9.9 某水电站厂房基础开挖安全专项施工方案

1工程概况

某水电站厂房为坝后岸边式厂房，位于坝下游1.3km处的××河岸边，厂区枢纽为引水隧洞发电主厂房，左副厂房，主变场和GIS开关站及安装间组成。厂房后边坡为64m高边坡，土石方开挖合同工程量为19.8万m。合同工期为10个月，具有工期紧，地质结构复杂，技术含量高的特点。

某水电站厂房下游侧为一冲沟，上游侧为T1a地层形成的斜坡地形和T1d地层形式的陡壁，其自然坡角分别为30°～50°、70°厂房地表为P2C+d地层形式的陡坎，坡积层较厚，成分为块石，碎石夹粘土，5～15m，自然坡角40°～50°。与厂区枢纽工程有关的地层主要为：P2c+d、T1d、T1d、T1d、T1d地层，T1d地层岸体呈全风化状，破碎严重。

厂区构造简单，为单斜地层，岩石以石灰岩为主，受大地构造运动的影响，在厂区基础部位，形成贯穿性溶洞，其延伸至河床底部，岸体褶皱极为明显，层面非常发育，形成层状结构。

岩石产状N10-15°W、SW30°-50°厂址水文地质条件由于P2c+d上部为相对隔水层，其间有不等厚泥岩存在，而且P2c+d地层产出部位地形较陡。厂房前沿河边一带，推测覆盖层厚3～5m，其成分为砂卵石、碎石等。

厂房基础座落在F11断层上盘、下盘中，受断层影响，岩层挤压强烈，小褶曲极为发育、局部岩层直立和发生倒转，岩体稳定性差、岩溶、断层、裂隙及夹泥层较为发育，这将给施工过程带来很大难度。

2方案确定

根据合同文件，设计图纸及有关技术规范的要求，采用自上而下高梯段分层开挖，开挖后的石碴沿河岸边出碴运至弃碴场进行场地治理。将有用的石碴用于临时道路和厂区进厂公路填筑及填筑围堰的施工方案。

2.1设备的选用

钻孔设备选用英格索兰LM-500C型潜孔钻、钻孔直径为?80，CM351潜孔钻，ROC742潜孔钻，100B等，钻孔直径为?115，YT-28手风钻，供风设备选用英格索兰25m和20m移动式空压机，出碴设备选用，T20自卸汽车和奔驰自卸汽车装碴设备选用日本小松400E正铲和CAT980F装载机及CAT320B反铲，推碴选用D8R（TY220）推土机。

2.2施工方案

厂后边坡开挖，根据地形的施工要求，开挖梯段按13.45m进行分层，并在EL.993.7m高程上进行了高边坡大梯段开挖，此层采用大梯段开挖的主要原因是，厂房后边坡与下游边坡为垂直边坡，如不一次开挖到EL.980.25钻机无法进行下一层预裂造孔，厂房右边坡EL.993.7～EL.973.9m为一垂直边坡，如一次开挖到位开挖面质量很难控制，且因引水隧洞支管出口顶部距母线廊道底板只有2.63m，如一次开挖至EL973.9m高程层，引水隧洞支管出口上部岩层稳定性极难保证，为保证开挖安全在母线廊道上保留6.99m保护层，分层进行手风钻开挖。 3

3

2-2

2-3

1

1

2-1

1

2

3

2.2.1分层

厂房后边坡基础开挖其分为五层逐层自上而下进行开挖，第Ⅰ层从厂房后边坡表面开挖到EL.993.7m高程，第Ⅱ层开挖至EL.980.25m高程，第Ⅲ层开挖到EL.973.9m高程，同时对EL.973.9～EL.965.13m，厂房尾水部分进行开挖，第Ⅳ层开挖到EL.965.13m高程，此段高程开挖到位后，可立即进行引水洞支管出的开挖。同时厂房基础继续向下开挖至EL.965.13m高程，第Ⅴ层开挖至EL.959.65m高程。

