安谷水電站基坑極軟巖開挖技術(shù)研究

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(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610023)

1 工程地質(zhì)概況

安谷水電站工程是大渡河干流梯級開發(fā)中的最后一級，壩址位于四川省樂山市市中區(qū)與沙灣區(qū)接壤的安谷河段，電站采用混合式開發(fā)方式，水庫正常蓄水位398.00m，總庫容約6330萬m3。電站裝機(jī)共五臺，其中大機(jī)組容量4×190MW，設(shè)計引用流量2576m3/s，小機(jī)組容量1×12MW，設(shè)計引用流量64.9m3/s。

安谷水電站廠壩樞紐工程基坑基巖頂面高程357.98m～367.67m，為K1j②中厚層夾薄層狀砂巖及泥巖薄層，巖體無強(qiáng)風(fēng)化，弱風(fēng)化帶厚10m～12m。新鮮巖體飽和抗壓強(qiáng)度12.7MPa，為軟巖。在高程337.0m～347.0m以下為K1j①薄層狀砂巖夾中厚層砂巖及泥巖薄層，強(qiáng)度較低，飽和抗壓強(qiáng)度為4.2MPa；屬極軟巖，完整性差，為廠基地基持力層。巖體呈紅色或暗紅，具有透水性強(qiáng)、強(qiáng)度低、遇水后易軟化、失水后易崩解等特性，其開挖邊坡風(fēng)化剝蝕嚴(yán)重、層間結(jié)合差且軟弱夾層發(fā)育，極易構(gòu)成邊坡巖體失穩(wěn)破壞。

極軟紅砂巖開挖施工不同于巖石基礎(chǔ)開挖施工，也不同于土石基礎(chǔ)開挖施工，它具有強(qiáng)度低、孔隙度大、膠結(jié)程度差、暴露后在極短時間內(nèi)易風(fēng)化、遇水易泥化等特性；且夾有大量薄層砂巖及泥巖，強(qiáng)度較低，飽和抗壓強(qiáng)度為4.2MPa；在開挖過程中極易發(fā)生大面積風(fēng)化脫落、泥化、崩塌、深層次滑移等地質(zhì)災(zāi)害，給開挖施工帶來極大安全隱患。因此，在開挖過程中須采取合理的施工方法，選擇合適的爆破參數(shù)，使爆破對設(shè)計邊坡的干擾和震動破壞降到最小，及時有效地保護(hù)開挖成型邊坡，確保工程質(zhì)量。

2 基坑開挖技術(shù)研究

2.1 生產(chǎn)性爆破實驗

為確保廠房建基面基巖完整性及廠房邊坡開挖質(zhì)量，同時減小爆破對沖砂閘部位已澆筑混凝土、防滲墻、帷幕灌漿等部位的影響，通過生產(chǎn)性試驗了解爆破區(qū)地震效應(yīng)參數(shù)、預(yù)裂爆破參數(shù)、最大單響藥量及炸藥對圍巖的破壞情況，獲得爆破最優(yōu)參數(shù)。試驗項目如下：

(1)大規(guī)模爆破對非開挖巖體的破壞情況與影響范圍確定單響藥量試驗；

(2)深孔梯段爆破對相鄰永久建筑物的影響程度確定特殊部位單響藥量參數(shù)試驗；

(3)確定預(yù)裂鉆爆參數(shù)試驗。

2.2 梯段爆破監(jiān)測成果

表1 第一次質(zhì)點振動速度測試數(shù)據(jù)成果

測試時間爆破部位測試部位爆心距(m)最大單響藥量(kg)水平速度Vmax(cm/s)垂直振速Vmax(cm/s)切向速度Vmax(cm/s)2012-05-02儲門槽基巖面34 5302 06423 96073 6372消力池50 5301 48231 01183 0733防滲墻85 5300 76140 00350 6149

表2 第二次質(zhì)點振動速度測試數(shù)據(jù)成果

測試時間爆破部位測試部位爆心距(m)最大單響藥量(kg)水平速度Vmax(cm/s)垂直振速Vmax(cm/s)切向速度Vmax(cm/s)2012-05-03儲門槽基巖面67302 20791 90381 9686消力池83 0301 11960 18820 5824防滲墻54 0300 68650 60680 6655

表3 第三次質(zhì)點振動速度測試數(shù)據(jù)成果

測試時間爆破部位測試部位爆心距(m)最大單響藥量(kg)水平速度Vmax(cm/s)垂直振速Vmax(cm/s)切向速度Vmax(cm/s)2012-05-07儲門槽基巖面61300 20460 30510 2369消力池88300 16390 18460 3052防滲墻135300 13840 18760 2091

2.3 截排水系統(tǒng)布置研究

安谷水電站廠房部位石方開挖面積約為4.03萬m2，巖石為多層次低強(qiáng)薄層狀極軟巖，極易風(fēng)化和泥化，做好基坑排水是保證基礎(chǔ)開挖不會泥化的關(guān)鍵。為保證開挖施工，根據(jù)開挖輪廓形式，采用多環(huán)向立體引排水系統(tǒng)，通過在覆蓋層與基巖分界面設(shè)置環(huán)形排水溝，采取截、引、疏的方式，將圍堰及右岸山體滲水或強(qiáng)降雨條件下基坑大面積匯水在坡頂主泵坑進(jìn)行集中抽排；通過345.00m高程馬道設(shè)置截水溝，將坡面滲水集中在臨時泵坑后抽排至主泵坑，而在建基面根據(jù)建基面設(shè)計高程設(shè)置臨時排水點，解決降雨時的基底匯水。上述方案在石方開挖過程中保證了開挖干地作業(yè)，避免軟巖遇水泥化狀態(tài)下的施工降效。取得的主要成果如下：

