精益光面爆破在大华桥水电站中的应用.pdf

精益光面爆破在大华桥水电站中的应用 张恩通，程占海 中国水利水电第一工程局有限公司，吉林长春1 3 0 0 3 3 摘要大华桥水电站地下洞室开挖中采用精益光面爆破施工技术，对钻孔和爆破工艺进行全面细化，在开挖施工 过程中不断改进控制手段和方法，优化爆破参数，2 个作业面的平均超挖值仅6 ．2c m ，地下厂房、尾水调压室和主 变室一层顶拱开挖平均超挖值均控制在6 8e m ，爆破成型效果良好。 关键词光面爆破；开挖；成型；大华桥水电站 A p p l i c a t i o no fL e a nS m o o t hB l a s t i n gi nD a h u a q i a oH y d r o p o w e rS t a t i o n Z H A N GE n t o n g ，C H E N GZ h a n h a i S i n o h y d r oB u r e a uIC o ．，L t d ．，C h a n g c h u n1 3 0 0 3 3 ，J i l i n ，C h i n a A b s t r a c t T h el e a ns m o o t hb l a s t i n gc o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g yi su s e di nt h ee x c a v a t i o no fu n d e r g r o u n dc a v e r no fD a h u a q i a o H y d r o p o w e rS t a t i o n ．T h ed r i l l i n ga n db l a s t i n gp r o c e s sa r ec o m p r e h e n s i v e l yr e f i n e d ，t h ec o n t r o lm e t h o d sa r ec o n t i n u o u s l y i m p r o v e dd u r i n gt h ee x c a v a t i o n c o n s t r u c t i o np r o c e s s ，a n dt h eb l a s t i n gp a r a m e t e r sa r ea l s oc o n t i n u o u s l yo p t i m i z e d ．T h ea v e r a g e o v e r - e x c a v a t i o nv a l u eo ft w oe x c a v a t i o ns u r f a c e si so n l y6 ．2c m ．T h ea v e r a g eo v e r - e x c a v a t i o nv a l u eo ft h et o pa r c ho f u n d e r g r o u n dp o w e r h o u s e ，t a i lw a t e rs u r g ec h a m b e ra n dm a i nt r a n s f o r m e rc h a m b e ri sc o n t r o l l e di nt h er a n g eo f6 8c m ．T h e b l a s t i n ga n ds h a p i n ge f f e c ti sg o o d ． K e yW o r d s s m o o t hb l a s t i n g ；e x c a v a t i o n ；s h a p i n g ；D a h u a q i a oH y d r o p o w e rS t a t i o n 中圈分类号T V 5 5 4 ．