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1、复杂地质条件堆石坝填筑料级配控制施工工法1、前言近年来，堆石坝建设施工过程中，填筑料的颗粒级配是影响堆石坝建造过程中重要指标之一。填筑料开采爆破技术要求相较于通常的开挖爆破其标准化、合理化及规模化要求高。抽水蓄能电站上水库混凝土面板堆石坝填筑料源来自库盆开挖区，库盆为、东、三面环山的开挖区，库盆西侧、北侧出露基岩主要为崇礼岩群谷咀子岩组麻粒岩，库盆东侧出露基岩主要为中太古代麻粒岩，三大区域试验过程中，东西两侧（左右岸）岩石条件差异大，地质条件复杂，东侧（右岸）整体裂隙发育，岩体完整性较差，岩体构造带较为严重，局部为碎裂结构，相互切割。北面区域岩石条件整体优于东面区域，岩体完整性较好，无大构造，
2、节理裂隙较发育。西侧（左岸）岩石条件完整性较差，岩石强度低，且岩体破碎。合理的爆破设计是大坝主/次堆石填筑料级配控制的直接条件，通过不同地质条件、岩体结构及岩石强度进行现场爆破试验，从钻孔机械、孔间距、装药结构、联网堵塞等方面，在复杂地质条件下动态控制填筑料爆破参数，保证坝料级配无超径大块石，岩石具有一定的抗压强度，从而满足堆石料碾压后能达到较高的技术指标及填筑标准。2、工法特点2.1 堆石坝填筑料开挖爆破梯段高度根据大坝主/次堆石填筑料开挖料源区域整体地质情况、岩石条件、边坡设计梯段高度及爆破试验结果最终确定堆石坝填筑料开挖梯段高度为10.Omo2.2 分条件动态采用施工机械爆破区域岩石条件
3、较差，裂隙发育严重，岩石强度低为软岩时，选取钻孔直径较大机械，选用JK590液压潜孔钻机，钻孔孔径小IlOmn1；边坡预裂钻孔及爆破区域岩石条件较好为硬岩时选取钻孔直径较小机械，选用阿特拉斯D7液压钻机，钻孔孔径690mm；动态根据岩石条件进行机械选择，从而防止钻孔过程中产生卡钻现象及塌孔现象，通过便携式等距离爆破孔钻孔装置，准确定位打孔位置,进一步提高钻孔准确性及施工效率，保证粒径级配满足设计要求。2.3 分条件动态选用爆破参数根据大坝主/次堆石填筑料料源开采区域不同地形地貌、岩石特性进行各区域爆破钻孔、装药结构、爆破联网等试验。总结以下适应复杂地形、多变岩石条件的爆破设计及爆破参数，保证后
4、续大坝高峰期填筑施工时施工效率。岩石条件差且裂隙严重发育，岩体夹层较为严重时，爆破面积选择小区域,采用间排距3mX2.5n布孔方式，单孔装药0.50kg11）3,双堵塞爆破参数；岩石条件较好时，采用间排距3mX3.5m布孔方式，单孔装药0.45kgm3,双堵塞爆破参数；采用毫秒微差挤压爆破，采用连续耦合装药。拈孔平面及H破网络布置2.4 预裂效果良好，开挖体型完整通过库盆边坡爆破试验预裂效果分析，采用不耦合间隔装药，竹片绑扎，预裂间距1m；单孔药量：（底部加强）3300g+（间隔装药段）12300g的预裂参数预裂效果明显，炮孔残孔保留率不低于80%,且炮孔附近岩石未出现严重的爆破裂隙，较传统边
5、坡预裂效果理想。“M旦A4JjM产“w*-r：；MU藤猱麟麻蒯Q一（麴量Mlgm）图2.4T预裂孔装药结构及现场效果图2.5 填筑料爆破颗粒级配均衡、效率高复杂地质条件下填筑料动态调整爆破设计与传统的单一爆破设计相比较，爆破效率高，减少二次处理，提高利用率，大坝填筑料颗粒级配试验分析曲线在设计允许范围之内，级配均衡，爆破后填筑料满足设计指标。复杂地质条件下采用动态调整爆破设计单孔双堵塞段控制爆破颗粒分析试验报告见图2.0.3-1、2.0.3-2,采用传统单一爆破设计爆破颗粒分析试验报告见图2.0.3-3、2.0.3-4o图 2. O. 3-12.6 装药量小、环保要求控制高相比传统开挖爆破手段
6、，动态调整爆破设计装药量有效控制，可减少炸药爆炸产生的废气污染及废气排放量。2.7 施工进度提高，经济效益明显传统大坝主/次堆石料开挖爆破单孔装药约为0.50kg113-0.55kgm3,抽水蓄能电站上水库混凝土面板堆石坝填筑料通过本工法爆破单孔装药可有效控制为0.45kgm30.50kgm3,爆破参数可调整性高，该工法通过试验阶段的全面数据总结，超径石控制理想，有效减少大坝填筑料二次处理数量，节约人工、设备投入成本，缩短施工周期，提高施工效率，经济指标明显。抽水蓄能电站上水库混凝土面板堆石坝填筑料设计395.0万m3,计划填筑期20个月（考虑冬休期8个月），目前采用复杂地质条件动态调整爆破设
