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1、第06章土石方开挖及支护工程6.1 工程概况6.1.1 工程特性碧玉河四级水电站位于云南省怒江州兰坪县境内的下游河段，为混合式开发水电站，距云南昆明市公路里程约637km,距云南大理市公路里程约309km,距兰坪县城公路里程约91km,坝址、引水线路和电站厂区临近中（排）河（西）公路布置，交通便利。碧玉河四级水电站为碧玉河开发的最末一级，坝址处设计多年平均流量17.4m3s,多年平均径流量5.4967亿m3；水库正常蓄水位2018m,死水位1985m,总库容3450万m3,调节库容为2675万m3,电站装机2台，单机容量50MW,总装机容量10万KW0碧玉河四级水电站工程为首部拦河坝长隧洞引水
2、式电站，岸边式地面厂房。枢纽主要建筑物有砾石土心墙堆石坝、左岸溢洪道、左岸排沙放空洞、左岸引水建筑物和地面厂房。6.1.2 工程地质条件导流隧洞布置在河流左岸，进口位于大坝上游约20Om的岸边，底高程1955.0m；出口位于大坝下游约30Onl的岸边，底高程1948.0m。导流隧洞区山体雄厚，地形坡度约45。50。，隧洞埋深一般10145唳隧洞沿线大部分基岩裸露，基岩主要为第三系古新统云龙组（Ey）的粉砂质泥岩夹泥质粉砂岩及钙质泥岩，地层总体产状NW290SWZ70o局部地表覆盖有13m厚的残坡积含碎石粉质粘土，强风化岩体下限埋深515m不等。隧洞区地质构造以节理、裂隙为主；地下水以基岩裂隙水
3、为主，强风化岩体中透水性较强，往深处逐渐变弱，地下水对混凝土的腐蚀性尚不明确，需待地下水分析成果出来后再行评价；除在坝轴线附近左岸坡脚发育有一处崩塌堆积（Q42）体外，其它部位未见滑坡、崩塌、危岩等其它不良地质现象。根据进、出口段地表调查及统计，主要发育三组节理裂隙：NW290o305SWZ70o75,为层面，卸荷张开宽1IOCnb岩屑充填，延伸长大于20m,裂隙密度13条/m；NE15o30。SEZ80o,卸荷张开宽15cm,岩屑半充填，延伸长46m,裂隙密度34条m,EWNZ35o46,卸荷张开宽13cm,岩屑半充填，延伸长大于IOln,裂隙密度34条/m。(1)进口边坡稳定性评价导流洞进
4、口自然边坡坡度约50,受引水洞洞脸开挖，其上部地形不完整，其中高程1979m以下为引水洞弃渣覆盖。边坡高约30m,岩层倾向坡内，山坡整体中等稳定。边坡岩体为强风化状的粉砂质泥岩夹少量泥质粉砂岩，紫红色夹灰黄色，顺层夹泥质及岩屑，分布有节理密集带，岩体水平卸荷深IOnl左右，受第组倾向坡外的不利结构面切割，边坡岩体会产生局部塌滑，边坡局部稳定性差。(2)出口边坡稳定性评价导流洞出口自然边坡坡度为4550,较陡。边坡高约30m,岩层倾向坡内，山坡整体中等稳定。边坡岩体为强风化状的粉砂质泥岩，紫红色为主，部分灰黄色，中厚层状。岩体风化卸荷较严重，水平卸荷深15m左右，受第组倾向坡外的不利结构面切割，
5、边坡岩体会产生局部塌滑，边坡局部稳定性差。6.1.3主要项目及工程量边坡开挖及支护工程，主要包括导流洞进、出口边坡土石方开挖及支护，排沙放空洞边坡土石方开挖及支护。具体工程量见表6.1T。表6.1-1土石方明挖与边坡支护主要工程量表序号工程项目单位导流洞进口导流洞出口排沙放空洞进口备注1土方明挖Ifl32600135510022石方明挖m31039054195122含危石清理3锚杆根71730315025,L=5m4喷混凝土C20m32021098335厚IOcm5PVC排水管m2689906506.2施工规划6.2.1施工规划原则土石方开挖工程施工，采用自上而下分期、分层开挖的施工原则，分层
