易 丹

(中國安能第三工程局成都分公司，四川 成都 611135)

1 概 述

葉巴灘水電站位于四川與西藏的界河——金沙江上游河段，壩址位于金沙江支流降曲河口下游600 m的四川甘孜白玉縣與西藏昌都貢覺縣交界處，總裝機容量為2 240 MW，系金沙江上游13個梯級水電站開發(fā)中最大的水電站。

電站采用長尾水布置型式，大機組尾水洞為兩條平行布置的圓型隧洞，1號尾水主洞長度為3 172.39 m， 2號尾水主洞長度為3 099.22 m，末端接尾水出口，主要為高程2 791.92～2 683.5 m邊坡的開挖及尾水渠開挖，開挖的最大高度為108.42 m。出口邊坡基巖巖性為華力西期花崗閃長巖(γδ43)，巖石致密堅硬，風(fēng)化較弱，淺表部呈強卸荷。尾水洞出口邊坡無區(qū)域性斷裂通過，構(gòu)造以小斷層與節(jié)理裂隙發(fā)育為主。前期勘探揭示尾水洞出口邊坡巖體內(nèi)發(fā)育 6 條小斷層，節(jié)理裂隙優(yōu)勢方向主要發(fā)育 4 組：J1(N60°～80°W/SW∠30°～55°)；J5(N60°～70°E/SE∠23°～30°)；J6(N0°～20°E/NW∠40°～77°)；J10(N45°～60°W/SW∠85～90°)[1]。

尾水出口邊坡2 715.5 m高程以上分為三個臺階，設(shè)置了三級馬道，馬道高程分別為2 765 m、2 740 m和2 715.5 m，其中高程2 791.92～2 765 m、2 765～2 740 m兩級邊坡坡比為1∶0.5，高程2 740～2 715.5 m邊坡坡比為1∶0.3；高程2 715.5 m以下為渠道開挖。設(shè)計方案中的支護及防護類型主要有淺層錨噴支護、深層錨索支護、馬道鎖口錨桿、邊坡開口線鎖口錨桿束、坡頂截排水溝、柔性防護網(wǎng)等。

尾水出口右側(cè)高程2 740 m山體內(nèi)建有炸藥庫，炸藥庫值班房距離下游開挖邊界約50 m左右，且炸藥庫唯一的進出道路通過尾水出口邊坡開挖區(qū)域下部，對尾水出口邊坡的開挖施工造成了嚴重影響：一是施工過程中炸藥庫值班房極有可能被爆破飛石砸中，需做好防護工作；二是炸藥的供應(yīng)必然會因爆破渣料中斷，因此，在施工過程中需要考慮保通，進而影響到施工效率[2，3]，尾水出口邊坡開挖平面布置情況見圖1。

圖1 尾水出口邊坡開挖平面布置圖

2 施工方案

2.1 施工道路的布置

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，僅有尾水檢修路從開挖區(qū)域2 735～2 740 m高程通過，上部區(qū)域無施工通道。根據(jù)實際施工需要，為方便尾水洞出口邊坡(含環(huán)境邊坡)的開挖與支護施工，增設(shè)了L1、L2兩條施工道路。

L1道路：位于尾水出口邊坡開挖范圍內(nèi)，自2號路(尾水檢修公路)接入尾水出口邊坡2 740 m高程，“之”字形布置，道路寬6 m，長308 m，最大縱坡為11%。

L2道路：位于尾水出口邊坡開挖范圍上游，自2號路(尾水檢修公路)接入尾水出口邊坡2 780 m高程并延開口線延伸至下游側(cè)沖溝處，呈“之”字形布置，道路寬4 m，長約800 m，最大縱坡40%。主要用于尾水渠出口邊坡2 715.2 m高程以上開挖支護施工所需人員設(shè)備的通行及材料運輸。在便道2 750 m高程處設(shè)置臨建場地，主要布置施工用的空壓機房、箱式變壓器，用于施工所需設(shè)備和必要的風(fēng)水電布置等。

