1 工程概況

河床式發(fā)電廠房分為安裝間、擋水壩段、廠房機(jī)組段、進(jìn)水渠、尾水渠五個部分。開挖最低高程為153.75m，最大高差為24.25m。左右翼墻和發(fā)電廠房土石方開挖總量為50.851萬方。其中石方34.628萬m3。尼爾基地區(qū)凍土多年平均最大深度2.10m，最大深度2.51m。冰凍的最大厚度1.52m，最小厚度0.78m，平均厚度1.12m。發(fā)電廠房基礎(chǔ)巖石特性為花崗閃長巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石完整性較差,巖石堅固系數(shù)f=10～12，級別為X級。主壩與廠房連接翼墻長129.38m，寬為28.45m。建基面高程173.50m，開挖高度為4.5m。廠房與右副壩連接翼墻長143.65m，寬100.78m，開挖高差20m。

2 開挖技術(shù)措施

2.1施工特點(diǎn)

廠房基坑覆蓋層剝離巖石開挖在零下-34.4℃的嚴(yán)寒下進(jìn)行，設(shè)備選型、爆破參數(shù)控制、開挖出渣道路布置必須適應(yīng)于嚴(yán)寒氣候條件；由于廠房結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用預(yù)裂控制爆破技術(shù)控制建筑物輪廓邊線；為加快開挖進(jìn)度，保護(hù)層開挖采用液壓鉆機(jī)造孔，大幅度提高鉆孔效率；廠房上下游預(yù)留門機(jī)巖臺，控制爆破要求嚴(yán)格；由于原廠房圍堰滲水嚴(yán)重，火工材料防水性能要求高；廠房基礎(chǔ)形狀復(fù)雜，基礎(chǔ)高差大，出渣道路布置要求嚴(yán)格；開挖石方粒徑有嚴(yán)格要求，爆破參數(shù)經(jīng)過多次試驗確定，嚴(yán)格控制鉆爆施工。

2.2施工方法

2.2.1冰層和凍土開挖

廠房基礎(chǔ)覆蓋層為腐植土和砂礫（卵）料，開挖正值冬季，圍堰滲水漫過基坑，河床結(jié)了一層0.9m厚的冰層。冰層剝離后，下面的砂礫料迅即又凍結(jié)成凍土層。基坑結(jié)冰層底部為未凍的沙礫層，挖掘機(jī)械不能直接進(jìn)入基坑內(nèi)作業(yè)，因此破冰采用墊渣進(jìn)占法進(jìn)行開挖。墊渣進(jìn)占方法:首先用1.3m3日立反鏟將冰區(qū)破解一角，隨后用大容量裝載機(jī)將破冰處迅即回填碎石或腐植土，填層高出冰面1.0m左右，反鏟在前面破冰開道，裝載機(jī)緊隨回填形成高出冰面的施工通道，冰面通道形成以后，自卸汽車可以沿通道將碎冰運(yùn)出。破冰的同時設(shè)置潛水泵將冰面以下積水及時排除，避免冰下積水凍結(jié)成冰，增加反復(fù)破冰作業(yè)量。

2.2.2凍土開挖爆破參數(shù)選擇

基坑右側(cè)臺地上存在2m厚的凍土層，該部分凍土層采用松凍爆破法開挖。采用TOMROCK500液壓鉆機(jī)鉆取Ø80mm孔，炸藥采用4#硝胺防水炸藥，藥卷直徑Ø60mm，非電毫秒塑料導(dǎo)爆管微差起爆，凍土采用松動爆破，鉆孔采用TOMROCK-500型液壓履帶式鉆機(jī)鉆孔，鉆孔直徑80mm，孔間距1.8m，排距1.8m，炸藥采用4#巖石抗水硝銨炸藥,單耗藥量0.54kg/m3,非電毫秒塑料導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)起爆。凍土爆破程序如下:確定凍土范圍→布孔→鉆孔→裝藥爆破。

