闸门室洞挖爆破施工技术.pdf

第2 8 卷第1 期 2 0 1 1 年3 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 8N o ．1 M a r ．2 0 1 1 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 1 ．0 1 ．0 1 1 闸门室洞挖爆破施工技术 陈刚k 2 ，吴立1 ，左清军1 1 ．中国地质大学工程学院，武汉4 3 0 0 7 4 ；2 ．葛洲坝集团第- - 3 2 程有限公司，成都6 1 0 0 9 1 摘要以锦屏二级水电站特大断面隧洞工程建设为背景，运用隧道工程理论和施工方法，论述了闸门室 分层爆破、岩锚梁高精度爆破和竖井二次爆破等各种爆破施工技术，达到了预期开挖爆破效果。同时提出了 变形观测等辅助手段和加固措施，保证了复杂地质条件下洞挖爆破施工的安全。 关键词闸门室；岩锚梁；竖井；爆破 中图分类号T I Y 2 3 5 ．3文献标识码B文章编号1 0 0 1 - 4 8 7 X 2 0 1 1 0 1 - 0 0 4 5 一0 4 B l a s t i n gT e c h n o l o g yo fG a t eC h a m b e r E x c a v a t i o n C H E NG a n 9 1 ’- ，W UL i l ，Z U OQ i n g - j u n l 1 ．F a c u l t yo fE n g i n e e r i n g ，C h i n e s eU n i v e r s i t yo fG e o s c i e n c e s ，W u h a n4 3 0 0 7 4 ，C h i n a ； 2 ．G e z h o u b aG r o u pN o2E n g i n e e r i n gC oL t d ，C h e n g d u6 1 0 0 9 1 ，C h i n a A b s t r a c t A c c o r d i n gt oe n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o no ft u n n e li ne x t r al a r g eC l O g Ss e c t i o no fJ i n p i n gs e c o n d a r yh y d r o p o w e rs t a t i o na n du s i n gt h et h e o r yo ft u n n e le n g i n e e r i n ga n dc o n s t r u c t i o nm e t h o d s ，c o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e so fl a y c r b y - l a y e rb l a s t i n go fg a t ec h a m b e r ，h J } s ha c c u r a c yb l a s t i n go fr o c ka n c h o r a g eb e a ma n ds e c o n d a r yb l a s t i n go fs h a f t 眦d i s c u s s e d ．I tr e a c h e st h ep r o s p e c t i v eb l a s t i n ge f f e c t i v e n e s s ．M o r e o v e r ．a u x i l i a r ym e j g J I o fd e f o r m a t i o no b s e r v a t i o n a n dr e i n f o r c e m e n tm e a f i 蝴a r ep u tf o r w a r d ．w h i c he n s u r e st h es a f e t yo fb l a s t i n gc o n s t r u c t i o ni nc o m p l e xg e o l o g yc o n - d i t i o n ． K e yw o r d s g a t ec h a m b e r ；r o c ka n c h o r a g eb e a m ；s h a f t ；b l a s t i n g 锦屏二级水电站总装机容量48 0 0M W 单机容 量6 0 0M W 。