6、高度，应与设计边坡的马道相适应。一般分层梯段高度：土层为3.0-5.0m,石方开挖为6.09.Omo开挖施工进度和开挖的次序，应满足施工总进度计划和混凝土浇筑施工的需要。同时，为导流洞、排沙放空洞的开挖、混凝土衬砌施工创造便利条件。在岩体开挖之前，应进行开挖爆破试验，取得合理的钻爆施工参数后，再进行大方量石方的开挖施工。以确保开挖有用料满足砂石加工系统的要求，降低爆破料大块率，加快整个工程的施工进度，减少施工成本。（4）要充分考虑水文气象条件对开挖施工的影响。6.2.1.1施工工作面划分根据开挖及支护的工程部位、地形条件、道路布置以及工期要求，开挖工作面按导流洞进、出口，分两个工作面进行施工。
7、进口工作面：包括导流洞、排沙放空洞进口的全部土石方开挖及支护工程。出口工作面：包括导流洞出口的全部土石方开挖及支护工程。6.2.2施工道路规划施工道路布置，详见投标文件附图施工总平面布置图（图号：投附-BYH-SG002-2010-02-01）。6.2.3风、水、电布置6.2.3.1施工供风土石方开挖及支护用风的设备，主要为手风钻、潜孔钻、混凝土喷射机施工机械等。施工用风采取固定与移动相结合的方式供风，且尽量靠近负荷中心。导流洞进口开挖施工用风，使用2#供风站供风。导流洞出口开挖施工用风，使用1#供风站供风。排沙放空洞进口开挖施工用风，使用3#供风站供风。零星用风通过12?/IIIin移动空压
8、机解决。供风主风管，采用10015Omm的钢管接至开挖高程，分向铺设至各施工区附近,然后再以高压胶管向各用风设备供风。供风干管随开挖高程的下降移设。6.2.3.2施工供水施工供水主要用于钻孔、喷混凝土、冲洗浇筑仓位、混凝土养护、灌浆等用水。导流洞进口使4#高位水池供水、排沙放空洞进口使用5#高位水池供水，导流洞出口使用3#高位水池供水。供水干管使用50100mm钢管接至开挖高程，分向铺设至各施工区附近使用，并随开挖面下降移设。6. 2.3.3施工供电施工供电主要为施工照明、钻孔设备、支护设备等供电，使用导流洞进、出口附近布置的变压器引至作业面供电。施工供风、供水、供电的布置，详见投标文件附图施
9、工总平面布置图（图号：投附-BYH-SG002-2010-02-01）。7. 3施工程序根据招标文件的给定的条件、工程实际情况，土石方明挖及支护的施工程序为：7.1.1 导流洞、排沙放空洞进口导流洞、排沙放空洞进口施工程序，见图6.3T。图6.3-1导流洞、排沙放空洞进口施工程序框图7.1.2 导流洞出口导流洞及尾水出口施工程序，见图6.3-2。6.4主要施工方法和技术措施6.4.1土石方开挖导流洞进口边坡开挖，在施工道路以施工完成后及围堰部分完成后，既可开始进行开挖施工。排沙放空洞进口边坡开挖，在施工道路以施工完成后及围堰部分完成后，既可开图6.3-2导流洞出口施工程序框图始进行开挖施工。导
10、流洞出口边坡开挖，在施工道路施工完成后，开始进行施工。土方分层开挖，每层开挖厚度3.05.0m,使用液压挖掘机直接挖、装自卸汽车运弃渣场，对于陡坡薄层土方，使用液压挖掘机甩渣至下部平台装车。土方边坡用液压挖掘机配合人工按设计坡比削坡。石方采取分层开挖，层厚一般为7.0m,使用液压钻机钻孔，梯段爆破，液压挖掘机直接装自卸汽车运至弃渣场或回采场。石方边坡主要采取预裂爆破，主爆孔采用全手风钻造孔，预裂采用KQD-80型潜孔钻造孔，人工装药爆破。土石方明挖以梯段开挖为主，石方开挖每层高度一般不超过9.0m。根据技术条款的要求，靠近马道的地方预留2.Om保护层，底板预留2.Om保护层。马道上部保护层采用