2.3 石方開挖

發(fā)電廠房石方開挖采取分區(qū)、分層開挖的原則，考慮混凝土澆筑及合同工期的需要，以安裝間為先，自左向右進(jìn)行開挖。同時考慮混凝土垂直運(yùn)輸設(shè)備的安裝及運(yùn)行需要，在進(jìn)水渠、尾水渠預(yù)留門機(jī)軌道基礎(chǔ)巖臺。廠房基坑巖石開挖最大高差為29.45m，根據(jù)開挖設(shè)備性能并充分考慮了進(jìn)水渠、尾水渠預(yù)留門機(jī)巖臺開挖質(zhì)量廠房開挖采用梯段分層開挖。分層情況見圖1。廠房基坑石方開挖從4＃機(jī)組段開始，先在4#機(jī)部位開挖出先鋒槽，然后向3#機(jī)組和安裝間方向分兩個工作面進(jìn)行梯段爆破開挖。基坑內(nèi)開挖到156.27m建基面后，開挖檢修廊道，廊道邊線采用光面爆破，廊道和集水井內(nèi)部進(jìn)行掏槽爆破分層開挖。

2.3.1 預(yù)裂爆破

為確保廠房建筑物基礎(chǔ)巖石的完整性，減少超挖及混凝土回填量，梯段爆破開挖前，對設(shè)計開挖邊線先進(jìn)行預(yù)裂爆破，用液壓鉆機(jī)鉆孔。預(yù)裂爆破施工程序如下：鉆孔場地平整→布孔測量→鉆孔→藥串加工→裝藥→堵塞→網(wǎng)路→連接起爆。

表2 預(yù)裂鉆爆參數(shù)表

梯段高度孔深孔徑孔距藥卷

直徑線裝藥

密度底部裝藥單孔

藥量堵塞

長度鉆孔

角度裝藥量高度H(m)h(m)D(㎜)a(m)Ø(mm)q(g/m)Qp(kg)hp(m)Q(kg)Ho(m)°13.614.20800.8322501.51.03.41.073.34.505.03800.8322001.51.00.91.063.4

2.3.2 梯段爆破

先鋒槽爆破開挖：在4#機(jī)部位采用液壓鉆機(jī)鉆楔形掏槽孔，爆破成一長45m、寬22.2m、深6.0m的先鋒槽。利用此先鋒槽，分別向3#～1#機(jī)組和2＃～1＃安裝間方向分兩個工作面采用自上而下分層梯段鉆爆開挖。梯段爆破采用液壓鉆機(jī)鉆孔,爆破施工程序如下：場地平整→測量放線→布孔→鉆孔→裝藥連網(wǎng)爆破。梯段爆破裝藥結(jié)構(gòu)采用連續(xù)柱狀裝藥，采用4#巖石抗水硝銨炸藥，藥卷直徑Ø60mm。

采用2#巖石銷銨炸藥和4#巖石抗水硝銨炸藥。炮孔按中寬孔距、梅花型布孔。為防止爆破對設(shè)計邊坡的振動破壞，在靠近預(yù)裂面的一排炮孔的裝藥量擬定為其它梯段爆破孔裝藥量的70～80%，距預(yù)裂面1.5～2.0m布孔。為提高爆破質(zhì)量、降低石渣的大塊率，炮孔的裝藥結(jié)構(gòu)采取連續(xù)柱狀裝藥方式。梯段爆破鉆爆設(shè)計參數(shù)見表4

表3 梯段爆破鉆爆參數(shù)表

梯段高度炮孔直徑炮孔深度藥卷直徑孔距排距單孔藥量堵塞長度單位耗

藥量超鉆深度鉆孔傾角(m)(㎜)(m)(㎜)(m)(m)(kg)(m)(kg/ m3)(m)°7.10808.00603.01.517.401.50.450.673.33.0803.36602.01.54.541.00.4563.4