二级水电站进水口事故闸门室由4 条 竖井分别与4 条引水隧洞连接，相匹配分别设有事故 闸门井、检修竖井、闸门检修平台，通长布置启闭机 室。事故闸门室断面尺寸为城门洞型1 4m 1 5m ， 长度1 7 8m ，水平布置；单条竖井断面尺寸为方形 1 2m 1 3 ．5m ，深度2 8 ．7m ；4 条竖井平行布置，竖 井间岩台厚度2 2 ．5m ；岩锚梁 岩壁吊车梁 岩壁厚 度1m ，长度1 5 8 ．7 5m ，．t - 下游高程16 6 5m 各布置 一个。闸门室总开挖方量为7 ．8 万m 3 ，闸门室的开 挖基本涵盖了洞挖的爆破技术，对闸门室的高精度 收稿日期2 0 1 0 一1 2 ～2 3 作者简介陈刚 1 9 7 1 一 ，男，湖北荆州人，在读博士研究生，副总 经理，现从事隧道工程的施工与管理工作， E m a i l g z b _ e s 0 3 1 8 s i n a ．c o m 。 爆破是保证岩体稳定的重要技术手段之一。 分别对闸门室各部位的爆破参数进行对比分 析，以最优化的爆破参数进行施工，为以后类似工程 提供依据，在爆破开挖过程中，针对高地应力和陡倾 结构岩体的处理也为复杂地质条件下洞挖施工提供 了可靠的依据。 1 闸门室爆破参数 闸门室l6 6 0m 以上部位分2 层进行开挖，第1 层采用洞挖的施工方法，第2 层采用梯段抽槽开挖， 两侧墙预留3m 保护层⋯。3m 保护层即为岩锚梁 开挖，岩石完整性要求高。 1 ．1 洞挖爆破 第1 层 I 洞挖采用三臂台车水平钻孔，孔径 万方数据 爆破 2 0 1 1 年3 月 为5 0m m ，掏槽孑L 采用楔形掏槽。爆破参数见表l 。 按照表1 的爆破参数对闸门室第1 层进行洞挖爆破 施工，后者的掏槽效果较前者好，炮孔利用率达到 9 0 ％以上。由于该循环断面大，长宽比达到1 ．8 。采 用双层楔形掏槽。 1 。2 掏槽爆破 第2 层 Ⅱ 爆破时，钻孔采用液压钻机，孔径 8 9m m ，两侧墙预留3 ．0m 保护层，掏槽爆破采用施 工光爆，梯段高度7m ，掏槽宽度8m 。掏槽爆破参 数见表2 。按照表2 的爆破参数对闸门室第2 层进 行洞挖爆破施工，前者的爆破效果比后者好，但循环 次数较多，前者的施工时间比后者长。考虑非关键 线路，在实际施工中，采用前者的次数较多[ 1 ’2 ] 。闸 门室分层爆破断面布置见图l ，岩锚梁分序爆破施 工见图2 。 表1 闸门室第1 层洞挖爆破参数 注表2 中预裂孔为施工预裂孔，非设计结构面预裂孔。 ● 图l闸门室分层爆破布置 单位m 图2 岩锚梁分序爆破施工 单位m 锦屏二级进水口事故闸门室的岩体地应力高，岩 石结构陡倾。N - I 室开挖完成后，由于周围岩体应力 重分布，在岩体稳定前会产生岩爆。特别是顶拱圆弧 段靠河流侧墙部位，随施工的进行，应力会不断发生 变化，岩爆现象伴随整个施工过程。在施工过程中， 该部位为重点安全防范部位旧’4J 。第2 层掏槽爆破 后，由于岩体构造不利于直立墙成型，在施工预裂爆 破后，靠山体侧岩体破碎，顺节理面崩落岩石较多。 2 岩锚梁爆破参数 岩锚梁是岩壁吊车梁的简称，利用一定深度的 注浆长锚杆将钢筋混凝土梁体牢牢地锚固在岩石 上，它承受的荷载通过长锚杆和岩石壁面摩擦力传 到岩体上。它与普通的现浇粱相比，不设立柱，充分 利用围岩的承载能力。岩锚粱是从挪威引进的高新 技术成果，是一项集光面 预裂 爆破、锚固技术，混 凝土技术，应力、应变和位移量测技术于一体的综合 性施工技术，技术要求高，施工难度大b 6J 。 岩锚梁爆破的主要保证措施是1 光面爆破与预 裂爆破钻孔精度；2 预裂爆破与光面爆破的线密度。 万方数据 第2 8 卷第1 期陈刚，吴立，左清军闸门室洞挖爆破施工技术 4 7 2 ．1 爆破参数 岩锚梁爆破分2 工序进行施工，钻孔采用手风 钻，孔径4 2m m 。先进行下部直立墙I 工序爆破，然后 进行上部岩台的Ⅱ工序爆破。由于抽槽爆破后，靠山 体侧岩体破碎，该侧直立墙爆破采用预裂爆破技术， 靠河流侧岩体完整，采用光面爆破技术‘引。l l I 序岩 台采用光面爆破技术。岩锚梁爆破参数见表3 。 表3 岩锚梁爆破参数 直立墙靠河侧爆破时，光面爆破线密度采用 5 0g ／m ，光面效果很好，靠山体岩体破碎，光面爆破 不利于保护岩体完整，改用预裂爆破，线密度为 4 0g ／m ，预裂效果不错。