蔣 和

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

1 概 述

1.1 工程范圍

非洲加納某水電站工程（以下稱(chēng)本工程）壩址區(qū)位于該國(guó)黑沃爾特河布維峽谷中段，總裝機(jī)容量40萬(wàn)kW，為該國(guó)第二大水電工程。發(fā)電站主體工程由主壩、發(fā)電廠房、開(kāi)關(guān)站、1#副壩和2#副壩等組成，其中主壩高達(dá)112 m，為碾壓混凝土重力壩。根據(jù)主壩右岸邊坡開(kāi)挖施工圖，右岸邊坡最大開(kāi)挖高度為133.00 m。

1.2 地形地質(zhì)條件

壩址區(qū)河谷兩岸地形基本對(duì)稱(chēng)。根據(jù)大壩右岸邊坡自然地形，EL140.00 m高程以上，自然邊坡坡度為38°，EL107.00～140.00 m高程之間，自然邊坡為28°～46.5°之間，在邊坡底部有一天然臺(tái)地，寬度為50～55 m，在EL107.00～103.00 m之間，坡度較為平緩。

根據(jù)右岸地質(zhì)勘探資料，大壩右岸自然邊坡大部分為裸露的風(fēng)化巖石，表層風(fēng)化為棕褐色，但在EL 185.00 m高程、EL160.00 m高程及邊坡坡腳，均分布有崩坡積大塊石及塊、碎石土層。通過(guò)地質(zhì)資料分析，傾向下游的F1`、F2`、F3`、F4`斷層及右岸基巖與右岸的J2、J3和J4裂隙組對(duì)右岸邊坡地質(zhì)產(chǎn)生綜合作用。由于斷層與裂隙的產(chǎn)狀不同，使受切割巖石形成多個(gè)結(jié)構(gòu)面，從而使右岸巖石裂隙發(fā)育，巖石整體性較差，影響到開(kāi)挖邊坡的穩(wěn)定性。

1.3 右岸邊坡開(kāi)挖施工難點(diǎn)

1）施工道路難于布置。從地形地貌分析可知，該擬建水電站右岸EL107.00 m以上邊坡地形陡峭，出露巖石呈塊狀分布且破碎，施工道路布置困難。

2）右岸邊坡設(shè)施布置多（如坡頂纜機(jī)平臺(tái)、185混凝土拌和樓平臺(tái)及坡底導(dǎo)流明渠等），開(kāi)挖所受干擾大。

3）導(dǎo)流明渠布置于右岸，右岸邊坡開(kāi)挖為關(guān)鍵工序，施工工期緊。

4）右岸地質(zhì)條件復(fù)雜，開(kāi)挖難度大。

2 右岸邊坡開(kāi)挖方法

根據(jù)本工程施工總體布置，右岸壩軸線(xiàn)附近布置有右岸纜機(jī)平臺(tái)、右岸大拌和系統(tǒng)、右岸導(dǎo)流明渠等臨時(shí)設(shè)施，右岸纜機(jī)平臺(tái)布置于右岸約EL241.00 m高程，在壩軸線(xiàn)的延長(zhǎng)線(xiàn)上。右岸大混凝土拌和系統(tǒng)位于右岸壩軸線(xiàn)下游20 m處，地面高程為EL185.00 m，與擬建的碾壓混凝土大壩壩頂水平。右岸導(dǎo)流明渠位于右岸坡腳的平臺(tái)上，只有完成右岸邊坡開(kāi)挖，才能進(jìn)行導(dǎo)流明渠占?jí)憾伍_(kāi)挖，要想進(jìn)行EL185.00 m高程以下壩肩槽開(kāi)挖，必須先完成大拌和系統(tǒng)EL185.00 m高程平臺(tái)開(kāi)挖，大拌和系統(tǒng)EL185.00 m高程平臺(tái)開(kāi)挖邊坡與壩肩槽EL185.00 m高程邊坡連接成一體，這從某種意義上來(lái)說(shuō)，增加了大壩右岸邊坡開(kāi)挖難度。因此，必須合理規(guī)劃邊坡開(kāi)挖施工程序，優(yōu)化開(kāi)挖邊坡施工組織設(shè)計(jì)，加大設(shè)備和人員投入，才能按期完成右岸邊坡主體開(kāi)挖，為導(dǎo)流明渠開(kāi)挖創(chuàng)造條件，為本工程提前截流打下良好基礎(chǔ)。