11、水平预裂的方法开挖、建基面保护层按规范要求的施工方法开挖。6. 4.2边坡支护边坡支护包括锚杆、挂网喷混凝土支护。喷锚支护均采用人工搭设排架进行施工。锚杆使用手风钻造孔（大于4.5m时，使用接箍钻杆），注浆采用MZT注浆机。喷混凝土采用TK-961混凝土干喷机，人工持喷头喷射。坡面支护利用分层面和设计边坡的马道搭设排架跟进施工。6.5边坡开挖施工工艺说明6.5.1 开挖施工流程土石方明挖工艺流程见图6.5-l06.5.2表面清理开挖前，首先进行测量放样，标识出开挖范围和位置，然后用人工清理开挖区域内的树木和有碍杂物，清理范围延伸至开挖线外侧3.Om的距离，并将开挖边线3.Om以内的树根清除。同
12、时，将开挖区域上部孤石、险石排除，较大块石用小炮清除。开挖区域清理完毕后，即开始按设计要求，施工边坡上部地面排水、安全防护系统，地面排水及安全防护系统施工，始终超前开挖工作面12个台阶，在梯段开挖图6.5-1土石方明挖施工工艺流程框图6.5.3覆盖层剥离缓坡段的覆盖层用装载机集料，液压挖掘机装20t自卸汽车清理。陡坡段的覆盖层待开挖面降到高程后用液压挖掘机逐层清理。开挖料运到弃料场。6.5.4土方开挖土方开挖采用液压挖掘机，按照测量放样开口线，沿马道方向形成边坡开口，然后自上而下分层开挖施工。每层开挖的厚度为3.O5.0m。开挖料采用液压挖掘机装自卸车运输到弃渣场。施工中遇大孤石时，使用手风钻
13、钻爆解小。覆盖层边坡使用反铲削坡，人工配合修整边坡。同一层面开挖施工，按照“先土方开挖，后石方开挖，再边坡支护”的顺序进行，使开挖面同步下降。开挖土料直接装车，较宽部位用推土机配合集料。土方边坡开挖接近设计坡面时，按设计边坡预留0.203m厚度的削坡余量，再人工整修。人工整修边坡的控制方法：制作一个与设计边坡相同坡比的角尺，削坡时，用角尺检查边坡的超欠情况，边检查边整修。在修整过程中，每隔3.m高差，用测量仪器检查校核一次削坡情况，形成达到设计要求的坡度和平整度为止。雨天施工时，施工台阶略向外倾斜，以利部位排水。在开挖施工过程中，根据施工需要，经常检测边坡设计控制点、线和高程，以指导施工，并在
14、边坡地质条件较差部位设置变形观测点，定时观测边坡变形情况，如出现异常，立即向监理工程师和业主报告并采取应急处理措施。6.5.5石方开挖6.5.5.1施工工序石方开挖工序见框图6.54。图6.5-4石方开挖施工工序框图石方开挖由上至下分层进行施工，采用深孔梯段微差爆破，梯段高度5.09.0m,坡面采取预裂爆破；马道和建基面采用水平预裂爆破。初步爆破设计，详见投标文件附图石方开挖爆破设计图(图号：投附-BYH-SG002-2010(II)-06-01)。6.5.5.2梯段爆破施工钻孔主爆孔使用全液压钻机造孔，予裂孔使用KQD-80型潜孔钻造孔，钻孔孔径76mm。为了提高爆破效率、降低成本，梯段爆破