2.3.3 保護(hù)層開挖

水工建筑物基礎(chǔ)預(yù)留保護(hù)層開挖，是控制建基面開挖質(zhì)量的關(guān)鍵，也是控制工期、提高經(jīng)濟(jì)效益的重要的環(huán)節(jié)。按規(guī)范規(guī)定，當(dāng)保護(hù)層以上用梯段爆破開挖時，對節(jié)理較發(fā)育的中硬巖石，預(yù)留保護(hù)層應(yīng)為上部梯段豎向孔藥卷直徑的30倍，對于堅硬巖石，相應(yīng)值為20～25倍，SDJ211-83中有關(guān)條款規(guī)定，在距水工建筑物基建面1.5m以內(nèi)用手風(fēng)鉆鉆孔，淺孔火炮分層開挖。1994年新規(guī)范對保護(hù)層開挖，去掉了上述規(guī)定，允許試驗成功的基礎(chǔ)上，采用新方法進(jìn)行開挖。在三峽工程、巖灘工程等重大項目施工中，近幾年提出了一些新辦法、新工藝，創(chuàng)造了很好的經(jīng)驗：

1)對2～3m 保護(hù)層，可用手風(fēng)鉆鉆Ø45mm孔，孔深2～3m，單孔裝藥1.5～2.5kg，孔底設(shè)柔性材料墊層20cm，孔網(wǎng)1.5×1.6m，裝Ø32mm藥卷，非電雷管起爆。爆后選擇典型部位測定基巖波速降低值，均符合要求。

2)對3~5m保護(hù)層，用全液壓鉆機(jī)鉆Ø76mm，孔深3~5m，藥卷直徑Φ45mm，單孔裝藥8~16kg，孔底墊柔性材料墊層20cm，孔網(wǎng)2m×2m-2m×3m2,不連續(xù)裝藥，用導(dǎo)爆索配合非電雷管起爆，爆后選擇典型部位測定基巖波速降低值，均符合要求。

3)柔性材料可用泡沫塑料、鋸末、竹筒；在水孔中，需用兩頭封閉的竹筒。

4)巖灘水電站用Ø150mm鉆孔，裝Ø130mm藥卷，進(jìn)行開挖，在臨近建基面保護(hù)層處孔底裝Ø55~75mm藥卷，使預(yù)留保護(hù)層厚度由2.5~3.5m減少到1.0~1.5m(20~25倍藥徑)。對預(yù)留保護(hù)層用手風(fēng)鉆或快速液壓鉆鉆孔，一般鉆到建基面，對不允許欠挖部位超鉆10~15cm。孔底填柔性材料，柔性材料上裝Ø32mm藥卷，如需要在Ø32mm藥卷上部裝Ø55mm藥卷，用非電毫秒雷管排間延遲起爆，一次爆到建基面，質(zhì)量符合要求，施工速度較常規(guī)法3倍，創(chuàng)造了月最大驗收面積29750m2的國內(nèi)先進(jìn)水平。

尼爾基廠房保護(hù)層開挖爆破參數(shù)選擇

借鑒三峽和巖灘工程保護(hù)層開挖經(jīng)驗為了驗證用液壓鉆機(jī)鉆鉆Ø80mm中孔進(jìn)行保護(hù)層開挖的爆破效果，根據(jù)多次鉆爆試驗，最終確定的保護(hù)層開挖爆破參數(shù)如下：用TOMROCK500液壓鉆機(jī)鉆Ø80mm孔，一次鉆至建基面，孔底回填20cm河沙或巖屑柔性墊層，孔網(wǎng)1.0m×0.8m，鉆孔傾角60°，裝Ø32mm藥卷，不連續(xù)裝藥，底部加強(qiáng)裝藥，非電毫秒延期雷管微差起爆。建基面欠挖的部位采用日立反鏟沖擊錘進(jìn)行開挖。

采用2#巖石銷銨炸藥和4#巖石抗水銷銨炸藥，導(dǎo)爆管起爆。保護(hù)層開挖鉆爆設(shè)計參數(shù)見表4。

表4 保護(hù)層開挖鉆爆參數(shù)表

臺階

高度（m）孔徑(mm)孔深(m)鉆孔角度(°)孔距(m)排距(m)堵塞

長度(m)單孔裝藥量(g)單位耗藥量(kg/m3)1.5801.88601.00.80.56000.45

3保護(hù)層開挖爆破質(zhì)量控制

3.1宏觀調(diào)查和地質(zhì)描述方法判爆破破壞的標(biāo)準(zhǔn)