由于下游侧直立墙较破碎， 裂隙较多，为保证岩锚梁的质量，在爆破开挖前采取 了固结灌浆、树脂锚杆等加固措施。岩台钻孔、爆破 前，出露岩石面采取了素喷封闭等措施。岩台光面 爆破线密度为3 0g ／m ，无爆破孔。 竹跳板 2 ．2 钻孔措施 闸门室开挖后，预留保护层不规则，需要搭设排 架。排架搭设根据计算后，验收后进行样架施工作 业。样架的搭设方法长4 0C I T I 的西4 8h i m 钢管采 用2 排长钢管平行固定，间距3 0c m ，根据测量放样 的孔位固定样架。手风钻钻杆从击4 8m m 钢管中 钻孔，这样能保证钻孔深度与角度一致，基本无偏 差。施工方法如图3 。 图3 排架、样架搭设剖面图 单位m 3 竖井爆破参数 2 8 ．7m 深的竖井采用先导井、后扩挖的施工方 法。导井采用L M 2 0 0 反井钻钻孑L ，形成1 ．4m 直径 的导井。考虑竖井断面比较大，导井形成后，进行了 一次扩挖，形成直径4 ．0m 的导井。一次扩挖采用 吊篮装运作业人员，一次钻孔，从下至上分段爆破。 竖井大断面的二次扩挖采用分层从上至下爆破，竖 井钻孔采用手风钻，孔径4 2m m 。一次扩挖爆破与 二次扩挖爆破参数见表4 。布孔及网路连接如图4 。 4 条竖井间岩台宽度2 2 ．5m ，竖井除矩形断面 1 2m 1 3 ．5n l 外，还有一个2 ．5m 6m ，深1 1 ．3m 的楼梯间，为保证爆破质量，爆破施工采用以下措 施1 4 条竖井间隔错层开挖，即1 、3 竖井钻孔、爆 破，2 、4 竖井支护；1 、3 竖井支护，2 、4 竖井钻孔、爆 破。2 同一竖井矩形断面爆破下挖一层后，进行楼 梯间钻孔爆破。 竖井一次扩挖中，序号1 采用水平钻孑L ，效果不 好，爆破后岩体基本没动，只有部分横向裂隙。序号2 为调整后采用斜孔钻孔，由于间排距较大，效果也不 太理想。序号3 是经再次调整后的爆破参数，效果 比较好，顺利成洞。 竖井二次扩挖类似梯段爆破，单层开挖深度由 3 ．0m 增加到4 ．5m ，爆破施工的关键是处理好直角 边的光面爆破。直角处光爆孔采用少装药或者不装 药，主要作用为导向。楼梯间爆破施工滞后竖井二 万方数据 4 8 爆破 2 0 1 1 年3 月 次扩挖一个循环，楼梯间采用预裂爆破施工技术。 表4 竖井一次扩挖与二次扩挖爆破参数 g 一 』 M ．S 1 6 。叫‰ r I { ’’一’’’一’’一。二一i ● r 一⋯⋯- - ，_ r 幽1 【 鲁s 9 “’ 一‰．， {建 { 一幽M 一 5 一p o q1 ● { 弋 。 鼍 H S l I 1 M s l l 。， M s EM s 4 。厂弋” ●6 7 ’ I 一一1 M S 3j o i J 也1 ；．I ／。m l 、、、～ 蝴一一蚺 毫’o 一薯一荜 毒‘啪岫’一 芎 M 铂 M S l 0 函0 誓o7 一一一1 ’’1 图4 竖井二次扩挖爆破网路图 单位c m 受破坏。 3 减少爆破最大单响，该参数是振动监测的 主要数据指标，减少最大单响就减小对围岩及周围 建筑物的主动破坏怕J 。 4 直立墙与陡倾岩体夹角较小，不利于直立 墙的形成，对直立墙采取先锚后挖的施工方法，即在 开挖前，对直立墙采取了固结灌浆、树脂锚杆等技术 措施，保证了陡倾岩体的破坏，爆破后成型较好旧J 。 5 4 条平行的竖井由于间隔较小，爆破时，为 减少相互间干扰，采取间隔开挖，2 条竖井同时爆破 时，采取错层施工，尽可能的减少爆破带来的主动破 坏‘引。 6 单条竖井开挖时，爆破、开挖一个循环及时 支护一个循环，避免因开挖带来应力破坏造成岩体 位移。 4 复杂地质条件的处理 5 结语 围岩的地质条件对洞挖影响比较大，闸门室洞挖 的围岩基本为Ⅲ类围岩，围岩较稳定。由于高地应力 和陡倾岩体使开挖难度加大，已完成洞挖的部位，由 于岩爆现象严重，经常掉块；陡倾岩体在爆破后易产 生随节理面的滑层。针对该地质条件，在爆破开挖过 程中，采取了以下措施，增加了岩台的稳定性。 1 开挖出来的部位首先采取临时支护 随机 锚杆及喷混凝土 ，待岩体稳定无掉块后，及时进行 系统支护 中空锚杆和网喷 ；掉块严重部位可增加 锚杆长度，将4 ．5m 锚杆加长为6m 或9m 锚杆。 2 合理优化爆破参数，充分利用临空面，达到 较好的爆破效果，上述表格中的爆破参数均为优化 后的爆破参数，特别是岩锚梁的线密度在 3 0 4 0g ／m 时，刚好切割岩体，并保证了保留岩体不 洞挖除采取爆破手段进行开挖外，还有机械开 挖方法，如掘进机、T B M 等。