石膏山水库大坝开挖施工技术

浅谈石膏山水库大坝开挖施工技术摘要：石膏山水库大坝工程设计为混凝土单曲重力拱坝，坝肩地质条件复杂，开挖高差大，具有建基面开挖质量要求高，爆破扰动要求严格的特点，鉴于此，工程开挖施工过程中采用了预裂爆破与梯段爆破相结合的开挖方法，实践证明，该施工方法工艺先进，施工效率高，有效确保了建基面的整体开挖质量，达到了设计的要求。

关键词：石膏山大坝开挖技术
1、工程概况
石膏山水库工程位于灵石县南关镇峪口村上游的石膏山狭谷内，水库控制流域面积110km2。

水库枢纽工程主要由大坝、导流泄洪洞、发电引水隧洞三个工程部分组成，水库总库容473万m3，电站总装机200kw。

石膏山水库大坝采用混凝土单曲重力拱坝，坝顶高程为▽1146.0m，建基面高程为▽1078.0m，最大坝高68.0m，石膏山水库大坝工程土石方开挖施工部位主要为大坝左、右岸坝顶回车场，坝肩及整个坝基土石方开挖。

坝基坝肩均座于弱风化基岩，对于坝肩拱座距开挖底线5米范围内采用直槽开挖，以使坝肩拱座更好嵌固于基岩。

2、主要施工特点
（1）开挖高差大。

大坝最大开挖高度111m，回车平台▽1146.0m
以上边坡预裂梯段为15m，回车平台以下坝肩槽为10m。

（2）地质条件复杂。

左岸坡段岩体风化以表层均匀风化为主，局部存在一定的地质缺陷，主要表现为受岸坡高差影响出现的强卸荷岩体和卸荷裂隙发育，岩石整体性差。

（3）建基面开挖质量要求高。

建基面开挖不允许欠挖，超挖控制在20cm以内，开挖面严格控制平整度。

（4）施工干扰大。

开挖施工时相邻的其它工程施工尚在进行，特别是左岸开挖施工时与导流洞进口及出口施工多出形成立体交
叉作业，施工干扰较大，各工作面又存在多工序、多工种同时施工，存在相互干扰的问题。

3、爆破设计与施工
3.1 预裂爆破
预裂爆破采用qzj-100b潜孔钻机造孔，孔径φ90mm。

爆破选用φ32mm乳化炸药，不耦合空气间隔装药结构，预裂爆破起爆网络采用非电导爆系统，导爆索传爆，预裂爆破采用一个单独的起爆网络，在梯段爆破前实施。

预裂爆破钻爆参数的确定：
①孔距
根据一般经验公式孔距a=（7～12）d
式中：d--孔径，取90mm；
故孔距为0.63m～1.08m，取0.9～1.0m。

②线装药密度△线
线装药密度采用下列经验公式计算。

a. q1=2.75б0.53×r0.38，g/m；
b. q2=0.36б0.63×a0.67,g/m；
式中：q——每m长度装药量g/m；
б——岩石极限抗压强度，kg/cm2；
a——炮孔间距，cm；
r——预裂炮孔半径，mm。

该计算式适应本工程φ90mm钻孔的垂直预裂，陡坡段预裂、斜坡预裂等。

根据前期爆破作业施工计算值偏大，故施工设计中按计算式的0.8～0.85考虑。

从计算式可以得出，本项目工程φ90mm，预裂爆破线装药密度为280～320g/m。

③预裂孔装药结构
预裂孔采用间隔不耦合装药。

把药卷连续或间隔紧绑在导爆索和竹片上形成药串，底部线装药密度为正常段的2～6倍，底部1～2m为加强段；靠近孔口部位采用小药量药串，孔口堵塞1.2～1.5m。

3.2 深孔梯段爆破
分层开挖时，用qzj-100b型潜孔钻机或y-26手持风钻进行主爆孔钻孔，造孔孔径为φ90mm、φ42mm，预留1.5m的保护层用手持风钻进行钻爆。

采取人工装药，主爆破孔以φ70mm乳化炸药为主，采取柱状连续装药。

深孔梯段爆破参数的确定：
①抵抗线确定
w=（20～40）d
w—底板抵抗线，d——钻孔直径，取90mm；
计算得w=（1.8～3.6）m，根据工程经验，取w=（3.0～3.5）m。