15、孔采用宽孔距，小排距布孔方式，在布孔时应尽可能避开软弱夹层；采用完全耦合装药结构和孔间微差，使爆破出来的石渣粒径均匀，解炮量少。钻孔施工过程中，由专人对钻孔的质量及孔网参数按照作业指导书的要求进行检查，如发现钻孔质量不合格及孔网参数不符合要求，立即要求返工，直至达到钻孔设计要求。装药、联网爆破均采取人工装药，主爆破孔以2#岩石硝核和乳化炸药为主，采取全耦合柱状连续装药；缓冲及拉裂孔爆破孔采用乳化炸药，采取柱状分段不耦合装药；岩石爆破单位耗药量暂按0.40.6kgm3考虑，最终单耗根据爆破试验确定。梯段爆破采用微差爆破网络，旱季采用115段毫秒电雷管联网，电力起爆。雨季采用115段非电毫秒雷管连
16、网，非电起爆。分段起爆药量按招标文件和技术规范控制，梯段爆破最大一段起爆药量不大于500kg；水平保护层上部一层梯段爆破最大一段起爆药量不大于300kg；临近建基面和设计边坡时，最大一段起爆药量不大于300kg。根据类似工程爆破试验得出的爆破参数，暂定爆破设计参数如下：梯段高度H=6.0m孔距a=3.04.Om排距b=2.03.Om超深L=0.5m炸药单耗q=0.40.6kgm3排间或孔间（有特别控制要求时在孔内）用非电雷管毫秒微差起爆。紧邻边坡预裂面的23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1/31/2,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。6.
17、5.5.3预裂爆破施工为使开挖面符合施工图纸所示的设计轮廓线，保证坡面基岩的完整性和开挖面的平整度，在边坡开挖施工中采用预裂爆破技术。预裂孔施工采用KQD-80型钻机造孔,孔径选用100mm,预裂孔间距为0.81.0m,钻孔深度按分级马道高程控制。装药选用32mm的乳化炸药，采用不耦合空气间隔装药结构，线装药密度根据爆破试验确定。预裂爆破起爆网络采用非电导爆系统，导爆索传爆，起爆方式同梯段爆破。为减小爆破震动对建基面的破坏，在预裂孔孔底设置5070cm柔性垫层，同时，预裂孔起爆时间应超前主爆孔100ms以上。预裂爆破钻爆设计参数：在未进行爆破试验得出最优化参数前，根据类似工程经验，孔距一般为0
18、.8L0m,线装药密度约为0.30.45kg进行爆破试验。预裂爆破施工流程见图6.5-3o安装钻机固定支架导爆索检查支架检查安装固定端杆绑扎药串钻孔质量检查孔口堵塞检测吹 孔孔口堵塞图6.5-3预裂爆破工艺流程图预裂孔装药结构预裂孔均使用间隔不耦合装药，由于预裂孔较深底部夹制严重，其底部线装药密度加大为正常段的24倍，底部1.5m为加强段；由于开挖区岩石较坚硬，且马道留有2.Om保护层，故堵塞不宜太大，取为LOm。6. 5.5.4保护层开挖保护层分层爆破施工方法按照水工建筑物岩石基础保护层开挖技术规范(SL47-94)要求进行。6.5,5.5沟槽开挖施工沟槽开挖必须选用合理、科学的爆破技术和开
19、挖方法，以确保设计轮廓成型。沟槽两边采用预裂(或光面)爆破技术，两边可同时起爆、分段控制、起爆时间相对滞后不少于100mso槽内石方类似保护层分层爆破开挖方法，起爆网络呈“V”型布置，顺槽逐排起爆，以减轻对两侧边坡的冲击震动。槽内钻孔采用手风钻，分层厚度不大于1.5mo7. 5.5.6钻爆质量要求边坡预裂孔造孔前，钻机停机面必须清理平整。严格按爆破设计的间、排距和设计坡度进行造孔，孔位偏差不得大于IOCn1。预裂爆破其相邻两炮孔间岩面的不平整度不得超过15cm,预裂缝宽度不小于I-Ocnio裂孔半径残留率应达85%以上，残留半孔壁不得有纵横向爆生裂隙，原生裂隙不得有明显张开。(4)距建基面1.