1 2 7 4 文献标识码A文章编号0 5 5 9 - 9 3 4 2 2 0 1 9 0 6 0 0 8 8 - 0 4 0 引言 目前，光面爆破几乎成为地下隧道爆破工程的 标准工艺，是2 0 世纪5 0 年代后期在瑞典兴起的， 随后传人美国、英国、芬兰和日本等许多国家。6 0 年代中期至7 0 年代初，我国许多专业、部门以及部 队开始全面推广使用，在保证安全的同时，也取得 了巨大的经济效益和其他综合效益，备受有关专业 科技专家的重视和青睐。大华桥水电站地下洞室开 挖中采用精益光面爆破施工技术，对钻孔和爆破工 艺进行全面细化，并在开挖施工过程中不断改进控 制手段和方法，优化爆破参数，取得了很好的爆破 成型效果。 1 精益光面技术创新亮点 1 通过细致分析影响钻孔控制精度的因素， 对测量放样、钻孔方向和角度控制方法加以精细化 和规范化，保持相邻2 排炮保留的半孔首尾准确平 困W a t r r P o w rV 0 1 ．4 5N 。．6 顺相接，从而实现“一孔到底”的效果，有效降低光 面爆破超挖值，提高开挖面平整度和观感质量。 2 通过对光面爆破炮孔布置、线装药密度、 装药结构等工艺参数的合理调整，有效组织爆破能 量对岩体的作用形式，使爆破成型表面平整圆顺， 半孔清晰完整。 3 合理应用统计过程控制方法，将每排炮超 挖值检测数据以图形化显示，可更加直观、全面地 掌握质量指标的过程波动水平，及时发现异常的质 量波动，以数据为基础，为原因分析和改进管理决 策提供科学可靠的技术信息。 2 精益光面爆破实施要点 开挖施工质量主要取决于测量放样的精度、周 收稿日期2 0 1 9 0 3 2 0 作者简介张恩通 1 9 8 3 一 ，男。吉林蛟河人，工程师，主要 从事水电工程建设管理工作． 万方数据 三三三竺三竺兰 兰2 竺竺竺兰全 竺兰竺 竺 雷盈叠图譬譬幽 边孔钻孔精度、装药量及装药结构适应性等技术指 标控制水平。 2 ．1 测量放样 测量放样是开挖施工的第1 道工序，放样的精 度是做好总体质量控制的基础。因此，开挖过程中 的测量放样工作相当重要。 1 测量放样工序。测量放样精度不仅与设备 精度、操作人员的技术水平和认真程度有关，严谨 的操作程序及方法也是必要的前提。为提高精度， 采用架站点和放样点二次复核的方法，以避免放样 过程中产生过大的偏差。在进行后视点交会法确定 架站点坐标后，通过复测第3 个已知坐标的复核点， 检查架站点误差合格后方可进行下一步放样操作。 在对掌子面开孔点正式放样前，通过复测上排炮中 轴线留下的放样标记，核对与前次放样的误差，避 免放样误差过大或错误。将每排炮标注的中线点连 续延伸，钻孑L 人员对轴线方向进行复核，让作业人 员对钻孔方向做到心中有数。 2 孔位布置。掌子面开孔点全部由测量人员 根据爆破设计由洞轴线向两侧，按5 0c m 间距逐孔 放点，每个孔位在轮廓线上的位置事先计算确定好， 以准确控制每一循环开孔点的放样位置一致。后视 点一般距掌子面2 ．0 ～2 ．5m ．采用隔孔放点方式， 用油漆作为标志，以避免混淆错误引用。后视点除 测设轮廓线的位置外，还必须标注该点的超挖值， 以便钻孔时作业人员参照该超挖值，控制钻杆尾端 与设计边线的相对位置，即控制钻孔的外插角度。 2 ．2 钻孔工艺 由于最终开挖面是沿周边孔中心连线破裂成型， 所以在保证测量放样精度前提下，周边孑L 钻孔方向 和角度控制是决定最终开挖成型质量的关键。 2 ．2 ．1 钻孔方向控制 沿洞室轮廓线的钻孔方向应与洞室轴线平行， 并通过严格控制炮孔间距与方向，爆破后在岩壁上 留下分布均匀整齐的半孔，每排炮半孔沿同一直线 连续延伸，如一件精美的工艺品，展示出精雕细刻 的工艺魅力。