探究高拱坝拱肩槽开挖施工技术

马云刚

摘 要：在高拱壩拱肩槽开挖期间，坡体地质环境、预裂缝方位、缓冲孔孔距等因素均会影响高拱坝拱肩槽最终的开挖效果。基于此，文章以大岗山水电站工程为例，通过对大坝工程地质特性的分析，阐述了高拱坝拱肩槽开挖特点，对其爆破实验及设计参数、施工工艺进行了具体的研究和探讨，可为高拱坝拱肩槽开挖施工作业顺利开展提供一定依据。

关键词：高拱坝 拱肩槽 开挖爆破

中图分类号：TV642

1.工程概况

大岗山水电站位于四川省大渡河中游雅安市石棉县挖角乡境内，坝体采用混凝土双曲拱坝，最大坝高210.0 0m，总装机容量为260 0M W，坝基两岸河谷高约600m，河谷断面呈V型。大岗山水电站左右岸边坡、坝基以黑云二长花岗岩为主，局部穿插辉绿岩脉，断层破碎带多沿辉绿岩脉发育，坝肩、坝基岩体坚硬完整，大岗山拱坝基础岩性较为均一，主要为花岗岩体，且大部为Ⅱ、Ⅳ类花岗岩体。由于拱肩槽开挖设计面积较大，上下层工程实施干扰因素较多，因此对该水电站工程开挖阶段施工工艺进行适当分析非常必要。

2.高拱坝拱肩槽开挖特点

（1）结构复杂程度高。①由于高拱坝拱肩槽基面呈自上而下逐步变缓模式，且没有马道等中间过渡装置，导致整体高拱坝拱肩槽开挖基面层呈斜坡状扭曲状态，整体结构复杂程度较高；②大岗山水电站拱肩槽开挖基面地质条件较复杂，总土石方开挖量在300万m3以上，开挖强度较高。

（2）开挖高程差距大。该工程高拱坝拱肩槽开挖最大高度在150m以上，上下面高程开挖差距较大。

（3）钻孔爆破要求高。①由于该水电站工程为长缓坡钻孔模式，而高拱坝拱肩槽开挖基面坡度最低在1/2.3之间，整体坡度变化趋势不够明显，对预裂钻孔角度控制提出了较大的难题；②在工程施工期间，要求预应力锚固区质点振动速率在1.5～2.0cm/s之间，而岩体振动速度应在9.0cm/s以下，对振动爆破要求较高。

3.高拱坝拱肩槽开挖爆破试验设计3.1爆破实验设计

为了保证高拱坝拱肩槽开挖爆破效果，在2 0 0 9年1 0月 20日至20 0 9年11月15日期间，选取坝顶以上开挖区域高程EL.1135～EL.1120m位置进行了8次爆破试验。通过对最终试验检测结果分析，获得了精确的开挖爆破数据，如岩体松动应变测试数据、已成型岩体爆破影响深度、边坡内预埋测点质点振动速度、边坡表明质点振动速度等。

3.2高拱坝拱肩槽开挖爆破参数优化

（1）依据阶段梯度变化所获得爆破效果，对不同类型岩体爆破炸药单次损耗量进行分析。以爆破对岩体影响深度最小、爆破炸药量使用最少为原则，得出最佳高拱坝拱肩槽开挖爆破数值如表1所示。

（2）依据设计规范规定，合理设置缓冲孔可以最大限度减小主爆破对预裂面影响。即在缓冲孔与预裂面距离为2.0m时，预裂面底部会发生炸药紧贴面底的情况；而在缓冲孔与预裂面距离1.0m时，预裂面孔底部会发生拉裂情况。通过后续实验，得出采用φ65mm药卷，且药卷与底部距离为1.2m时，可以获得较为良好的预裂面爆破效果。

（3）由于高拱坝拱肩槽开挖位置与上下游边坡轴线具有一定距离，因此在纵向爆破期间，需要进行一定爆破区域的划分。即在爆破块分界边位置，设置孔距在2.50～3.00m；线装药密度为250g/m；φ35mm药卷孔底连续装药；堵塞长度为3.1m，导爆索起爆。结合中部起爆的塑料管宽V网路设置，可获得良好的爆破效果。