有下述情況之一時，判斷為爆破破壞：

1)發(fā)現(xiàn)爆破裂隙，或裂隙頻率、裂隙率增大(產(chǎn)生爆破裂隙和裂隙率都會增大；原有的裂隙張開，也會使裂隙率增大) 。

2)節(jié)理爆破裂隙面、層面等弱面張開(或壓縮)、錯動。

3)地質(zhì)錘錘擊發(fā)出空聲或啞聲（從地質(zhì)錘錘擊時發(fā)聲狀況進(jìn)行判，一般新鮮，完整的巖體，發(fā)聲清脆，頻率高；被爆破振松的巖體，發(fā)出空聲或啞聲、頻率較低）。

3.2彈性波縱波速觀測方法判斷爆破破壞或基礎(chǔ)巖體質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)

同部位的爆破后波速(CP2)小于爆破前波速(CP1)，其變化率η為：η=1-( CP2/ CP1)當(dāng)η>10%時判為爆破破壞或基礎(chǔ)巖體質(zhì)量差。

若只在爆后觀測，可用觀測部位附近原始的波速作為爆破前波速，也可以觀測資料的變化趨勢和特點(diǎn)判斷。

4 石渣塊徑的控制

發(fā)電廠房石方開挖渣料作為上壩料和人工骨料粒徑要求為上壩料粒徑60cm，人工骨料粒徑58cm，為此在開挖過程中必須嚴(yán)格控制鉆爆質(zhì)量。

首先在爆破參數(shù)的設(shè)計時必須充分考慮開挖渣料的料徑要求，再根據(jù)開挖部位的工程地質(zhì)條件進(jìn)行鉆爆參數(shù)的設(shè)計，在進(jìn)行正式鉆爆施工之前，先進(jìn)行爆破試驗根據(jù)爆破效果及時調(diào)整修正鉆爆參數(shù)使爆破達(dá)到比較好的效果，特別是滿足上壩料和人工骨料的粒徑要求。

5 預(yù)留門機(jī)巖臺控制爆破施工

廠房進(jìn)水渠和尾水渠預(yù)留門機(jī)巖臺爆破開挖采用預(yù)留巖埂和距巖埂3.5m范圍進(jìn)行控制爆破的方案進(jìn)行開挖。

5.1尾水渠巖臺開挖爆破試驗

根據(jù)工程類比法推算發(fā)電廠房門機(jī)預(yù)留巖臺允許的最大一次單響藥量。根據(jù)白山電站棧橋墩開挖爆破取得的爆破經(jīng)驗公式v=100Q0.75/R2,推算自尾水閘墩墩頭0+047.50樁號往下游9.18m范圍為爆破控制區(qū)，爆破控制區(qū)范圍內(nèi)的巖石開挖采用控制爆破技術(shù)，控制區(qū)以外的范圍，單響爆破藥量可以逐步提高，根據(jù)計算結(jié)果可以得出樁號0+065.80m以上的區(qū)域為常規(guī)淺孔梯段爆破開挖區(qū)。

5.2淺孔梯段爆破設(shè)計參數(shù)

表5淺孔梯段爆破鉆爆參數(shù)

梯段高度炮孔

直徑炮孔深度藥卷直徑孔

距排

距單孔裝藥量堵塞

長度單位耗藥量超鉆

深度鉆孔傾角HDhøabQHoqH1a(m)(㎜)(m)(㎜)(m)(m)kg(m)(kg/m3)(m)。2422.573210.91.10.630.40.363.42422.573210.91.10.630.40.363.42.08422.663210.91.130.630.40.363.43.11423.98321.51.33.810.910.40.4563.4

5.3爆破監(jiān)測及爆破測點(diǎn)布置 1) 測點(diǎn)布置：共布置5個垂直向傳感器：閘墩布置1個，底板布置3個，分別布置在：0+47.5、0+037.5、0+017.5樁號附近。