厂房下游垂直边坡开挖，进行分层预裂爆破，在EL.980.25m高程和EL.967.25m高程预留宽2m马道，一次性开挖到EL.954.25m高程，左副厂房开挖分层为第Ⅰ层EL.993.9～EL.980.25m，第Ⅱ层EL.980.25～EL.973.9m，第Ⅲ层EL.973.9m～EL.962.9m，第Ⅳ层为EL.962.9m～EL.954.25m高程。

2.2.2 土方明挖施工

采用自上而下全断面（除修坡）一次挖完，开挖范围内的覆盖层，包括松散的全风化，小于0.7m

3

3

的孤石采用1.6m反铲挖掘机挖装，20T自卸汽车运输，开挖过程中将回收砍伐的成材，具有商业价值的材料。按监理人员的指示堆放。弃土运至指定地区堆存。有机土壤按监理人的指示，运到指定地区堆放，为保证永久边直坡，在Qdl土层使用机械开挖时，预留有0.5～1m厚度保护层，再利用人工进行保护层开挖，修整边坡，满足施工图纸要求的坡度和平整度。

在开挖过程中，做好临时排水，及时修建和永久性排水沟及临时性截水沟，保护永久边坡。土方开挖完后，立即按设计要求，组织实施永久性支护等工作。

2.2.3深孔梯段爆破主爆孔

准备工作→测量放线→每一台阶石方开挖→每一台阶边坡永久支护→进行下道工序→边坡观测 深孔梯段的台阶高度的确定主要根据钻机性能，开挖边坡的地形情况和爆破振动要求及出碴的便易而不定的。某水电站厂房边坡及施工道路布置，经综合考虑，爆破孔梯段高度选为6m和9m。主厂房EL.993.9m高程以下边坡和厂房下游边坡，均为垂直面，考虑到施工机械布置情况，此部位施工过程均采用边坡一次预裂到位。爆破孔均采用垂直孔。为较好的解决爆破后岩石的大块率及所留残埂，根据岩体的节理及裂隙发育程度，合理选用深孔爆破的间排距。

(1) 钻孔直径D的确定

LM-500C和ROC742钻机的钻头直径d为大于76mm，CM351钻机的钻头直径d为105mm，100B钻机的钻头直径为89mm，考虑到钻孔时眼的扩大，实际孔径应为D=Fd（F为孔眼扩大系数），由于厂房基础岩体以灰岩为主，属中等硬质岩，相应的孔眼系数为1.1～1.14，则实际的孔径D为：

当采用LM-500C或ROC742钻孔时，D=（1.10～1.14）×76=83.6～86.64mm，取D=85mm。 当用CM351钻孔时，D=（1.10～1.14）×105=115.5～119.7mm D=115mm。 当采用100B钻孔时D=（1.10～1.14）×89=97.9～101.46mm取D=100mm。 (2) 超钻深度h和钻孔深度L的确定

超钻是为克服底板阻力，使爆破后不留岩坎，根据爆破试验，当采用LM-500C或ROC742钻机钻孔时，取超钻深度h=0.5m，当采用CM351钻孔钻孔时，孔径为D=115mm，此时有允许超径即h=0。

由于爆破孔采用垂直钻孔，钻孔深度L，可按或L=H+h进行计算，其中：H为爆破孔梯段高度，

h为钻孔超径深度，则：

当采用LM-500C或ROC742钻机钻孔，爆破孔梯段高度为6m时，钻孔深度L=6+0.5=6.5m，爆破孔梯段高度为9m时，钻孔深度L=9.5m。

当用CM351钻机钻孔，爆破孔梯段高度为6m时，钻孔深度L=6+0=6m，爆破孔梯段高度为9m时，钻孔深度为9m。

(3) 爆破最小抵抗线W的确定

某水电站厂房基坑开挖主要以LM-500C或ROC742钻机进行梯段爆破开挖，因此就以钻孔直径为

D=85mm，梯段高度H=6m，钻孔深度L=6.5m为例确定爆破最小抵抗线W。

根据里恰特介绍的计算方法，W=（20～40）d（其中d为药卷直径），当D=85mm时，爆破孔采用60乳化药卷，即d=60mm，则：

W=（20-40）×60=1200～2400mm，取W为整数，即W=2m。

(4) 爆破间距a的确定

炮孔间距a按下式计算：a=mW，m为炮孔邻近系数，取m=1.25，则a=1.25×2m=2.5m (5) 爆破孔排距b的确定

爆破孔采用梅花型错开布置，则b=na，取n=0.67，则b=0.67×2.5=2m。 (6) 单位耗药量q及单孔药量Q的确定

依据现场爆破试验和有关规范单位耗药取q=0.45kg/m。 单孔药量Q采用下列公式计算，Q=qabH=0.45×2.5×2×6=13.5kg (7) 装药长度L1的计算

