装药，实际施工中，测记每个孔的实钻孔深，计算每孔的实际装药量，并填写孔深药量表；

⑥连接起爆：按爆破设计的网络连接图进行连接，经爆破负责人检查认可后，点火起爆；

⑦危石清理：由安全员负责对坡面的危石进行清理；

⑧出渣：采用2 m3挖掘机装渣，20 t自卸车运输；

⑨验收：经监理工程师验收合格后，转入下一作业循环。

四、施工方法

1. 资源配置

土方开挖机械设备配置：开挖配备4台挖掘机、2台T120推土机，10辆20 t自卸汽车，以及凿岩台车、手风钻、空压机等。

2. 边坡开挖

采用由高到低分层开挖的方法组织施工，先进行砂砾石层开挖，石方开挖穿插进行，喷锚支护及时跟进，同时开展的工作面采用1 m3挖掘机清理砂砾石，石方开挖采用YT—28手风钻和凿岩台车分层钻孔爆破，采用1.5 m3挖掘机装车，20 t自卸汽车运输。

全强风化岩采用人工配合机械撬挖，对于人工无法撬挖的危石采取小药量火花解炮解决。

3. 石方明挖

①石方开挖采取自上而下分层开挖，毫秒微差梯段爆破，每茬炮爆破区周围设施工预裂。

②开挖边坡坡比陡于1∶1时进行预裂爆破，采用凿岩台车造孔；坡比缓于1∶1的边坡在水平建基面预留1.5 m保护层，采用YT—28手风钻沿设计边线造孔进行光面爆破。1.5 m3挖掘机装车，20 t自卸汽车运输出渣。

③保护层开挖集中在建基面基础，预留人工配合风镐撬挖厚度0.2～0.3 m。采用水平预裂爆破法一次爆除，保护层及沟槽开挖钻孔设备为YT—28手风钻钻孔；挖装设备选用1.5m3挖掘机；运输设备为20 t自卸汽车。

④爆破参数：梯段爆破钻爆开挖采用凿岩台车钻孔，预裂爆破参数见表1，小梯段爆破参数见表2，保护层一次爆除法爆破参数见表3。

表1 预裂爆破参数表（梯段高度为4～8m）

表2 小梯段爆破参数表（梯段高度为4m）

表3 保护层一次爆除法爆破参数表

⑤土石方开挖完毕后，基础表面及边坡面上的松动岩石、裂隙发育部位岩石采用人工撬挖清理干净，岩石尖角采用人工凿成钝角或圆弧。用高压风水枪将基岩面清洗干净，并提交验收。

4. 平洞开挖

①平洞开挖采用钻爆法开挖：钻孔孔位依据测量定出的中线、腰线及开挖轮廓线确定，炮孔的孔径、孔斜、孔深符合批准的钻爆设计要求；炮孔的孔底落在爆破图规定的平面上，炮孔经检查合格后装药爆破。

②炮孔的装药、堵塞和引爆线路的连接符合监理批准的钻爆设计要求。

③光面爆破效果要达到以下要求：残留炮孔痕迹在开挖轮廓面上均匀分布。光面爆破、微风化和新鲜完整岩体炮孔痕迹保存率应大于90%，弱风化岩体不小于80%；预裂爆破、微风化和新鲜完整岩体炮孔痕迹保存率应不小于90%，弱风化岩体不小于80%。相邻两茬炮之间台阶的最大外斜值小于15 cm。所有地下洞室爆破采用非电雷管。

④在进行钻孔、爆破和支护作业完成后，经监理检查和检验合格方可进行下道工序的作业。

⑤每一循环爆破结束后，按设计或监理要求立即展开并尽快完成支护工作，经监理验收合格后进行下一循环的施工。

五、施工质量控制

①坝基轮廓为大坝基础上下游各外扩2.0 m，岩石开挖坡度1∶0.5，左坝坝基宽38.67 m，溢流坝段坝基宽40.39 m，中孔坝段坝基宽40.39 m，右坝段坝基宽23.55m，坝基总长55.38m。

②右坝段建基面高程为2 853 m；中孔坝段建基面高程为2 853 m，齿槽高程为2 851 m；溢流坝段建基面高程为2 852 m，齿槽高程为2 851 m，左坝段建基面高程为2 853 m，齿槽高程为2 851 m。

③左坝段及溢流坝段建基面基岩为奥陶系凝灰岩，岩层产状NE20～30°NW<70°～80°,与坝轴线夹角29°～39°，强风化层厚度一般为0.5～1.0 m，层理清晰，单层厚度不均，在0.3～0.7 m之间，岩性均一、坚硬，局部裂隙发育，岩体完整性较差。

右坝段及中孔坝段基础岩性为凝灰岩，局部分布长度不一的石英脉条带，岩石坚硬，强风化层已清除，层理清晰，满足建基要求。

④右岸坝坡开挖坡度：高程2 853.00～2 868.55 m处坡度为1∶0.3，高程2868.55～2886.55m处坡度为1∶0.5，高程2 886.55～2 899.10 m处坡度为1∶0.3，左岸坝坡开挖坡度均为1∶0.5，坝基上下游开挖坡度均为1∶0.5。

⑤爆破开挖后岩体基本平整，预裂孔清晰可见，预裂残孔率约为50%～60%。

经过不同部位坝基爆破声波测试，开挖爆破声波降低率均小于10%，符合规范要求。

六、结语

目前，石门河水库工程已全部完工，施工质量经各方验收满足设计和规范要求，本工程无质量缺陷，工程总体质量合格，故本工程质量满足下闸蓄水要求。通过本工程施工案例分析，总结出以下优点：

①开挖过程中，岩石边坡喷锚支护，与边坡石方开挖穿插进行，这样既可以利用堆渣作为工作场地，便于施工，又可以尽早对边坡进行支护，使边坡岩石避免风化，减小蠕变位移；

②在边坡开挖过程中，采用由高到低分层开挖的方法组织施工，先进行砂砾石层开挖，石方开挖穿插进行，喷锚支护及时跟进，使得施工效率得到提高；

③梯段爆破位置准确，各种参数把握严密，提高了石方开挖效率；

④施工质量控制严格，利用坝基爆破开挖声波实时跟进测试，使得监测效率提高。

石门河水库土石方开挖技术可为同类大坝的施工提供经验与参考。■

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Studies on earth-rock excavation technology for dam of Shimenhe Reservoir

//Guo Jinxi

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1000-1123（2017）14-0037-03

2017-05-16

郭金喜，高级工程师。

责任编辑 韦凤年