实际作业过程中，各种不利因素影响 较多，要想控制准确并不容易，需要作业人员具有 认真精细的工艺水平，还要有一定的手段。 1 开孔精度控制。开孔位置岩面经爆破作用 往往都带有倾斜角度，钻头在这种斜面推进时会引 导开孔方向，而且这种偏差钻到孔底时会被放大2 倍，难以与下排炮开孔位置很好对接。因此，在开 孔时由多人配合，从各个方向约束钻头移位，尽量 减小偏差。 2 钻孔方向控制。在开孔点位置准确的基础 上，将钻杆尾部对应在后视点下部，以控制钻孔方 向；如为无后视点的孔位，则通过与相邻带后视点 的孔保持平行来控制方向角度。 2 ．2 ．2钻孔外插角控制 钻孔的最佳目标是使孔轴线尽可能符合设计轮 廓线。但在实际操作过程中，因钻机上部的消音罩 需占用1 0c m 左右的空间，钻杆尾端不可能处于设 计边线。而掌子面上必须按设计边线位置开孔，这 样使钻杆钻进时带有一定外插角，形成部分超挖是 不可避免的。但不能因为这种误差不可避免就放任 不管，而是要将影响程度控制在合理的范围内，这 是现场钻孔工艺控制的关键。 1 工艺标准的确定。为满足钻机上部所需 1 0c m 空间的条件，按每循环进尺3 ．0m 的几何关 系，钻孔时，钻杆需向断面外倾斜的角度应为a r c s i n 0 ．1 ／3 ．0 1 ．9 。，考虑其他因素影响，将两循环错 台指标合格标准定为1 5c m 。 2 工艺控制方法。因1 ．9 。或2 。的角度仅凭目 测难以准确判断，现场采用控制相对设计边线距离 的方法，在后视点超挖值基础上，按3 ．3c m ／m 比例 即1 ．9 。 的上倾角度确定钻杆与后视点的竖向距 离。如后视点距开孔点1 ．6m ，所标注超挖值为5C l T I 时，钻杆与后视点垂直距离为5c m 3c m ／m 1 ．6m 9 ．8c m 。这样，能使钻机上部始终保持有 1 0c m 左右的推进空间，钻杆在不受约束和阻碍的条 件下顺利推进，避免了过大外插角造成的超挖。 2 ．2 ．3钻孔操作注意事项 理论上，按照上述控制方法操作应该能够保证 钻孔质量，并使孑L 底超挖控制在1 0 ～1 5c m 。但实际 并非如此，在测量放样后，检查上排炮的终孔位置 偏差偶尔会超过1 5c n l ，有时甚至是超过2 0c m 以 上。现场仔细调查发现，这种水平或竖直方向的偏 差不是开孔阶段控制问题，而是在钻杆推进一定深 度后，一般认为孔内已经对钻杆形成约束，方向角 度不会有太大偏差，往往疏于对钻机位置的控制。 假设此时钻机控制的钻杆尾端不能与孔内钻杆保持 在同一直线，在孑L 口及孔底的约束作用下，会使钻 杆发生弯曲。 为验证这种钻杆弯曲对孔底偏移的影响程度， 采用C A D 作图法模拟钻杆在孔内弯曲的状态。假设 在钻进1 ．5m 时出现钻杆弯曲，钻到3 ，5m 深孑L 底 时的孔位偏差将达到1 6c m ，充分说明钻杆弯曲，即 飘孔危害的严重性。 在对飘孔现象进行深入分析的基础上，提出了 以下工艺改进与预防措施在开孔和钻进过程中， 钻机要调整好架钻气腿的横向位置和高度，即钻机、 万方数据 譬雪冒图譬譬霉冒竺 竺 2 气腿与开孔点要与后视点在同⋯直线上。以保持钻 杆在孑L 轴线的位置钻进、同时，还要注意控制推进 压力不要太大，避免钻杆出现向下或侧向的弯曲。 2 ．3 周边孔装药工艺 2 ．3 ．1 装药参数控制与调整 在周边孔中．采取药卷直径小于炮孔直径的不耦 合装药方式，为爆轰冲击波提供一定的缓冲空间，一 定程度上衰减了作用N f L 壁上的爆轰波，降低爆轰时 孔壁上的峰值压力，从而在炮孑L 内形成准静压状态， 这是实现光面爆破的必要条件。通常采用的不耦合系 数 孔径／药卷直径 为1 ．1 ～3 ．0 ，以1 ．5 ～3 ．0 居多。 大华桥水电站地F 厂房光面爆破孔按要求采用 直径为4 , 2 5 的光爆药卷，钻孔直径为4 2m m ，则不 耦合系数为4 2 ／2 5 1 ．6 8 。