装药长度L1按式L1=Q/q进行计算，其中q1为每米药包重量，当药包直径d=60mm时，q1=2.82kg/m，则L1=Q/q=13.5/2.827=4.8m

(8) 炮孔堵塞长度L2的确定

爆破孔采用连续装药的结构进行装药，孔口用黄土堵塞，堵塞时要捣实，以确定堵塞强度，堵塞长度L2=L-L1=6.5－4.8=1.7m。

各梯段孔径的爆破参数见表1：

表1爆破孔参数表

梯段高度H/m 孔径D/mm 超深h/m 孔深L/m 最小抵抗线W/m 炮孔间距a/m 炮孔排距b/m 单位耗药量q/(kg/m) 33

6.0 85 0.5 6.5 2.0 2.5 2.0 0.45 6.0 115 0 6 3.0 3.5 3.0 0.45 9.0 85 0.5 9.5 2.0 2.5 2.0 0.45 9.0 115 0 9 3.0 3.5 3.0 0.45 单孔装药量Q/kg 药包直径d/mm 每米药包重量q1/（g/m） 2.2.4 预裂爆破参数 (1) 预裂爆破孔间距的确定

13.5 60 2.827 28.35 90 6.362 20.25 60 2.827 42.5 90 6.362 根据公式，预裂孔间距a=（7～12）D，其中7～12为经验系数，D为预裂爆破孔孔径，当孔径很小时经验系数取大值，当孔径大时，经验系数取小值。

例：当钻孔直径为D=85mm，则预裂孔间距a=（7～12）D=（7～12）×85=595～1020mm，取a=80cm。 (2) 不偶合系数Dd确定

根据公式Dd=D/d，其中d为药卷直径，预裂孔爆破时采用32乳化药卷，则当钻孔直径取D=85mm时，Dd=D/d=85/32=2.7

(3) 线装直径取D=85mm(不偶合系数Dd=2.7为例) ①根据岩石强度和孔距计算，QX=0.36δ

0.630.67

a，其中δ为岩石极限抗压强度kgf/cm2。由于厂

2

0.67

区的岩石以灰岩为主，查相关书籍δ为400～600Kgf/cm，则QX=0.36×（400～600）80 381.6g/m。

②根据开挖施工规范SDJ211-83介绍的公式计算

=296～

QX=0.188aδ

0.5

=0.188×80×（400～600）=300.8～368.4g/m。

0.5

③根据岩石强度和钻孔半径计算

QX=2.75r0.38δ

0.53

=2.75×（85/2）

0.38

×（400～600）

0.53

=273.7～339.3g/m。

综合上述计算结果，QX=273.7～381.6g/m，通过现场爆破试验，选择线装密度QX=330g/m为宜。 ④为了克服预裂孔底部岩石的夹制力，确保预裂缝到底，孔底装药量需适当加大，其增加值为线装药密度的3倍，以上述选择结果，预裂爆破孔底部药包装药密度3QX=990g/m。

各开挖层预裂爆破参数见表2：

表2 预裂孔爆破参数表

项 目 钻孔直径D/mm 钻孔间距a/m 钻孔角度θ 钻孔深度L/ｍ 不偶合系数Dd 药包直径d/mm 线装药密度QX/（g/m） 底部加强药包/g (4) 预裂爆破施工情况

××厂房边坡993.9m高程以上所有台阶，993.9m～973.9m高程台阶、973.9m～953.65m高程台

EL.993.9m高程以上 EL.973.9m高程以上 100 90 60° 4～11.3 3.1 32 360 1100 85/100 80/90 90° 20～8 2.7/3.1 32 330/360 1000/1100 EL.959.65m高程以上 85 80 90° 14.25 2.7 32 330 1000