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第40卷第18期2009年9月 人 民 长 江Yangtze River Vol.40,No.18Sep.,2009收稿日期:2009-08-08作者简介:周 强,男,中国水电七局锦屏施工局,工程师。 文章编号:1001-4179(2009)18-0040-02锦屏一级水电站坝肩高陡边坡开挖施工技术周 强 王学斌 刘 学(中国水电七局锦屏施工局,四川西昌615000)摘要:锦屏一级水电站左岸高陡边坡地质条件复杂,通过对边坡开挖、支护技术的研究,加强了开挖与支护工序的协调推进,有效加快了开挖施工进度。开挖过程中分区、分块由外向里推进,平行流水作业,在开挖边坡外边线时,采取定点推渣下江,河床出渣的施工方式,有效解决了高陡边坡开挖施工下渣与基坑出渣的矛盾。施工过程中浅层支护紧跟开挖工作面,深层支护快速跟进,加强支护与开挖工序的协调推进,确保了工程安全。安全监测分析表明,在开挖过程中,边坡存在应力释放及变形,但是随着边坡的下挖以及支护施工的迅速完成,总体趋于收敛。关 键 词:高陡边坡;施工技术;研究;锦屏一级水电站中图分类号:TV642.45 文献标识码:A1 工程地质及施工方法简述1.1 工程地质概述锦屏一级水电站大坝最大坝高305m,是世界上已建和在建的最高拱坝。坝肩开挖边坡高约540m。大坝区河谷窄深,为典型的“V”形峡谷,两岸谷坡相对高差达1500~1700m。左岸为反向坡,1820~1900m高程以下为大理岩,坡度55°~70°;以上为砂板岩,坡度40°~50°,呈山梁与浅沟相间的微地貌特征。右岸为顺向坡,全为大理岩,地貌上呈陡缓相间的台阶状,陡坡段坡度70°~90°,缓坡段约40°。坝区内岩体地质构造复杂,岩体内断层、层间挤压错动带、节理裂隙发育,且断层规模较大,如左岸f5、f8、f2断层。右岸f13、f14断层以及左岸坝头f42-9及斜穿坝基的f18断层等。坝区谷坡广泛存在卸荷带,左岸坝肩存在一条深部裂缝。1.2 施工方法简述左岸坝肩边坡开挖采取预裂爆破、梯段微差爆破的方法自上而下分层进行,梯段高度一般分为7.5m。出渣采用“推渣下江,河床装渣”的方式进行,沿边坡开挖外边线布置溜渣点,相对应的在各溜渣点下部的基坑布置出渣工作面及钢筋石笼挡渣墙,使得各出渣工作面相互独立,有效缓解了边坡下渣与基坑出渣的矛盾,加快了出渣进度。浅层支护紧跟开挖工作面,深层支护滞后浅层支护一级马道。2 边坡开挖及支护施工程序2.1 开挖施工程序边坡开挖采用自上而下分层进行,在每一层的开挖过程中,沿上、下游方向分为3个施工区,各施工区分块由外向里推进,各块面积约20m×30m,各个区块按开挖施工工序平行流水作业。左岸坝肩边坡开挖典型分区示意如图1。图1 左岸坝肩边坡开挖典型分区示意2.2 支护施工程序支护施工随边坡下挖自上而下分层进行,浅层支护紧跟开挖工作面,深层支护滞后浅层支护一级马道(15m)。施工程序为喷混凝土→锚杆(锚杆束)→排水孔→锚索。3 边坡开挖爆破施工控制技术结合复杂地质条件下高陡边坡的施工特点,开挖过程中遵循“开挖为主线,支护为重点,严格控制爆破,确保开挖质量”的原则进行施工。左岸坝肩边坡开挖采取边坡预裂、梯段微差爆破自上而下分层进行,梯段高度7.5m。马道位置预留2.0m厚保护层,保护层采用手风钻造水平孔预裂爆破。3.1 预裂孔预裂孔分为坡面预裂孔和马道水平预裂孔。坡面预裂孔孔径90mm,采用XZ-30潜孔钻造孔,间距60~80cm,按两个爆破梯段进行预裂,超深0.5m,孔深17.28m。药卷直径32mm,导爆索串联间隔不耦合装药,底部加强,线装药密度为260~350g/m,孔口堵塞1.0~1.5m。马道水平预裂孔采用YT28手风钻造孔,间距50cm,孔深2 第18期周 强等:锦屏一级水电站坝肩高陡边坡开挖施工技术m,药卷直径25mm,线装药密度为150~200g/m,孔口堵塞0.5m。3.2 缓冲孔和爆破孔边坡开挖厚度较大时按梅花形布孔,缓冲孔和爆破孔主要采用液压钻钻孔,孔径90mm,间排距(2.5~3.0)m×(2.0~2.5)m,梯段高度7.5m,超深0.5m。缓冲孔与爆破孔平行,缓冲孔与预裂孔之间的距离控制在1~1.5m。爆破孔孔底距预裂面垂直距离不小于2.5m。缓冲孔药卷直径50mm,分两段连续不耦合装药,第1段封堵中部,第2段封堵孔口,堵塞段1.0~1.5m,线装药密度为2.0~2.8kg/m。爆破孔药卷直径70mm,连续不耦合装药,孔口堵塞2.0~2.5m,单耗0.4~0.55kg/m3。