若没有光爆药卷，则将 4 , 3 2 的药卷分4 段后纵向剖开．这时的不耦合系数 可以达到1 ．8 6 ，相对增大了不耦合系数。 2 ．3 ．2 周边孔装药量及装药结构 周边孔光面爆破装药参数主要是控制线密装药 度，大华桥地下厂房开挖实际选用的线装药密度为 1 1 0 ～1 3 0g ／m 。但线装药密度只是装药量与装药长 度的比值，相同的线装药密度在不同装药结构下， 其爆破效果是不同的。如果孔内单个药包药量过大， 爆轰能量过于集中，则会对孔壁围岩造成有害的拉 伸裂隙；而单个药包的药量过小，势必增加加工难 度，费工费时，这就要求选择一个较为合理的装药 量和装药结构。 通过现场反复调整改进，最终选定装药结构 孔底加强药卷为l ／2 卷，每根光爆药卷分为4 节， 从中部剖切成2 瓣 1 ／8 卷，每节2 5g ，根据围岩 条件间隔2 0 ～2 5 H - ，与导爆索均匀固定在竹片上， 以保证药卷在孑L 内的位置均匀准确，竹片靠近岩体 一侧放置，以增加对孔壁的保护， 3 精益光面爆破的效果 3 ．1 质量控制 1 洞室开挖的周边孔应在断面轮廓线上开孑L ． 沿轮廓线的调整范围的孔位偏差值应≤2c m ，其他 炮孔孔位的偏差不应大于1 0c m 。D L ／T5 0 9 9 - - 2 0 l1 水．【建筑物地下开挖工程施工技术规范中要求周 边孑L f L 位偏差不大于5c m ．但在实际操作中．如开 孔就有5c n l 偏差，按测定的后视点控制方向钻到孔 底位置将会与下排炮开孔位置产生1 0t ．- n 的孑L 位偏 差，前后排炮孔不能连续衔接；按2c m 控制开孔偏 差，钻到孔底偏差在4c m 左右，即不超过一个钻头 直径，孔位基本可以对接。 2 每一单元内，除因地质原因造成的超挖外， 皿W a 研P o w e r V 0 1 ．4 5 №6 其他平均超挖≤1 0c m ，不允许欠挖。D L ／T5 0 9 9 2 0 1 1 中明确，对于平洞，平均径向超挖不大于2 0c m 。 而现场实际操作要求外插角按孔底超挖1 0c l n 来控 制，按理论计算平均超挖值应为5e m ，考虑局部节理 受爆破松动掉块 但不考虑不良地质缺陷 ，一般是可 以达到的。 3 在开挖轮廓面上，残留炮孔痕迹应均匀分 布，炮孔首尾衔接，且基本在同一直线上，偏差值 ≤5c m 。炮孔在轮廓面上基本在断面同⋯位置，沿 洞室轴线方向呈一条直线连续延伸，总体实现一孔 到底。偏差值≤5e m 时，炮孔接茬处边缘基本能够 对接，偏差不是很明显。 4 除地质缺陷部位外，残留炮孑L 痕迹保存率 完整岩石应大于8 5 ％，弱风化岩石应达到6 0 ％以 上，强风化岩石应达到2 0 ％以上。D L ／T5 0 9 9 - - 2 0 11 中要求，对于完整岩石半孔率大于8 5 ％，只要合理 调整装药量和装药结构等技术参数，基本可达到 9 0 ％以一匕。 5 相邻两茬炮之间的台阶不得大于1 5e m 。 D I ．／T5 0 9 9 - - 2 0 l l 中要求，相邻两茬炮之间的台阶 或钻孔最大偏斜值应小于2 0c m 。在实际操作中，要 求钻孔孔底向断面外偏斜1 0c m ，再考虑5c m 的操 作偏差，一般1 5c m 应该可以做到。 6 光面爆破应无明显爆破裂隙，孔壁的完整 程度高。孑L 壁的完整程度主要取决于装药量、装药 结构的不耦合系数，在保证成型质量的情况下，尽 量采用大不耦合系数和多点小药量的装药结构，以 利于对爆轰冲击波峰值的衰减，使孔壁受力均匀， 减少x 寸f L 壁和保留岩体的扰动。 3 ．2 质量效果 开挖后由专业测量人员对开挖断面超挖情况进 行检测。检测成果见表1 。从表1 可知，通过对开挖 工序进行精细化的工艺质量控制，2 个作业面的平 均超挖值仅6 ．