(1)良好的圍堰防滲體系是減小基坑滲水的關(guān)鍵；

(2)通過在覆蓋層與基巖分界面設(shè)置環(huán)形排水溝，采取截、引、疏方式，將圍堰及右岸山體滲水或強(qiáng)降雨條件下基坑大面積匯水在坡頂主泵坑進(jìn)行集中抽排；

(3)通過在不同高程馬道設(shè)置截水溝，將坡面滲水集中在臨時泵坑后抽排；

(4)在開挖面滲水點設(shè)置長引水管進(jìn)行引排。

2.4 邊坡快速支護(hù)方式的選擇

鑒于廠房基坑軟巖特性、淺層破壞形式及成因分析等基礎(chǔ)性研究工作，合理選擇邊坡支護(hù)方式，對保證基坑邊坡安全穩(wěn)定，提高開挖施工效率，具有重要指導(dǎo)意義。

邊坡支護(hù)方式從巖體風(fēng)化影響分析入手，結(jié)合現(xiàn)場施工環(huán)境，以處理邊坡滲水、裸露面覆蓋為重點進(jìn)行選擇。安谷水電站廠房基坑一期圍堰防滲墻施工質(zhì)量優(yōu)良，閉氣效果良好，基坑內(nèi)砂卵石覆蓋層滲水弱，為減少滲水情況對基坑坡面巖層的剝蝕破壞，在巖石邊坡頂部設(shè)置截排水系統(tǒng)，將基巖分界線位置滲水引至泵坑進(jìn)行集中抽排。

邊坡裸露面覆蓋主要為形成封閉系統(tǒng)，及邊坡全封閉狀態(tài)下飽和水引排。廠房基坑進(jìn)水口邊坡上層為砂卵石覆蓋層，厚度為4m～8m，坡比為1∶1，下層基巖高程332.00m～365.00m，坡比為1∶0.3。巖石邊坡支護(hù)方式選擇5cm厚素噴混凝土，同時為減小上部砂卵石滲水對邊坡及支護(hù)面的侵蝕破壞，采取同樣的封閉措施。

2.5 爆破生產(chǎn)實施方案確定

石方開挖前期階段主要為生產(chǎn)性試驗，通過對爆破參數(shù)不斷的優(yōu)化調(diào)整，根據(jù)實際爆破效果和多次爆破監(jiān)測成果進(jìn)行分析，最終確定了廠壩樞紐I標(biāo)生產(chǎn)實施過程中的石方爆破方案。

表4 控制爆破技術(shù)參數(shù)

類別梯段高度(m)鉆孔直徑(mm)孔間距(m)排間距(m)藥卷直徑(mm)單孔藥量(kg)單響藥量(kg)線裝藥量(g/m)備注主爆孔3 5852 82 8707 550緩沖孔3 5852 82 0705 5預(yù)裂孔3 5～81000 8321 7～3 350330間隔裝藥

表5 梯段爆破技術(shù)參數(shù)

類別梯段高度(m)鉆孔直徑(mm)孔間距(m)排間距(m)藥卷直徑(mm)單孔藥量(kg)單響藥量(kg)線裝藥量(g/m)備注主爆孔3 5～10852 5～32 8707 5～3030～200緩沖孔3 5～10852 5～32 0326 5～25預(yù)裂孔3 5～101000 8322 1～6 530～100330間隔裝藥

表6 預(yù)裂爆破技術(shù)參數(shù)

部位高程(m)坡比預(yù)裂深度(m)預(yù)裂斜長(m)超鉆(m)鉆孔深度(m)孔徑(mm)孔距(mm)線裝藥量(g/m)單孔藥量(kg)主廠房360～3451∶0 5132 80 515 25345～3351∶0 3102 00 510 94335～3271∶160 56 5100800330～3506 524 653 18

3 石方開挖技術(shù)研究成果

3.1 深孔梯段爆破調(diào)整為淺孔爆破，孔深由8m～12m調(diào)整至5m～6m，使改良型挖機(jī)鉆機(jī)造孔效率得到最大發(fā)揮；單孔造孔時間約為20s，避免軟巖層間發(fā)育裂隙造成的漏氣及炮孔堵塞困難。

3.2 通過爆破實驗、爆破設(shè)計調(diào)整，炸藥單耗由投標(biāo)階段的0.391kg/m3降低至0.339kg/m3，在保證爆破效果的同時，極大地節(jié)約了施工成本。

3.3 通過調(diào)整開挖方案，優(yōu)化爆破設(shè)計和行之有效的快速支護(hù)方式，石方開挖進(jìn)度較合同工期提前約1個月。2012年8月11日實現(xiàn)廠房首倉混凝土澆筑，較合同工期提前約2個月。

通過對兩次預(yù)裂爆破的實際效果進(jìn)行分析，擬定出最終預(yù)裂爆破參數(shù)。具體參數(shù)如下：線密度330g/m，緩沖孔距預(yù)裂面1.5m～2.0m。根據(jù)擬定的爆破參數(shù)進(jìn)行實施階段基坑預(yù)裂爆破。

預(yù)裂爆破施工作為工藝控制的重點，在技術(shù)管理體系上進(jìn)行了調(diào)整及優(yōu)化，使工序控制有保障，技術(shù)控制更切實，實際施工更簡便，保證了預(yù)裂爆破的效果。

4 小結(jié)

在安谷水電站廠房基坑開挖施工中，通過對大面積、多層次極軟巖巖性及巖體結(jié)構(gòu)特征、極軟巖淺層破壞形式及成因、爆破安全監(jiān)測、爆破參數(shù)優(yōu)化、施工技術(shù)方案等多方面的研究，取得了顯著的成果，并將成果用于生產(chǎn)，收到了良好效果。