2) 測量速度的儀器采用891-Ⅱ型放大器UJB-8型動態(tài)測試分析儀各1臺。通頻帶0.5～100Hz，量程0.01cm/s～20cm/s。

3) 觀測要求：觀測后要提出完整的記錄波形，給出最大速度量，主振動周期、振動量持續(xù)時間。

4) 預(yù)期結(jié)果：給出振動影響經(jīng)驗公式和最大瞬時起爆藥量。

5.3聲波觀測

1) 目的：根據(jù)對廠房基礎(chǔ)、閘墩、底板、橫梁在爆破前后彈性波速的觀測，判別爆破是否對建筑物產(chǎn)生破壞影響。

2) 測點(diǎn)布置：在底板布置10個測點(diǎn)(鉆孔法)，在閘墩布置14個測點(diǎn)(其中4個測點(diǎn)采用鉆孔法)，橫梁布置10個測點(diǎn)(對穿法)；34共計個測點(diǎn)。

3) 觀測要求：觀測應(yīng)在每次試驗爆破前、后各進(jìn)行一次，通過對波速的觀測和分析，判斷該區(qū)混凝土是否發(fā)生破壞。

4) 宏觀調(diào)查：利用石膏涂抹對廠房進(jìn)水、尾水渠等重要建筑物進(jìn)行破壞影響調(diào)查。

5.4爆破控制

　　　根據(jù)東北勘測設(shè)計研究院對以往類似工程爆破聲波監(jiān)測的經(jīng)驗及積累的質(zhì)點(diǎn)允許振動速度經(jīng)驗公式，爆破聲波引起的質(zhì)點(diǎn)振動速度按v=100Q0.75/R2,進(jìn)行控制。根據(jù)已建建筑物允許的質(zhì)點(diǎn)振動速度，反算出距離建筑物不同距離，最大一段允許起爆藥量，詳見下表6：

表6 爆破試驗單響控制藥量允許質(zhì)點(diǎn)振動速度（cm/s）距尾水閘墩0+047.50m距離（m）允許最大一段單響起爆藥量（kg）區(qū)域84.51.90預(yù)留巖埂85.683.54控制爆破區(qū)89.1812.73藥量遞增爆破區(qū)818.3080.16818.3080.16常規(guī)爆破區(qū)828.3

土工膜是一種以高分子聚合物為基本原料的防水阻隔型材料。主要分為： 低密度聚乙烯LDPE土工膜、高密度聚乙烯HDPE土工膜和EVA土工膜。1.幅寬、厚度規(guī)格齊全。2.具有優(yōu)良的耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能及優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性能。3.優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性能。4.具有較大的使用溫度范圍和較長的使用壽命。5.使用于垃圾填埋場、尾礦儲存場、渠道防滲、堤壩防滲及地鐵工程等。

6. 結(jié)束語

尼爾基水利樞紐發(fā)電廠房基礎(chǔ)石方開挖克服了寒冷的氣候條件，在設(shè)備、人員降效非常顯著的情況下，按業(yè)主指定的節(jié)點(diǎn)工期順利完成了50萬方的開挖任務(wù)，在開挖過程中，取得以下經(jīng)驗：

液壓鉆機(jī)非常適宜于高寒惡劣氣候的作業(yè)條件，液壓鉆機(jī)比風(fēng)動鉆機(jī)具有高寒地區(qū)無法比擬的優(yōu)越性。

在保護(hù)層開挖中，首次采取了TOMROCK500液壓鉆機(jī)鉆Ø80mm孔，孔內(nèi)設(shè)置柔性墊層，一次性開挖到建基面新穎的開挖施工工藝，達(dá)到了較好的開挖效果。

控制爆破成績斐然：由于開挖渣料作為主壩回填料及人工骨料的料源，有嚴(yán)格要求，在爆破參數(shù)設(shè)計時必須考慮料徑要求，并經(jīng)過多次試驗確定爆破參數(shù)，成功應(yīng)用了TOMROCK500液壓鉆機(jī)Ø80mm鉆孔，不偶合裝藥，爆破粒徑滿足了設(shè)計要求。