句容抽水蓄能电站上水库库盆边坡开挖施工技术分析

杨其海, 杨 俊

中国葛洲坝第二工程有限公司,四川 成都 610091

0 引言

在目前国内施工工程中,高边坡开挖项目主要集中在公路和水利水电施工工程中,其中在公路工程中,高边坡开挖坡长一般控制在10～20 m;水利水电项目根据实际情况,边坡开挖坡长可达10～100 m。实际施工中一般采用QZJ-100B潜孔钻机造孔,利用导爆索和二号岩石乳化炸药,采用不耦合装药进行光面或预裂爆破,来实现高边坡开挖施工。受制于潜孔钻机性能,根据相关施工经验,一次性钻孔深度控制在20 m范围内,才能保证钻孔孔位、孔斜、孔向不发生偏移。句容抽水蓄能电站上水库库盆边坡长、坡度缓,如何在满足结构规范及施工要求的同时减少超欠挖量是需要研究的课题。

1 工程概况

江苏句容抽水蓄能电站位于江苏省句容市境内,为一等大(1)型工程,其主要建筑物按1级建筑物设计。电站装机容量1 350 MW(6×225 MW),日蓄能量607.5万kW·h,多年平均抽水电量18亿kW·h。电站上水库正常蓄水位EL267.00 m,库容1 702.7万m3;下水库正常蓄水位EL81.00 m,库容1 693.12万m3。

根据上水库开挖设计图纸,环库公路EL272.4 m高程以下为1：1.7库盆边坡至库底高程,库盆1：1.7长缓边坡实际开挖高程为EL271.53～EL242.62 m,高差28.91 m,坡长57.02 m。库盆长缓边坡拟采用自上而下分台阶法爆破开挖施工。为确保库盆边坡施工质量,边线采用预裂爆破。边坡为一坡到底,且中间无变坡(或马道),若采用全坡一次性预裂爆破,因其坡度较缓(1：1.7)且坡长较长(57.02 m),一次性钻孔施工难度大,钻孔精度(孔斜、孔向)无法保证,特别是遇到地质条件发生岩性变化时,易出现漂孔。为确保库盆边坡预裂施工质量,确定采用分台阶爆破开挖施工。在库盆边坡台阶开挖预裂孔施工过程中,实施技术性超欠挖(架钻、钻孔操作空间)是非常有必要的。

上水库库盆EL272.4 m环库公路全长约为3 010 m,扣除主、副坝回填区域及进/出水口开挖区域,库盆边坡开挖长度范围约为1 874.3 m,开挖面积约为10.4万m2。由于开挖范围大,且超挖后在后续的库盆面板施工过程中同样存在超填工程量,故确定合理、经济的技术性超欠挖方法,在满足结构规范要求及施工要求的同时,尽可能减少超挖超填工程量,是必然要求。

2 地质状况

上水库工程区域出露的地层复杂,岩石主要为白云岩。工程区域地质构造复杂,处于仑山掀斜上升的断块区,褶皱不发育,属单斜地层,主要的构造形迹以断层和节理裂隙为主,按结构面产状划分,以NW向为主,有30条;WW向有22条;NNW向有16条;NE向有8条;NEE向有11条。

3 库盆边坡开挖施工技术

上水库库盆边坡平面示意图见图1,库盆边坡典型剖面图见图2。

图1 上水库库盆边坡平面示意图(局部)