2.2 土方開挖

(1)施工程序。根據(jù)施工開挖的基本要求，所采用的施工程序為：施工準(zhǔn)備→測量放樣→場地清理→土方分層開挖→開挖邊坡修整→階段驗收。出口明挖采用分段分區(qū)、自上而下臺階式分層作業(yè)的方法組織施工。

(2)施工方法及要求。開挖前，首先進行測量放樣，標(biāo)識出開挖范圍和位置，然后采用人工清理開挖區(qū)域內(nèi)的樹木和有礙雜物，清理范圍延伸至開挖線外側(cè)3 m的距離。覆蓋層開挖采用1 m3反鏟削坡，人工配合修整邊坡。按照測量放樣的開口線沿馬道方向形成邊坡開口，然后自上而下分層開挖。同一層面的開挖施工按照“先土方開挖，后石方開挖，再邊坡支護”的順序進行，使開挖面同步下降。

2.3 石方開挖

該工程尾水出口邊坡的最大特點是巖石相當(dāng)破碎。該邊坡位于金沙江右岸，峽谷深度達1 000 m以上，在橫斷山脈形成過程中，峽谷岸坡經(jīng)常年河流切削、風(fēng)化和化學(xué)侵蝕，加之藏區(qū)極端溫度和溫差影響形成了獨特的高原地質(zhì)條件。邊坡物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為巖體風(fēng)化、卸荷和局部崩塌，表層有零星卸荷巖體發(fā)生小規(guī)模崩塌現(xiàn)象，2 758 m高程處的巖體強卸荷水平深度達15～25 m，弱卸荷水平深度為50～60 m，弱風(fēng)化上段水平深度為15～25 m，弱風(fēng)化下段水平深度為15～25 m。尾水洞出口邊坡多位于強卸荷、弱風(fēng)化帶內(nèi)，裂隙多張開、銹染。設(shè)計圖紙顯示：出口邊坡以Ⅳ、Ⅴ類圍巖為主，最大開挖厚度約50 m，開挖后揭露的永久邊坡除極少數(shù)坡面為Ⅲ2類圍巖外，其余絕大多數(shù)為Ⅳ類圍巖。

在開挖過程中，由于巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給鉆孔和爆破施工造成了較大困難：一是裂隙發(fā)育。通過孔內(nèi)電視觀測發(fā)現(xiàn)巖體裂隙的寬度最大達到70 cm，容易造成100B鉆頭卡鉆，進而影響鉆進速度；二是受軟弱夾層影響容易造成鉆孔方向和角度偏差，尤其是預(yù)裂孔的造孔質(zhì)量容易受到影響；三是裂隙大多穿透巖層，使孔內(nèi)與外界的大氣串通，在鉆進過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)邊坡出現(xiàn)“冒氣”(大量灰塵隨高壓風(fēng)從裂隙吹出)現(xiàn)象，造成爆破孔氣密性不足而影響到爆破效果。

(1)施工程序。測量放樣→場地清理→清除浮渣→第一層梯段開挖→第一層支護→最后一層梯段開挖→最后一層支護→建基面保護層開挖。

為控制爆破對邊坡巖體和周邊建筑物的影響，同時降低下方炸藥庫道路的保通難度，必須合理分配每次開挖爆破的方量，控制炸藥單耗，降低單次爆破藥量。因此，對尾水出口邊坡高程2 715.2 m以上部分采取分層、分區(qū)的開挖方式，高度方向按照設(shè)計高程分六層開挖，水平方向按水流方向分①、②、③區(qū)三個區(qū)域開挖，以便于設(shè)備的調(diào)配。各區(qū)開挖分層高度一般為10～15 m，最大為16 m，采用液壓鉆鉆機造主爆孔，QZJ-100B、YT-28型氣腿鉆造預(yù)裂孔，松動爆破，渣料采用3臺1.6 m3反鏟挖裝，2臺1 m3反鏟配合，采用20 t自卸汽車運至降曲河棄渣。馬道及2 715.2 m高程平臺底板保護層厚3 m，采用水平光爆方式開挖。水平區(qū)域劃分情況見圖2。

