卡洛特水电站溢洪道底板保护层开挖施工方法及质量控制

徐 伟

（中国葛洲坝集团易普力股份有限公司，重庆 400000）

1 工程概述

卡洛特水电站是巴基斯坦境内吉拉姆河规划的第4级电站，位于巴基斯坦旁遮普省与AJK特区交界处。该地区属中低山地貌，岩性以砂岩、泥质粉砂岩及粉砂质泥岩为主，地下水量充沛，岩体受风化程度影响透水性较强。溢洪道建基面总面积约5.8万m2，为控制溢洪道底板超欠挖量，使其满足开挖技术标准，底板大面预留1m左右岩层作为保护层单独开挖。

2 保护层开挖施工重难点和技术要求

2.1 施工重点

利用钻爆技术完成底板保护层开挖，通过优化钻孔工艺、精确控制钻孔质量和装药联网结构，提高建基面平整度，减少超欠挖工程量。

2.2 施工难点

（1）溢洪道地质属不均质岩层，底板保护层开挖受地质情况影响较大。

（2）溢洪道地下水量充沛，底板保护层易受渗水影响，造成钻孔施工困难。

（3）溢洪道底板建基面开挖面积大，且结构复杂，在保证开挖平整度的同时还需保证结构面的完整性，过程控制难度较大。

（4）施工区域靠近混凝土浇筑区，这对爆破震动和飞石控制要求较高。

2.3 技术要求

（1）混凝土结构基础面不允许欠挖，超挖不大于20cm。

（2）无混凝土结构的基础面开挖偏差规定：①高程开挖偏差，不大于±20cm。②对破碎、极破碎和较软岩、软岩及极软岩等不良地质地段的岩体，其开挖偏差不得超过±50cm。

（3）爆破振动速度安全允许标准：混凝土初凝3d以内不超过3.0cm/s，1周以内不超过7.0cm/s，1个月以内不超过12.0cm/s。

3 保护层开挖方案

底板保护层开挖主要采用小孔径、小药卷、小规模爆破方式，可采用一次性竖直孔爆破和光面爆破开挖方式。两种方法优缺点比较如表1所示。

表1 两种保护层开挖方法的优缺点对比

4 施工方法和技术

4.1 一次性竖直孔爆破开挖

（1）钻孔作业。一次性竖直孔钻孔作业工序较为简单，孔深设定和钻孔精度将直接决定建基面的超欠挖程度和平整度。以1m保护层厚度为例进行说明，具体如下：①底板保护层开挖采用小孔径爆破更利于底板平整度控制。②钻孔设备及参数选择：采用YT-28手风钻钻孔，孔径为Ф42mm，正三角形布孔，岩石硬度系数较高时超深0.1～0.15m，钻孔深度为1.1～1.15m，装药单耗0.4kg/m3，孔排距1m。③采用正三角形布孔，孔位分布更均匀。④测量员精确测定孔深。⑤溢洪道岩性多变，地质条件较差，合理选择超深对于底板超欠挖的控制显得尤为重要。⑥泥岩抗拉强度较大，但遇水易变软，且容易风化。为此泥岩岩性下的保护层开挖时应预留10～20cm保护层，以防止因地下水浸泡而造成严重超挖现象，也可为清基作业预留一定空间。

（2）爆破作业。①采用Φ32mm乳化炸药不耦合连续装药。在炮孔底部用锯末等柔性材料做垫层（5～8cm）。爆破时通过柔性垫层的可压缩性及对冲击波的阻滞作用，可显著减小爆破对炮孔底部的冲击压力，从而保护炮孔底部岩石的完整性[1]。②根据设计单耗0.4kg/m3计算单孔装药量为0.4kg，取堵长0.7m，符合爆破飞石控制要求。③网络敷设以控制爆破震动为原则，控制单响药量，采用排间多孔一响的微差爆破网络。④充分考虑爆破对结构面的破坏性，临近结构面边缘时预留1m以上的保护距离，爆破作业后采用人工或者机械进行凿除。