注:高程单位为m,尺寸单位为cm。

3.1 边坡开挖方法

库盆边坡预裂采用QZJ-100B潜孔钻钻孔,采用超欠挖施工方法须考虑以下3个方面。

1)根据QZJ-100B潜孔钻尺寸及相关施工经验,钻孔样架、钻机固定、施钻空间应不小于30 cm。

2)边坡超欠挖施工时,在法线平行移动方向上欠挖部分不能超出库盆边坡垫层厚度,否则将造成钝角外露,严重影响边坡质量。

3)分台阶开挖,需要考虑单个台阶坡长,根据相关施工经验,一次性边坡开挖坡长应不超过20 m,否则无法保证钻孔质量。

综合以上因素,库盆边坡开挖分3个台阶,台阶高度分别为9.5、9.91、9.5 m,对应的坡长分别为18.74、19.55、18.74 m。施工方案按最终法线方向30 cm距离考虑(欠15 cm+超15 cm),满足欠挖尺寸小于边坡垫层厚度的要求;同时坡面施钻平台水平宽度约为60 cm,满足钻机架立空间需求。库盆分层开挖示意图见图3,钻机架设、固定示意图见图4,钻机架设现场施工图见图5,预裂孔装药施工图见图6。

注:高程单位为m,尺寸单位为cm。

注:单位为cm。

图5 钻机架设现场施工

图6 预裂孔装药施工图

3.2 边坡开挖方法分析

边坡开挖采用技术性超欠挖法,采用调整施钻角度,各开挖台阶采用欠挖与超挖平衡,形成开口欠挖15 cm,底口超挖15 cm的开挖边坡,台阶边坡的开挖坡比小于1：1.7。

自上而下分3个台阶开挖,台阶1按技术性超挖施工,台阶2按技术性超欠挖法施工,台阶3按技术性欠挖施工。采用此方法施工,欠挖及超挖最大法线方向尺寸为30 cm(±15 cm),台阶1超挖面积分别为1.43 m2,台阶2欠挖、超挖面积均为0.728 m2,台阶3欠挖面积为1.43 m2,库盆边坡总体开挖不发生超挖、超填工程量。现场开挖效果见图7。

图7 现场开挖效果

技术性超欠挖法均按常规方法施工,无需特别处理,其施工进度及施工质量均可控。库盆边坡开挖后总体不出现超挖工程量,在后续的面板施工中亦不存在超填量,但各开挖平台开挖后会形成台口。因此需要主要以下事项:开挖验收结构线,按拟定的开挖线进行验收评定;各台阶开挖过程中,尽可能将超欠挖平台开挖成钝角坡面,以利于后期的回填及面板施工;对出现的超欠平台参照设计要求进行处理。其处理方式见图8。

图8 超欠开挖平台处理示意图

4 边坡预裂孔施工方案

4.1 预裂孔施工程序

预裂孔施工程序为:测量放样—钻孔样架搭设及钻机固定—钻孔—验孔—装药—堵塞—联网—警戒—爆破—炮后检查。

4.2 预裂孔施工质量控制措施

4.2.1 钻孔样架及钻孔控制措施

采用搭设钻孔样架、钻机固定、孔位角度测量的方法来控制造孔精度。采用Ø48钢管搭设钻孔定位三角样架,样架由限位杆、辅助横杆、支架钢管、三角支架等组成。钻架平台与QZJ-100B潜孔钻机之间釆用专用金属扣件连接固定,为防止钻孔过程中钻机振动过大导致钻孔位置偏移,每台钻机与钻架之间固定扣件不少于4个。根据放样数据固定、调整好钻机位置,钻孔前校核钻孔孔位、孔斜、孔向与测量所放孔位、孔向和开挖坡比相是否一致。确认无误后,根据钻孔参数表和交底进行钻孔作业。

钻孔前,作业人员根据交底卡对孔位进行复核,确认无误后才能开钻。边坡预裂钻孔釆用QZJ-100B潜孔钻机造孔,孔径90～100 mm,预裂孔直线段间距为80～120 cm,曲线段、变坡、折坡段间距为60～80 cm。具体情况根据现场地质等条件进行适时调整。其中,钻孔检测尤为重要,主要分为钻前检测和钻中复测。

1)钻前检测。根据设计要求及放样数据确定好钻孔孔位、孔斜和孔向3个要素,根据这3个要素调整固定好钻机位置、高度、角度,直至满足钻孔精度要求。

2)钻中复测。在开孔进尺到3 cm和10 cm过程中,应以小于钻孔正常压力进行试钻,检查钻机和钻架的紧固扣件是否有松动,并复测孔位、孔斜和孔向3个要素是否发生变化,若有变化应及时紧固调整,若无变化可适当加大钻孔压力至正常压力继续钻孔。