2.1 右岸邊坡開(kāi)挖施工程序

由上可知，本工程右岸邊坡開(kāi)挖是一個(gè)綜合性的開(kāi)挖工程，它包括右岸纜機(jī)平臺(tái)開(kāi)挖、大拌和系統(tǒng)EL 185.00 m高程平臺(tái)開(kāi)挖、右岸壩肩槽開(kāi)挖、導(dǎo)流明渠邊坡開(kāi)挖，導(dǎo)流明渠基礎(chǔ)開(kāi)挖，邊坡開(kāi)挖相互之間影響較大，必須合理組織施工。右岸邊坡開(kāi)挖施工順序如圖1。

圖1 本工程右岸高邊坡開(kāi)挖施工順序圖

2.2 右岸壩肩槽開(kāi)挖施工分層

在本工程右岸邊坡開(kāi)挖施工中，重點(diǎn)是右岸壩肩槽開(kāi)挖，它對(duì)其他邊坡開(kāi)挖起很大的輔助作用。根據(jù)本工程右岸壩肩槽開(kāi)挖體型，該水電站右岸壩肩槽開(kāi)挖施工分層設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 水電站右岸壩肩槽開(kāi)挖施工分層設(shè)計(jì)表 m

在進(jìn)行右岸壩肩槽開(kāi)挖過(guò)程中，絕大多數(shù)層開(kāi)挖高度按表1的分層高度而定，但在EL124.00 m高程處遇到碎裂巖塊，在進(jìn)行第9層爆破后出渣時(shí)，不進(jìn)行爆破，直接用挖機(jī)，就將巖石邊坡開(kāi)挖至EL120.00 m高程。所以第10層實(shí)際爆破開(kāi)挖高程范圍為EL116.33～EL120.00 m，該層實(shí)際爆破開(kāi)挖高度為3.67 m。

2.3 開(kāi)挖施工方法

本工程右岸壩肩槽開(kāi)挖為永久結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)開(kāi)挖，開(kāi)挖質(zhì)量要求高，不允許有超規(guī)定的超挖和欠挖。因此，本工程開(kāi)挖主要采用梯段預(yù)裂爆破等技術(shù)，對(duì)于EL106.00m高程以下的巖石爆破，采用掏槽孔爆破技術(shù)。

本工程右岸邊坡開(kāi)挖采用潛孔鉆鉆預(yù)裂孔，D7液壓鉆打主爆孔，人工裝藥、聯(lián)線(xiàn)組網(wǎng)，人工點(diǎn)火，排孔間微差爆破。爆破后，CAT330D反鏟挖機(jī)配合SD22型推土機(jī)推渣至山坡下后，反鏟挖機(jī)及裝載機(jī)在山腳下平臺(tái)裝渣，20 t自卸汽車(chē)將開(kāi)挖渣料運(yùn)至棄料場(chǎng)。

2.3.1 爆破器材

本工程位于非洲加納共和國(guó)，由于加納國(guó)內(nèi)沒(méi)有生產(chǎn)火工材料的工廠，因此，用于爆破的火工材料須從國(guó)外進(jìn)口。本工程所用爆破器材均為南非共和國(guó)非洲炸藥（民營(yíng)）有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)為AEL）制造的炸藥、導(dǎo)爆索、非電微差雷管等。本工程所用主要爆破器材如表2。

表2 本工程所用主要火工材料特性表

2.3.2 鉆孔及運(yùn)輸機(jī)械

前期用于本工程右岸壩肩槽開(kāi)挖的鉆孔機(jī)械有2臺(tái)ROC D7-11液壓鉆機(jī)、10臺(tái)YZJ-100型潛孔鉆架、12臺(tái)YT-28型氣腿式鑿巖機(jī)、10臺(tái)YT-24手持式鑿巖機(jī)。