2c m ，超挖值小于1 5c m 的测点占总 检测点数的9 7 ％，小于1 0c m 的测点比例也达到 8 0 ％以上，而以往的开挖质量控制水平一般都在 2 0c m 左右。地下厂房、尾水调压室和主变室一层顶 拱开挖平均超挖值均控制在6 ～8e m ，大幅优于施工 规范推荐的“地下平洞开挖不宜大于2 0e m ”的技术 要求。可以看出，推行精益光面爆破对开挖质量提 升效果十分明显，显著提高了开挖成型质量。 4 结语 采用普通的爆破方法开挖隧道，超挖量可达到 1 0 ％～1 5 ％；一般的光面爆破施工方法超挖量可降 低到4 ％一7 ％。而精益光面爆破施工方法则可降低 万方数据 三 三竺三竺竺 兰三竺 竺三全二 竺三竺 竺竺雷雪冒图譬譬冒留 表1主体地下洞室顶拱平均超挖值检测成果统计 到2 ％～3 ％。按中型水电站工程1 0 0 万1 1 3 3 的石方暗 挖工程量计算，可减少超挖量2 万m 3 以上，按3 6 0 元／m 3 的混凝土成本价，减少的超填混凝土费用可 达7 2 0 万元，在大幅降低工程投资的同时，也有利 于环境保护。 经过优化爆破参数，提高了岩面成型平整度， 降低了对围岩的扰动范围，减少了爆破后附着的松 动岩块，不仅对施工安全十分有利，而且减少了超 喷混凝土量，既降低了成本，又提高了支护工作效 上接第7 5 页 取补充通水，防止混凝土出现二次峰 值和超过容许最高温度的情况。补充通水冷却的进 水口水温、通水流量、降温速率等需满足设计提出 的相关要求。也可采取间歇通水措施，先通水3 ～ 5d 后闷温7d ，视闷温结果再决定以后通水时间。 5 。2 ．3 中期通水冷却 中期通水冷却的主要目的是削减混凝土内外温 差，预防混凝土在冬季出现裂缝，每年1 0 月初开始 对当年4 月～9 月浇筑的坝体混凝土进行中期通水 冷却，将混凝土内部温度降至2 0 ～2 2 ℃，中期通水 冷却参考水温1 5 ～1 8 ℃，通水流量不大于1 ．2I T l 3 ／ h ，每天最大降温速度不大于0 ．5o C 。中期通水冷却 准备结束时，应进行全面闷水测温，以确定冷却效 果是否达到要求，若未达到要求应继续通水，直至 达到要求为止。 率。按大华桥水电站地下厂房发电机层以上部位喷 钢纤维混凝土量计算，每减少1c n 超喷混凝土厚 度，就可节省近1 5 万元。 开挖质量不仅体现作业人员工艺质量控制水平， 也反映出企业质量管理的精细化程度。精益光面爆 破技术的推广应用，必然会促进各类地下岩石洞室 开挖工艺水平的提升，也可为施工企业带来良好的 经济效益和社会效益。 责任编辑杨健 仓，合格率为8 5 ．4 ％。混凝土出机口温度共检测 76 7 4 次，合格率为9 4 ．6 ％，浇筑温度检测83 4 6 组， 合格率为9 3 ．7 ％，大坝混凝土各环节温控管理工作 均满足设计要求。黄登大坝的温控工作在历次质量 监督检查及安全鉴定检查中也得到专家组高度好评， 专家认为“各参建单位质量体系健全，管控制度完 善，行为总体规范，工程质量管控体系运行有效， 已完工程质量均处于受控状态”。通过不断实践总 结，黄登大坝在温控工作中形成了一整套的混凝土 拌制、人仓浇筑、一期、中期动态化的通水冷却施 工工艺，为类似工程提供借鉴。 参考文献 [ 1 ] 杨梅．澜沧江上游阶段黄登水电站施工详图阶段大坝混凝土原 6 结语 『2 ] 黄登水电站自2 0 1 5 年4 月3 0 日～2 0 1 8 年4 月 1 1 日共浇筑混凝土3 1 6 仓，内部最高温度合格2 5 4 材料及温度控制施工技术要求[ R ] ．B 版，昆明中国电建集团 昆明勘测设计研究院有限公司，2 0 1 6 ． 陈志远，谭恺贤，王振振．大体积混凝土冷却水智能控制方法的 应用[ J ] ．水力发电。2 0 1 4 ，4 0 7 5 7 - 5 9 ． 责任编辑王琪 W a 胁P o w e ，V 0 1 ．4 5 №6 皿l 万方数据