4.2.2 钻孔质量保证措施

1)钻孔前认真做好测量工作。

2)釆用满足要求的测量仪器和测量控制手段,不应采用视距法进行放样。

3)预裂孔孔位釆取逐孔测量放样,放样数据自检后报监理工程师复核,签字确认后方可用于指导现场钻孔施工。

4)钻机搭设验收遵守《钻孔准钻证》制度:钻机各方面参数检测合格后,现场质检人员向监理工程师提出开钻申请,签字确认后方可进行作业。

5)在钻孔爆破控制方面,严格执行开挖爆破施工“三证”管理 (即准钻孔证、 准装药证、准爆证)和“三定”制度 (定人、定机、定孔作业),并严格执行前3根钻杆的“三次较钻”制度。

6)预裂孔钻孔的方位角、倾角的质量直接影响边坡开挖质量,在钻孔过程中,严格控制钻孔的方位角、倾角的质量,由现场施工员、质检员全过程跟踪控制;每个预裂孔均有完整的钻孔记录,如有岩灰异常、卡钻、掉钻等情况,记录均须如实反映,同时施工人员还应及时向当班质检反映,最终由监理工程师确定处理措施。

7)根据以往类似项目的施工经验,每个炮孔在钻孔时入岩钻进的速度和风压对预裂孔成孔质量有较大影响,因此对入岩钻进的速度和风压应严格控制:前3根钻杆钻速控制在40 min/m,风压控制在0.6 MPa左右,后续钻杆钻速为20 min/m,风压控制在0.7 MPa左右,钻速和风压根据实际情况进行调整,遇到地质条件复杂时,速度还应放慢,每个孔从钻孔开始到结束,必须做好时间记录。

8)为提高钻孔精度,钻孔环节应配置精度为0.2°的不锈钢量角器。

9)每个梯段爆破完成后,进行清渣处理。再由测量人员和质检人员对现场边坡开挖爆破后产生的半孔率、平整度等情况进行检查和统计。

10)边坡开挖的质量检查贯穿整个钻爆施工过程,要切实做到发现问题、及时整改,确保边坡开挖质量。

4.2.3 孔位验收及爆破控制措施

1)钻孔结束后,质检人员检查炮孔孔深、孔距、角度等炮孔参数是否与拟定参数表相符,填写炮孔检查记录。经检查不符合质量要求的钻孔,需要进行处理或重新造孔,以保证良好的爆破效果。

2)现场提前做好预裂孔爆破试验,指导预裂爆破开挖参数的优化设计,主要包括线装药密度、装药结构、起爆网络及微差时间的参数选择和优化,为库盆长缓边坡开挖施工提供指导依据。

3)现场爆破坚持做到“一炮一设计”“一炮一申请”“一炮一评估”“一炮一小结”。根据现场岩石情况及时调整爆破孔网参数,确保爆破效果。

4.2.4 爆破参数及效果

上水库库盆预裂爆破最优参数见表1,预裂爆破经济技术指标见表2,上库库盆断面成型、超欠挖、保留岩体完整性等情况(以上水库A区为例)见表3。

表1 上库库盆预裂爆破最优参数

表2 上库库盆预裂爆破经济技术指标

表3 上库库盆断面成型、超欠挖、保留岩体完整性等

5 结束语

上水库库盆边坡开挖是句容抽水蓄能上水库开挖施工过程中最困难和最重要的一部分。断层、节理、裂隙发育的存在对库盆的开挖爆破质量提出很高的要求,现场采取了合理、经济的技术性超欠挖方法,在满足结构规范要求及施工要求的同时,库盆长缓边坡开挖后总体不出现超挖工程量,在后续的面板施工中亦不存在超填量,为后续沥青面板施工及按期蓄水提供了可靠的保障。