推挖裝設(shè)備有3臺(tái)SD22型推土機(jī)、2臺(tái)柳工CGL856型裝載機(jī)、2臺(tái)CAT966型裝載機(jī)、8臺(tái)CAT330D型挖掘機(jī)和31臺(tái)20 t自卸汽車(chē)。

2.3.3 預(yù)裂爆破

由表1可知，本工程右岸壩肩槽共分12個(gè)梯段進(jìn)行開(kāi)挖，其中第1層、第2層及第11層梯段高度均大于10 m，其余梯段高均少于或者等于10 m。對(duì)于大于10 m的梯段，采用一次預(yù)裂、二次開(kāi)挖的技術(shù)，對(duì)于少于或等于10 m的梯段，則一次開(kāi)挖成型。

預(yù)裂爆破的基本參數(shù)如表3。

表3 預(yù)裂爆破基本參數(shù)表

主爆孔和緩沖孔連續(xù)裝藥，預(yù)裂孔間斷裝藥，其底部安裝一節(jié)Φ70的加強(qiáng)藥包，其線(xiàn)裝藥密度為0.25 kg/m，預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)如圖2、圖3。

圖2 梯段高為20 m的預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)圖

圖3 梯段高為10 m的預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)圖

在梯段爆破中，最大單響量設(shè)計(jì)為250 kg，炸藥單耗為0.4 kg/m3。梯段爆破效果圖如圖4、圖5。

從圖4、圖5可以看出，該梯段爆破設(shè)計(jì)是合理的，爆破后，爆渣均布于平臺(tái)上，塊度大小適中，底部平坦，達(dá)到了爆破設(shè)計(jì)的預(yù)期效果。

圖4 梯段爆破前情況（圖中黃線(xiàn)為導(dǎo)爆索）

圖5 梯段爆破后情況

2.3.4 掏槽爆破

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當(dāng)邊坡開(kāi)挖至EL106.00 m高程后，進(jìn)行右岸平臺(tái)導(dǎo)流明渠基礎(chǔ)開(kāi)挖，為提高開(kāi)挖效果，需對(duì)平臺(tái)進(jìn)行掏槽開(kāi)挖，即開(kāi)挖先鋒槽。

以擬開(kāi)挖的槽孔中心線(xiàn)為對(duì)稱(chēng)軸線(xiàn)，布置5排掏槽孔，掏槽孔布置斷面如圖6。

圖6 掏槽孔布置斷面圖

掏槽孔爆破參數(shù)如下：

1）掏槽孔1：用D7液壓鉆造孔，孔徑80 mm，孔距1.0 m，孔鉛直。用Φ25藥卷連續(xù)裝藥，堵塞長(zhǎng)度為80 cm。

2）掏槽孔2：用D7液壓鉆造孔，孔徑80 mm，孔距1.5 m，孔傾角約76°。用Φ25藥卷連續(xù)裝藥，堵塞長(zhǎng)度為80 cm。

3）掏槽孔3：用D7液壓鉆造孔，孔徑80 mm，孔距2.0 m，孔傾角約76°。用Φ25藥卷連續(xù)裝藥，堵塞長(zhǎng)度為1.20 m。

當(dāng)邊坡開(kāi)挖至最后一層，進(jìn)行右岸平臺(tái)導(dǎo)流明渠基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)，為避免導(dǎo)流明渠基礎(chǔ)超挖和提高導(dǎo)流明渠基礎(chǔ)開(kāi)挖平整度，需進(jìn)行導(dǎo)流明渠基礎(chǔ)保護(hù)層開(kāi)挖。

導(dǎo)流明渠基礎(chǔ)保護(hù)層開(kāi)挖采用手風(fēng)鉆造孔，孔徑Φ42 mm，孔排距1.00 m×1.00 m，梅花形布置，孔向垂直于基礎(chǔ)面。為保證開(kāi)挖基礎(chǔ)平整度，炮孔超深10～20 cm。炮孔內(nèi)裝Φ25藥卷，堵塞長(zhǎng)度60 cm，人工點(diǎn)火，導(dǎo)爆索起爆。

3 結(jié) 語(yǔ)