典型炮孔布置如图2。图2 左岸坝肩边坡开挖典型炮孔布置(单位:cm)3.3 爆破网络及爆破控制采用非电雷管孔间微差顺序爆破网络,预裂孔先于相邻梯段孔起爆的时间不小于75~100ms。拱坝建基面预裂孔最大单响药量按不大于20kg控制,距建基面30m以外单响药量不大于100kg,30~15m不大于75kg,15m以内不大于25kg;并满足质点振动速度的要求。4 边坡支护施工控制技术边坡浅层支护紧跟开挖面,有效地解决了不良地质岩面开挖成型困难及岩体浅层稳定问题。深层支护迅速跟进,加强支护与开挖工序的协调推进,确保了工程安全,有效加快了施工进度。4.1 浅层支护边坡浅层支护主要包括喷混凝土、锚杆(锚杆束)以及排水孔等项目。喷混凝土采用干喷法施工,骨料及水泥采用滑道系统运至工作面。混凝土喷射机喷嘴与受喷面垂直,并稍微偏向喷射的部位(倾斜角不大于10°)。锚杆(锚杆束)钻孔采用全液压钻机或XZ-30钻机。全液压钻机造孔施工利用开挖形成的施工平台,钻孔施工快速、高效。针对边坡上部的孔位,在排架搭设完毕后,利用XZ-30钻机造孔。锚杆(锚杆束)安装施工:对岩层较破碎、易塌孔的部位,采用先插杆后注浆的方式进行施工;对岩层较完整的部位,采用先注浆后插杆的方式进行施工。排水孔钻孔在边坡排架上进行,钻孔设备采用QZJ100D(100B)潜孔钻机或XZ-30型钻机。钻设完成后,及时清孔、安装。当钻孔至富水层以后,进行滤管安装。4.2 深层支护锚索采用全液压锚固钻机或XYZ-90等轻型锚固钻机钻孔。锚索钻孔采用导向仪控制斜度,及时测斜、纠偏。地质条件较差的部位,采用灌浆固壁。钢绞线在编锚平台编制成束后绑扎稳固,并与钢管导向帽连接牢固。锚索孔孔道探测合格后下锚,下锚过程中,防止损坏锚索体或使锚索体整体扭转。灌浆采用3SNS高压灌浆泵,记录仪主要采用HT-Ⅱ型多通道灌浆自动记录仪,灌浆系统配置为大循环灌浆系统,采用间隙灌浆法或反复屏浆法严格检测锚孔灌浆状况,确保锚孔灌浆饱满。锚墩混凝土采用溜槽入仓,高差过大时,在锚墩上方搭设小平台进行二次拌和。锚索张拉在锚墩混凝土达到设计强度后进行,使用YDC250-200型千斤顶与油表对应进行单根钢绞线对称循环张拉,初期张拉力按设计值的90%控制,根据锚索监测数据分析,进而确定是否进行补偿张拉,最后进行锚索封锚。5 边坡开挖物探、监测分析5.1 物探检测左岸坝肩边坡在开挖过程中布置了声波孔、变模孔以及长观孔进行物探检测分析。所有检测孔全孔段平均声波达到4000~6000m/s,边坡爆破松弛破坏主要集中在建基面以下3m范围内,孔口段波速较低,且孔壁粗糙、岩体破碎、裂隙发育、岩体完整性较差,其余孔段孔壁光滑、岩体完整性较好。通过物探检测及分析,不断优化开挖技术参数,改进施工工艺,不断提高边坡开挖质量。5.2 监测边坡安全监测主要采用了施工期爆破振动监测以及内部变形监测两种手段。通过爆破振动监测,加强爆破振动控制,有效降低爆破施工对边坡的影响。通过内部变形监测,采取相对应的快速加固支护措施,有效控制了边坡不利结构面、卸荷块体的稳定性,为边坡开挖快速施工与工程安全提供了重要依据。(1)爆破振动监测。在坝肩边坡开挖过程中,总共进行了50多次的爆破振动监测,根据爆破振动速度传播与衰减规律经验公式,得出边坡爆破振动衰减规律,用以指导边坡开挖施工的爆破振动控制,使爆破质点振动速度符合安全控制标准。(2)边坡安全监测。内部变形监测采用临时和永久相结合的方式进行监测断面布置,主要监测仪器有多点位移计、锚杆应力计及锚索测力计等。通过监测资料分析,边坡内部变形监测最大累计位移值为1826.5m高程的M14多点位移计的14.27mm,已经逐渐呈收敛趋势。锚杆应力计总体变化不大,1885.95m高程的Rr12、1855.5m高程的Rr1和1841.5m高程的Rf5累计应力在150MPa以上,但变化量小,其余锚杆应力总量不大。锚索测力计总体呈衰减趋势,变化不大,边坡趋于收敛。6 结语(1)开挖过程中分区、分块由外向里推进,平行流水作业,在开挖边坡外边线时,采用定点推渣下江、河床出渣的施工方式,有效解决了高陡边坡开挖施工下渣与基坑出渣的矛盾,加快了施工进度。(2)锦屏一级水电站高陡边坡开挖施工,采取小梯段、小孔径、低线密度、低单耗、低单响的谨慎开挖工艺,确保了工程施工质量,有效降低了爆破施工的有害效应。(3)施工过程中浅层支护紧跟开挖工作面,深层支护快速(下转第52页)14
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