4.高拱坝拱肩槽开挖施工技术

4.1高拱坝拱肩槽开挖施工流程

在大岗山高拱坝拱肩槽开挖阶段，主要施工程序为爆破设计、开挖区域平整处理及清理、测量放线及布孔、技术交底、插筋搭设、钻机就位、钻孔及清孔、钻孔质量核查及保护、装药及网路连接、网路检查、起爆及爆后检查、边坡开挖、爆破效果评价。

4.2高拱坝拱肩槽开挖施工工艺应用

（1）依据前期爆破试验结果，可将高拱坝拱肩槽基面1135～1030m高程设置为陡坡段，陡坡比为1/1.01，阶段梯度以10m为分界线。整体施工阶段可以超欠平衡法作为主要开挖方法。即沿开口方向欠挖18cm，沿孔底方向超挖18cm；在高拱坝拱肩槽基面1030以下位置，由于坡度较缓，可采用6m一层预裂爆破一次性施工的方法。同时考虑到漂钻情况，可在钻孔开挖阶段，依据设计技术要求合理调整钻孔倾角、钻孔阶段保护层预留厚度，保证高拱坝拱肩槽基面完整性。

（2）在开挖区域平整处理后，施工人员可在预裂线前后1.2m范围内进行基岩面清理作业。在基岩面清理完毕后，工程监理人员可依据设计方案，对放线点测量坐标进行再次审核。随后进行逐孔测量。并采用颜色鲜艳的油漆进行孔位标注及编号。需要注意的是，在方位点标注阶段，需要选择距离预裂线3.5m位置，在已固定钢管上进行预裂孔方位点设置。并控制预裂孔孔位偏差在5.0%孔距以下，孔深超欠误差在±4.5cm之间，孔倾角偏差在±1.0%孔深左右；而在爆破孔设置期间，由于该高拱坝拱肩槽开挖方式为发散式布孔模式。孔口间距及孔底间距应在1.8～2.0m之间。

（3）依据前期设计要求，在确定爆破孔及预裂孔位置无误后，可进行钻孔设备合理选择。为保证钻孔精度，本次工程选择110B型潜孔钻机作为预钻机，其具有钻孔基面小、精度高、操作便捷等优点；而在缓冲孔、主爆破孔钻孔设备选择时，则主要采用CM353型钻机。结合角度尺的应用，可以保证缓冲孔坡度的有效控制。

（4）在钻孔期间，初始钻孔方式为小冲击力、缓慢钻进的方式；在钻进深度到达18cm后，可进行首次预裂孔倾角方位校正；在钻进深度到达1.8m时，可进行预裂孔倾角再次校核纠偏。一般来说，在预裂孔钻设期间，需要每更换一次钻杆进行一次校核。并采用线锤、角度尺对钻孔角度进行合理控制。在线锤工具应用期间，需要控制线锤尖端与方位点重合、线锤与钻孔中心线水平重合。

4.3高拱坝拱肩槽开挖施工加固

为避免高拱坝拱肩槽开挖开裂，在高拱坝拱肩槽开挖期间进行合理加固措施非常必要。因此，在高拱坝拱肩槽开挖工程实施过程中，可在高拱坝拱肩槽开挖前期，采取锚杆束预灌浆的方式，提高基层岩体稳定效力。

在具体施工作业中，需要在开挖岩面布设一排锚杆束（3φ32mm），在两层高拱坝拱肩槽上布设一排预灌浆孔。在平面布置模块，控制岩面锚杆束与高拱坝拱肩槽基面距离1.8m，间距2.0m；在立面布置模块，沿铅垂线与岩体内偏斜12°，长10m。锚杆束孔径为18mm，开孔孔位偏差应在8cm以下。

5.结束语

综上所述，由于该水电站拱坝岩石为Ⅱ、Ⅳ岩体，从开挖预裂面结果层面进行分析，应保证大岗山水电站拱肩槽开挖半孔率在85%以上。因此，在实际高拱坝拱肩槽开挖阶段，施工人员可依据工程地质条件，进行爆破试验的试点设计分析。以最终设计结果为依据，合理设置爆破孔方位及孔距。结合钻孔期间钻孔倾角的审核纠正，可以保证最终高拱坝拱肩槽开挖质量与设计标准一致。

参考文献：

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