本工程是由中國(guó)電建集團(tuán)國(guó)際工程有限公司承建，中國(guó)水利水電第八工程局有限公司施工的大型水利水電EPC工程項(xiàng)目，由于工程所在地施工環(huán)境特殊，市場(chǎng)發(fā)育不完善，建材物資價(jià)格較高，因此，本工程右岸高邊坡開(kāi)挖施工質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到整個(gè)工程的經(jīng)濟(jì)利益。在本水電站右岸高邊坡開(kāi)挖施工過(guò)程中，參與施工的工程技術(shù)人員和施工人員群策群力，結(jié)合本工程的實(shí)際施工情況，優(yōu)化施工設(shè)計(jì)，創(chuàng)新施工工藝，一次預(yù)裂、二次開(kāi)挖，寬孔距、主爆孔微差，探索D7鉆機(jī)用于預(yù)裂孔造孔，取得了成功，積累了經(jīng)驗(yàn)，加快了開(kāi)挖施工進(jìn)度，為本工程提前1年截流創(chuàng)造了必要條件。

1）通過(guò)生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)優(yōu)化爆破設(shè)計(jì)。由于本工程右岸邊坡地質(zhì)條件復(fù)雜，3條逆斷層F1`、F2`、F3`與壩軸線(xiàn)呈小角度斜交，傾向下游，而在河流方向分布著大量的裂隙組，這些逆斷層與裂隙組相互作用，使右岸出露巖石呈塊狀分布，有時(shí)許多大塊巖石如積木狀堆積，巖石與巖石的接觸面相當(dāng)光滑，如有大的振動(dòng)，相鄰邊坡巖石就會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，如EL185 m以上邊坡巖石。

針對(duì)這種情況，在進(jìn)行高邊坡開(kāi)挖時(shí)，先人工移除表層松動(dòng)巖石，再用挖機(jī)對(duì)積木狀巖石進(jìn)行清除。最重要的是，在進(jìn)行邊坡開(kāi)挖時(shí)，先進(jìn)行生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)，確定一次最大單響量，以避免對(duì)開(kāi)挖邊坡的過(guò)度擾動(dòng)，從而產(chǎn)生大面積塌方。

2）采用D7液壓鉆進(jìn)行預(yù)裂孔造孔，加快了邊坡開(kāi)挖施工進(jìn)度。在本工程右岸高邊坡開(kāi)挖施工中，主要用到的控制爆破技術(shù)是預(yù)裂爆破。在預(yù)裂孔造孔施工中，主要是潛孔鉆造孔，但在高度少于10 m的梯段，也嘗試采用D7鉆機(jī)進(jìn)行預(yù)裂孔造孔，并取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。

對(duì)于右岸高邊坡巖石來(lái)說(shuō)，該巖石為砂巖，強(qiáng)度為45 MPa左右，為中硬巖石。通過(guò)測(cè)試，潛孔鉆的工作效率為20 m/臺(tái)班，而D7液壓鉆的工作效率為300 m/臺(tái)班，采用D7液壓鉆造預(yù)裂孔，大大加快了施工進(jìn)度。

3）強(qiáng)化開(kāi)挖過(guò)程中的質(zhì)量控制，提高爆破開(kāi)挖質(zhì)量。在進(jìn)行預(yù)裂孔和緩沖孔鉆孔施工時(shí)，每個(gè)班配1個(gè)技術(shù)人員、1個(gè)質(zhì)量控制人員和若干鉆孔人員。測(cè)量人員對(duì)預(yù)裂孔進(jìn)行放樣后，在技術(shù)人員和質(zhì)量控制人員參與的情況下，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鉆孔操作人員進(jìn)行技術(shù)交底。鉆孔操作人員架設(shè)鉆桿之后，技術(shù)人員和質(zhì)量控制人員聯(lián)合對(duì)鉆孔的偏角進(jìn)行校核；鉆桿下桿鉆進(jìn)20 cm之后，再次對(duì)鉆桿進(jìn)行偏角校核，校核無(wú)誤之后，再行鉆進(jìn)，否則，拔出鉆桿，重新校正和試鉆。