圖2 施工開挖水平區(qū)域劃分示意圖

(2)施工方法及要求。對 出口明挖段上部緊鄰邊坡部位先進行預(yù)裂，設(shè)置緩沖爆破區(qū)以減少爆破振動對保留巖體的影響。采用液壓履帶鉆或100B潛孔鉆鉆孔，非電毫秒雷管聯(lián)網(wǎng)、微差控制爆破[4，5]。

①鉆孔。以液壓鉆機造孔為主，QZJ-100B支架式鉆機為輔，鉆孔孔徑為80～115 mm。

為提高爆破效率、降低成本，梯段爆破孔采用寬孔距、小排距的布孔方式，布孔時盡可能地避開軟弱夾層；采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)和孔間微差爆破，使爆破出的石渣粒徑均勻，解炮量少。鉆孔施工過程中，由專人檢查鉆孔質(zhì)量及孔網(wǎng)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)不合格時立即要求返工。

鉆機樣架必須搭設(shè)牢固，經(jīng)測量復(fù)核后方能投入使用。鉆進過程中，經(jīng)常性地對樣架進行檢查和加固；開鉆前2 m內(nèi)鉆工必須進行三次校鉆，即采用水平靠尺、角度尺等角度測量工具分別在鉆進至0.5 m、1 m和2 m時對鉆頭方向和角度進行復(fù)核，待其滿足設(shè)計角度方能繼續(xù)鉆進，否則必須重新開孔；開鉆前2 m內(nèi)采用低風(fēng)壓、低速鉆進，第三次校鉆合格后，方能采用高風(fēng)壓鉆進。施工過程中必須加強一線鉆工的培訓(xùn)和實踐，固化鉆進工藝，確保鉆孔質(zhì)量。

②裝藥與聯(lián)網(wǎng)爆破。采取人工裝填乳化炸藥的方式，主爆孔柱狀連續(xù)裝藥，緩沖孔及預(yù)裂孔采用柱狀分段空氣間隔不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，巖石爆破單位耗藥量為0.25～0.55 kg/m3，預(yù)裂孔線裝藥密度為300～350 g/m，根據(jù)鉆孔過程中反映出的不同圍巖條件取不同的單耗和線裝藥密度。根據(jù)現(xiàn)場試驗成果，進一步優(yōu)化了裝藥參數(shù)，將單耗確定為0.35 kg/m3，預(yù)裂孔線裝藥密度確定為300 g/m。主爆孔和緩沖孔選用φ70 mm藥卷；預(yù)裂孔選用φ32 mm藥卷，孔內(nèi)導(dǎo)爆索傳爆，孔外電雷管或?qū)П芷鸨?，同時，預(yù)裂孔起爆時間應(yīng)超前主爆孔50 ms以上。

梯段爆破采用微差爆破網(wǎng)絡(luò)，采用1～15段毫秒非電雷管聯(lián)網(wǎng)，電雷管起爆，最大一段的起爆藥量不大于250 kg。

根據(jù)現(xiàn)場爆破試驗得出的梯段爆破參數(shù)如下：

a. 梯段高度H=10～15 m；

b. 孔距a=3～4 m；

c. 排距b=2～3 m；

d. 超深L=0.9 m；

e. 炸藥單耗q=0.25～0.5 kg/m3；

預(yù)裂孔孔距為0.8～1 m。

典型爆破多段微差接力網(wǎng)絡(luò)見圖3。

圖3 典型爆破多段微差接力網(wǎng)絡(luò)圖

③預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)。預(yù)裂孔使用間隔不耦合裝藥。由于預(yù)裂孔較深導(dǎo)致底部夾制嚴重，其底部線裝藥密度加大為正常段的2～3倍，底部0.6 m為加強段；由于開挖區(qū)巖石較堅硬且馬道留有2 m的保護層，故堵塞長度取為1.2～1.5 m。

④水平保護層開挖。根據(jù)建基面地形條件和以往的施工經(jīng)驗，保護層的開挖采取了淺孔松動爆破配合水平預(yù)裂的施工方案，快速開挖保護層。

⑤破碎巖體的鉆孔及爆破應(yīng)對措施。一是采用黏土固壁以減少卡鉆的幾率，加快施工效率。由于邊坡巖體裂隙較多，若采用固結(jié)灌漿會存在工期較長、吃漿量大等問題，極大程度地增加了施工成本，因此，采用黏土固壁的方式較為合適，同時有利于改善鉆孔氣密性，確保爆破效果；二是加強鉆工的培訓(xùn)與交底，通過孔口返渣和鉆進速度變化情況判斷巖層的變化，及時調(diào)整鉆進的力度和速度，嚴格控制預(yù)裂孔的造孔質(zhì)量。