20、5m范围内不得有主爆残孔。在新浇混凝土、新灌浆区、新预应力锚固区、新喷混凝土及锚杆支护区、洞口附近，以及有特殊要求部位的爆破施工时，必须进行爆破方案设计和现场爆破试验。土石方开挖施工，详见投标文件附图土石方明挖施工示意图(图号：投附-BYH-SG002-2010(II)-06-02)。6.6支护施工工艺说明6.6.1边坡支护程序本工程边坡支护类型有：锚杆、挂网喷射混凝土。开挖边坡的支护，应在分层开挖过程中逐层进行。上层支护应保证下层开挖安全顺利进行施工。岩石状况较好的部位，可滞后一个开挖梯段，岩石差的部位，需紧跟开挖工作面及时进行支护。边坡松动石块的清理，要在开挖时进行。在每层边坡开挖完成后，
21、立即进行脚手架的搭设，然后，在脚手架上进行各类支护工作的施工。挂钢筋网及喷混凝土施工，在该部位各类锚杆施工结束后及时进行。预应力锚索施工，滞后喷锚支护一个台阶及时进行。边坡支护施工，详见投标文件附图导流洞进、出口及排沙放空洞边坡支护施工示意图(图号：投附-BYH-SG002-2010(II)-06-03)。一般边坡支护工艺流程，见图6.6-1。图6.6-1边坡支护工艺流程框图6.6.2脚手架搭设在开挖面边坡清理验收合格后，人工采用中48mm脚手管，搭设台阶式双排脚手架，脚手架内外立柱间距2.0%脚手架搭设范围，应超出钻孔或喷锚范围LOm以上。6.6.3锚杆施工岩石边坡在砂浆锚杆在施工前，应先对
22、其原材料进行试验，并进行砂浆强度试验以及锚杆抗拔力试验，以确保锚杆的施工质量。砂浆锚杆施工程序：布设锚孔f钻孔一清孔一检验一注浆f安装锚杆一孔口固定锚杆一拉拔试验抽样检查。锚杆采用YT-28型手风钻钻孔。钻孔前，先定出钻孔位置和钻孔角度。钻孔时，严格控制钻孔深度和钻孔角度，不得超钻或欠钻。钻孔结束后，应将孔内虚渣吹干净，并将孔口用稻草堵好。制作锚杆的钢筋，在使用前应调直、除锈、除油。灌注砂浆采用现场人工拌和。注浆用砂浆配合比应由试验确定，水灰比应为1:0.38-1:0.45,水泥标号P.042.5。拌和砂使用前过2.5mm方孔筛。拌和时，严格按照监理工程师指定的砂浆配合比进行拌和。砂浆应拌和均
23、匀，随拌随用，一次拌和的砂浆，应在初凝前用完，并严禁石块、杂物混入。锚杆采用“先注浆，后插杆”的施工方法。注浆施工时，先计算空余度，确定注浆量，再将注浆管插至距孔底5IOCm,随砂浆的注入缓慢匀速拔出，注浆完成后立即插杆，锚杆插入孔底并对中。注浆前，用高压风将锚杆孔吹净，以确保孔内没有积水和虚渣。使用BW-200小型注浆泵注浆，注浆开始工作前或途中停止超过30min时，应用水或稀水泥浆润滑注浆泵及其管路。注浆管应插至距孔底，随砂浆的注入缓慢匀速拔出，至孔口2030Cm时停止注浆并立即插杆。锚杆杆体插入孔内长度不应小于图纸规定的95%,锚杆安装完毕后，不得敲击、碰撞和拉拔锚杆。每300根锚杆进行