4.2 光面爆破开挖

（1）钻孔作业。光面爆破法施工底板平整度较好，且对建基面扰动较小，根据施工条件和要求的不同可选择YT-28手风钻或YQ-100B潜孔钻机进行钻孔作业，其优缺点对比如表2所示。①YT-28手风钻光爆孔钻孔施工方法。受钻具结构厚度限制，钻具平放在地面时钻杆与地面无法完全贴合，故钻孔无法在同一平面内连续作业。如果考虑钻具厚度及超欠挖技术要求，将开孔部位较设计开挖线抬高10cm，并使钻杆与建基面呈4°交角，则在钻孔深度为3m的情况下，孔底部位会侵入建基面，并形成10cm超挖。利用一超一欠所形成的20cm错台空间可满足钻孔施工条件，每3m一个循环，形成的开挖面理论上为锯齿状，但可基本实现单次循环的超欠平衡，同时满足技术要求的±20cm偏差[2]。钻孔进行第一个循环前应通过一次性竖直孔爆破开挖方法为光爆孔钻孔作业制造作业空间，钻孔时钻机底部放垫板，并用石渣垫稳，相对固定于地面，用其作为钻具滑道；光爆孔钻孔完成后可视情况进行垂直主爆孔钻孔，主爆孔用于破碎上部岩石，孔底距离光爆孔预留约50cm厚度，如图1所示。②YQ-100B潜孔钻机光爆孔钻孔施工方法。YQ-100B潜孔钻机适用于深孔钻孔作业，受钻机结构厚度（0.4m）及钻机伸长长度（2.5m）限制，钻孔作业时需提前通过一次性竖直孔爆破开挖的方法。在横断面方向进行拉槽爆破，槽底应低于设计开挖线0.4m，槽宽不小于2.5m，使钻杆中心线与设计开挖面在同一平面，钻机通过钢管支架固定，保证钻机的稳定性，一次钻孔深度以10～20m为准，完成后进行下一个循环，如图2所示。

表2 两种钻孔方法的优缺点对比

图1 YT-28手风钻光爆孔钻孔施工示意图

图2 YQ-100B潜孔钻机光爆孔钻孔施工示意图

（2）爆破设计。①抵抗线确定。光面爆破孔的抵抗线按式（1）进行估算：

式中：Wmin为光面爆破孔抵抗线；D为光面爆破孔直径（YT-28手风钻机为42mm，YQ-100B潜孔钻机为90mm）。计算结果：YT-28手风钻施工Wmin取值范围为42～84cm、YQ-100B潜孔钻机施工Wmin取值范围为90～180cm，结合溢洪道施工经验对应值取50cm和100cm。②光面爆破孔孔距确定。孔距按式（2）进行估算：

式中：a为光面爆破孔间距，计算结果：Φ42mm孔径时为30～40cm，Φ90mm孔径时为60～90cm，结合溢洪道施工经验对应值取50cm和90cm。③装药量的确定。单孔装药量按式（3）进行估算：

式中：Q线为光面爆破孔装药线密度；q为光面爆破炸药单耗，根据现场经验取值为0.4kg/m3，经过计算，光面爆破孔线装药密度Φ42mm孔径时取100g/m3、Φ90mm孔径时取360g/m3。

5 质量控制措施

（1）光面爆破每个循环开孔点由专业测量人员准确测量，逐孔放点，以确保开孔点的精准性[3]。

（2）光面爆破孔钻孔时用坡度尺比量钻杆角度，深孔钻孔时设方向照准点，控制钻杆方向。

（3）手风钻光面爆破钻孔时钻机底部应放垫板，坡度与钻机、钻杆一致，用石渣垫稳，相对固定于地面，用其作为钻具滑道，降低操作强度和控制难度。

（4）YQ-100B钻孔时用钢管做支架固定于地面，确保支架的绝对稳定性，钻孔过程中随时检查角度和方向。

（5）在钻孔深度达20cm、50cm、1m时分别用坡度尺校正角度钻孔方向，并校正钻孔方向。

6 结束语

一次性竖直孔爆破开挖方法和光面爆破开挖方法对水平建基面和斜面建基面均适用，具体作业根据建基面角度和保护层厚度调整钻孔角度和孔深。混凝土结构处的基础面采用YT-28手风钻进行光爆孔钻孔时以设计开挖线为开口点，造成孔底处20cm的超挖空间，不但满足施工条件，而且满足技术要求。作业时应提前考虑地下水影响，及时疏导地下水或者改变施工方法，避免因地下水影响导致施工困难，延误施工进度。