2.4 鄰近重要建筑物的防護及道路保通

(1)為控制爆破后的塊徑和飛石，達到控制爆破的效果，梯段爆破孔采用寬孔距、小排距的布孔方式，布孔時盡可能地避開軟弱夾層；采用不耦合裝藥結(jié)構(gòu)和孔間微差，使爆破出來的石渣粒徑均勻，解炮量少；多鉆孔、少裝藥、孔內(nèi)不偶合裝藥以達到弱松動的效果，嚴格控制爆破振動對邊坡的不利影響，確保高邊坡開挖的穩(wěn)定和施工安全；減少爆破飛石，避免對附近炸藥庫值班房造成損壞；在開挖的同時進行爆破震動監(jiān)測，通過爆破震動的監(jiān)測數(shù)據(jù)優(yōu)化爆破參數(shù)[6，7]。

(2)在炸藥庫值班房外側(cè)搭設(shè)包裹式防護棚(采用鋼管架+竹跳板搭設(shè))，外層再張拉一道柔性被動防護網(wǎng)，對值班房形成全包圍防護。

(3)爆破后，位于開挖區(qū)域下部的炸藥庫通行道路斷道。在現(xiàn)場實際條件限制下，投入了大量的推土機、裝載機、挖掘機等大型土石方機械，采用在開挖爆破渣堆外緣快速修筑便道的方式實現(xiàn)爆破作業(yè)后12 h內(nèi)恢復(fù)開挖區(qū)域下部重要道路通行的目標(biāo)；同時，建立完善了溝通協(xié)調(diào)機制，爆破作業(yè)前提醒友鄰單位提前申領(lǐng)火工品；修建臨時火工品庫房，儲存一定數(shù)量的火工品，盡量減小炸藥庫斷道造成的影響。

3 邊坡開挖取得的實際效果

葉巴灘水電站尾水出口高邊坡經(jīng)過一年時間的施工，目前已開挖至2 740 m高程，坡面大面平整，炮孔間距均勻，局部不平整度最大為11 cm，合格率大于80%；半孔率平均為72.3%，遠高于Ⅳ類巖體應(yīng)不低于50%的目標(biāo)；平均超挖僅14 cm，局部超欠挖檢測點的合格比例大于80%。最大梯段高度嚴格控制在16 m以下，同時，根據(jù)巖層變化及時調(diào)整了鉆進力度和速度，避免了孔深過大和巖體破碎帶來的飄鉆、八字孔、剪刀孔等問題，有力確保了開挖質(zhì)量。

通過增加防護措施、采用控制爆破技術(shù)，有效控制了對鄰近重要建筑物的影響，至今未發(fā)生爆破飛石擊中炸藥庫值班房的事故；通過合理安排，積極協(xié)調(diào)溝通、及時恢復(fù)便道、建臨時火工品庫等措施，有效解決了炸藥庫通道保通問題，未對工區(qū)火工品供應(yīng)造成影響，同時也保證了施工效率。

4 結(jié) 語

葉巴灘水電站尾水出口高邊坡在Ⅳ類圍巖巖石條件較差的情況下，通過合理設(shè)置梯段高度、固化鉆孔工藝、黏土固壁、調(diào)整鉆進力度和速度、優(yōu)化裝藥參數(shù)、采用微差起爆等一系列措施，有效地保證了開挖質(zhì)量，使得半孔率、超欠挖、不平整度等指標(biāo)均達到了較高水平，并將對周邊鄰近重要建筑物和對開挖區(qū)域內(nèi)重要道路的影響降到最低。經(jīng)檢驗得知：破碎圍巖條件下高邊坡開挖技術(shù)達到了預(yù)期效果， 所取得的經(jīng)驗對同類工程施工具有一定的參考價值[8]。