24、一组拉抗拔试验，每组三根，要求锚杆抗拔力大于设计值。6.6.4挂网施工钢筋网采用8mm光面钢筋，在加工厂调直后运到施工现场，按网格尺寸在坡面现场安装。钢筋网应贴近岩面，并与锚杆焊接（必要时增加插筋），网与网之间搭接长度不少于5cm,喷混凝土覆盖后不得外露钢筋。6.6.5喷混凝土施工6.6.5.1材料水泥：硅酸盐或普通硅酸盐水泥。骨料：细骨料应采用坚硬耐久的粗、中砂，细度模数宜大于2.5,使用时的含水率宜控制在5%7乳粗骨料应采用耐久的卵石或碎石，粒径不应大于15mm；喷射混凝土中不得使用含有活性二氧化硅的骨料，喷射混凝土的骨料级配，应满足表6.6-1的规定。表6.6-1喷射混凝土骨料级配表项目
25、通过各种筛径的累计重量百分数（%）0.6mm1.2mm2.5mm5mmIOmm15mm优17222331354350607382100良13311841265440706290100水：采用系统生产水池中的水。（4）外加剂：速凝剂的质量符合施工图纸要求并具有生产厂的质量证明，初凝时间不大于5min,终凝时间大于Iomin,经监理工程师批准后使用。配合比：通过室内试验和现场试验选定，并应符合施工图纸要求，在保证喷层性能指标的前提下，尽量减少水泥和水的用量。速凝剂的掺量通过现场试验确定，喷射混凝土的初凝和终凝时间，要满足施工图纸和现场喷射工艺的要求，其强度应符合施工图纸要求，配合比试验成果报送监理
26、工程师批准后方可施工。6.6.5.2喷混凝土施工方法喷混凝土标号根据设计确定，水泥采用不低于P.032.5硅酸盐水泥，骨料选用粗、中砂、小石，小石粒径515mm,混凝土配合比采用监理工程师签发的配合比，使用的速凝剂初凝时间才5min,终凝时间IOmino喷射混凝土前，采用高压风水枪冲洗岩面，对于遇水易潮解的泥化岩层处，采用高压风清扫岩面。在喷护面设钢筋头，以控制喷混凝土的厚度。喷射混凝土施工前进行喷射混凝土试验，对其喷射混凝土工艺质量的抗压强度进行测试，试验成果报监理工程师批准后实施。喷射混凝土分段分片依次进行施工，每20.Onl左右一段，喷射按照自下而上的顺序进行。喷射混凝土时，喷头垂直于喷
27、面，并距喷面距离约0.7m。喷射采用螺旋喷射法，螺旋直径30cm。控制回弹率15%。6.6.6排水孔施工排水孔在喷混凝土结束后拆除脚手架前施工，用潜孔钻钻孔。6.7主要资源配置主要机械设备配置见表6.7-l0表6.7-1主要机械设备配置表序号名称规格型号单位数量备注1液压反铲PC220-7台3序号名称规格型号单位数量备注2装载机ZL50台23m33自卸汽车IOt台64液压钻机D7台15多方位潜孔钻机KQD-80台36快速潜孔支架钻QZL-100B台37手风钻YT28台128液压破碎锤SB130台29混凝土喷射机TK961台310高速搅拌机ZJ-400台211高压注浆泵SGB6-10台312双层立式搅拌机JJS-2台313储浆搅拌机J-600台214注浆机BW-200台315混凝土罐车3mJ辆216载重汽车5T辆217千斤顶YCW-150台218电动油泵ZB4/500台219移动空压机12m3min台3