②钻孔间距
钻孔间距根据计算公式a≈w计算，有孔距a=（3.0～3.5）m，采用微差爆破时，钻孔排距为b=w=（3.0～3.5）m。

③堵塞长度
堵塞长度计算公式为：
l2=（0.7～1.0）w
计算得l2=（2.1～3.5）m，在此取（3.0～3.5）m
④单孔装药量
q=q×a×b×l
式中：q——单孔装药量，kg；
q——岩单位耗药量，kg/m3，取0.4～0. 5左右；
l——孔深，m；l=h+h
h——露天梯段高度，m；
h——超钻深度（0.15～0.35）w，m。

根据开挖梯段高度，分别计算单孔装药量q。

多排爆破孔爆破时，后排孔的药量较前排适量增加，系数取1.1。

梯段爆破排间或孔间(有特别控制要求时在孔内)采用非电雷管毫秒微差起爆。

紧邻边坡预裂面的2～3排爆破孔作为缓冲爆破孔，其孔排距、装药量相对于主爆孔减少1/3～1/2，缓冲孔起爆时间迟于同一横排的主爆孔，以减轻对设计边坡的震动冲击。

4、钻爆施工
回车场以上开挖施工：岩石开挖采取分块、分序、分层进行。

先进行边坡的预裂，预裂深度按马道高程控制，再进行分层梯段爆破。

预裂采用qzj-100b型潜孔钻机造孔，孔径φ90mm，预裂孔间距0.9～1.0m。

用qzj-100b型潜孔钻机配y-26手持风钻进行主爆孔钻孔，并根据爆破设计确定孔网参数。

由上至下分层开挖，梯段高度15m左右。

在接近马道时，底部预留1.5m保护层，一次性爆破清除。

▽1146m回车场按保护层进行开挖。

坝肩开挖施工：在进行坝肩槽开挖时，依据大坝基础开挖平面图，坝肩槽上游侧开挖边线为一半径r=110m的规则圆弧；下游侧开挖边线为不等半径弧线。

开挖时，安排槽挖与槽两侧边坡（1：0.1）同时沿坝轴线方向进行开挖，开挖高程按10m（开挖长度约为12m）一个循环控制。

施工方法示意图见图1。

图1 坝肩槽开挖边线形成示意图
坝肩槽下游侧开挖线的形成：按开挖长度12m一个循环，在临下游侧槽挖边线时，调整槽挖预裂孔距及方向，改打扇形预裂孔。

孔距由原来的1.0m改打0.5m，并且方向调整为指向截取下游开挖
线12m末端。

在进行坝肩槽开挖时，由于架设钻机需要，坝肩槽预裂造孔时，每一循环边坡开口欠挖20cm，底口在规范允许范围内超挖20cm，开口形成的尖角部位用手风钻处理。

开挖后，最终实际孔底水平超挖20cm，既可满足下一梯段架设钻机的需要，也基本满足坝基边坡超欠挖的要求。

开挖方法见图2。

图2 坝肩槽开挖方法示意图
坝基范围内表层覆盖土较少，处理后即可以进行基础风化岩石开挖，开挖采用快速钻、手钻钻孔，结构边线采用预裂爆破一次到设计高程，基槽内开挖采用分层浅孔爆破，在靠近坝基面设计高程时，预留约1.5米的保护层，一次性爆破清除。

5、装药联网
石膏山水库坝基爆破施工采用φ32和φ70乳化炸药，用导爆索或导爆管进行传爆，毫秒微差雷管起爆，深孔梯段爆破采用耦合连续装药。

起爆顺序沿抵抗线最小方向依次分段。

坝肩槽开挖中控制最大一段起爆药量不大于75kg，回车场边坡开挖中控制主爆孔最大一段起爆药量不超过300kg。

预裂爆破超前主爆孔100ms起爆。

为避免较大时差下预裂爆破对前排缓冲孔的破坏，采取了相应的技术措施：缓冲孔采取较小孔径及耦合连续装药，孔内加装导爆索传爆，以保证孔内网络及药卷传爆性能；适当增加预裂孔与缓冲孔之间的排距；对缓冲孔孔外网
络适当覆盖。

6、结语
由于采用了预裂爆破和深孔梯段微差爆破等控制爆破技术，合理地选择了爆破参数，配备了足够的、先进的钻爆设备和熟练的施工人员，达到了高质量、快速开挖坝基的目的。

同时，施工中选用导向样架施工预裂炮孔，有效控制了钻孔角度，提高了预裂面开挖质量。

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