采取爆破施工时，要减 少爆破振动对围岩的破坏，同时要控制钻孔角度、精 度，减少超欠挖，并保证围岩的稳定。监测是洞挖爆 破的辅助手段，变形观测和质点振动监测能及时发 现安全隐患，对有破坏和位移的岩体采取加固措施， 如锚索、灌浆、锚喷及刚拱架、管棚等，可有效避免不 稳定岩体带来的安全隐患。 闸门室在采取了合理的爆破参数后，岩锚梁、竖 井等结构的开挖质量得到了专家的一致认可，在地 质条件复杂的条件下，采用了有效准确的施工方法， 保证了开挖质量。 下转第5 2 页 万方数据 5 2爆破 2 0 1 1 年3 月 钻机及1 5 台三脚架钻机，日钻机能力75 0 0 延米。 为了确保设计回填石块粒径 小于6 0e m 要求，专 门配备5 1 0 台风枪用于浅孔爆破和二次解炮。 通过科学合理配置深孑L 控制爆破机械设备和组 织人力、强化施工组织领导，认真解决关键路径中的 关键问题，实现快速、安全施工的施工组织和管理方 式，不仅提前完成任务，而且劳动生产率高达 1 5 2 ．9 1i n 3 ／人工天，创造了国内外同类工程最高 的劳动生产率。 3 技术指标和经济与社会效益 3 ．1 技术指标 1 炮孔爆破效率梯段高1 0 2 0m ，炮孔爆破 效率1 1 ．1 1 3 ．3m ’／m 。 2 爆破振动速度允许振动速度不得超过 o ．5c n z ／s ，实测振动速度最大为0 ．3 0 7c m ／s 。 3 个别飞石生产车间内爆破无个别飞石出 现；高压线下个别飞石高度为0 ；建筑物旁个别飞石 控制在5m 以内。 4 冲击波厂房内有效的控制了冲击波，确保 玻璃门窗完好无损。 5 实际单位用药量O ．3 7k g ／m 3 。 6 岩石破碎度岩石块度大于6 0c m 的约占爆 破方量的2 ％。 7 准爆率整个网路起爆准爆率为9 9 ．5 ％，炮 眼准爆率9 8 ％。 3 ．2 经济效益 1 机械生产效率 C M 3 5 1 潜孔钻机台班产量1 5 0 延米， 42 0 0 形台班，折合2 ．5 5 形m 3 。 斗容量1 ．2i n 3 以上挖掘机台班产量5 0 0m 3 ， 19 2 0 形台班，折合3 ．8 4Y V ．J m 3 。 斯太尔自卸汽车台班产量1 8 0m 3 ，折合 4 ．3 9 形m ’ 运距1k m 内 。 2 爆破材料费用 炸药单耗0 ．3 7 k g ／m 3 ，单价7 0 0 0 形吨，折合 2 ．5 9f r _ ／m 3 。 雷管7 ．5 发／1 0 0m 3 ，单价5 形发，折合 0 ．3 7 形m ’。 钻爆挖运成本合计1 3 ．7 4f r _ ／m 3 。 3 劳动生产率 以4 2d 完成2 9 8 万m 3 为例，现场施工投入钻爆 挖运施工人员4 0 9 人，组织管理人员5 5 人，劳动生 产率达1 5 2 ．9 11 1 3 3 ／人工天。 综上所述，本工程产值利润率达到2 0 ％以上。 3 ．3 社会效益 无论在生产车间内还是在高压线下及建筑设施 旁爆破，自始至终确保安全，确保工厂正常生产；按 期完成了钻爆挖运任务，保证了莱钢建设快速发展。 整个施工过程达到了安全、高效、和谐的施工目的。 4 结语 2 0 0 9 年6 月1 3 日，在莱芜由中国工程爆破协 会主持召开了该项技术成果鉴定会，鉴定认为 该项工程技术达到国际先进水平。2 0 1 0 年8 月 2 0 日，在深圳召开的中国工程爆破协会第五届科学 技术奖评奖会上，该项技术被评选为特等奖。目前， 该工程已总结出了工法，上报国家级工法评定。该 工程技术已在东北通化一灌水段铁路及我国援建的 沙特麦加轻轨铁路工程中推广应用。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ]何广沂．大量石方松动控制爆破新技术[ M ] ．北京中 国铁道出版社．1 9 9 9 ． [ 2 ]陈星明，邓永康．逐孔爆破技术在黄山石灰石矿山中 的应用[ J ] ．爆破，2 0 0 9 ，2 6 3 4 0 4 2 ． [ 3 ]苏贺，汪海波，宗琦．临近建筑物基坑岩石松动爆 破振动监测[ J ] ．爆破，2 0 0 9 ，2 6 1 9 9 1 0 1 ． 上接第4 8 页 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ]陈铁骑．锦屏二级水电站特大洞室控制爆破施工技术 研究[ J ] ．铁道建筑，2 0 0 9 2 3 4 - 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