7、计进行爆破施工，月填筑强度可达38.00万招，填筑工期可提前2个月。3、适用范围本工法适用于水利水电行业堆石坝填筑施工及现阶段大力发展的抽水蓄能电站建设。4、工艺原理堆石坝主/次区填筑施工为保证大坝填筑施工质量，现场进行坝料级配专项爆破试验，从而确定大坝各填筑料源开采爆破参数，由于料源开采区域随开挖面不断扩大，地质条件及岩石条件各异，单一爆破设计无法完全达到相应的爆破效果，对后续填筑效率及质量产生影响。针对此现象，制定全方面、复杂地质条件下的大坝填筑料开采施工的爆破设计及质量控制措施，首先根据地质资料及相关设计规范要求制定多种爆破设计，然后从料源不同地质区进行多级爆破试验，筛选最优填筑料颗粒级
8、配试验分析曲线；后续填筑高峰期根据地质条件实时动态调整爆破设计，从源头保证填筑料颗粒级配要求。5、施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程5. 1-1复杂地质条件填筑料级配控制爆破施工流程图5.2操作要点5.2.1爆破地质勘察及试验地点选取根据地质勘察资料、现场开挖岩面及钻孔取样的方式，了解现场不同地质条件下岩石的强度及地质构造。由于岩体的结构特征很大程度上决定了岩体在爆炸荷载作用下的变形和破坏规律。例如抽水蓄能电站上水库库盆北、东、西三面根据设计地勘资料地质条件存在较大差异，首先选取北、东、西三面进行主体试验区进行地质勘察分析，参考爆破规范及类似工程初拟定爆破单耗量0.45kgm3、0.50
9、kgm3、0.55kgm3,孔间排距3.5mX2.5m、3.5mX3.0m、3.5m3.5m,起爆网络为微差并列平行、V型微差，堵塞结构为双堵塞、单堵塞等一系列组合爆破设计、爆破规模及最小抵抗线等主要指标。5.2.2 技术交底技术人员对现场围岩勘察后制定的初步爆破参数进行爆破交底，对机械、前排抵抗线、孔径、孔深、孔距、排距、孔内状况（有无水）、延米装药量、堵塞方式、起爆段别设置及网络连接方式等作出明确的说明，并提出施工要求和施工中应注意的事项后进行施工。5.2.3 验孔、装药、联网、爆破钻孔施工完成后由技术人员逐孔检查相关参数，并进行记录，作为爆破效果分析依据；验收完成后依据爆破设计指导装药、
10、堵塞、联网及爆破，根据规范及相关爆破要求流程完成爆破施工。5.2.4 2.4爆后分析、总结爆破完成并消除安全隐患后，使用挖机立面开采混合料，进行颗粒筛分规定取量，运至固定筛分试验地点进行筛分试验，并对爆堆形状、大块率、底部残留炮根及底部平整度的观察分析，进行记录，并将每次筛分试验成果绘制成级配曲线，并与规范和设计规定的级配包络线相比较。5.2.5调整爆破参数、总结最优最经济爆破设计根据各区域初次爆破完成后的填筑料级配试验结果分析偏差，调整对应爆破参数，按照施工程序进行爆破试验。5.2.6形成复杂地质条件下填筑料级配控制爆破设计根据现场实际地质描述及爆破完成后一系列最优爆破参数总结方案，最后建立
11、大坝主/次堆石填筑料开挖爆破动态控制操作方案，用于大坝填筑高峰期填筑料料源动态开采颗粒级配控制。抽水蓄能电站上水库大坝填筑库盆料开挖根据北、东、西开挖区不同地质条件试验，形成了开挖西区、北区，采用阿特拉斯D7液压钻机，爆破梯段为10m,间排距3mX3.5m,单孔装药0.45kgr113,双堵塞爆破，底板抵抗线3.Om的主体爆破参数。开挖东区采用JK590潜孔钻机，爆破梯段为10.00m,间排距3mX2.5m,单孔装药0.50kg?,双堵塞爆破，底板抵抗线3.Om的主体爆破参数。整体采用毫秒微差挤压爆破，爆破孔采用连续耦合装药，预裂孔采用乳化不耦合间隔装药，竹片绑扎的爆破参数。后续开挖施工依据已
12、试验形成的主体爆破设计根据开挖岩石条件变化进行动态调整，实时保证填筑料颗粒级配的优良性。6、材料与设备6.1 材料本工法实施主要爆破材料规格如下：乳化炸药：药卷直径32mm,重量300g卷，长度300mm。膨化炸药：40.Okg/袋。数码电子雷管：8号雷管。6.2 本工法实施单组试验主要人员、设备劳动力配置表见表6.2-lo表6.2-1劳动力配置表序号材料名称单位数量用途1专业技术员人3地质勘察、相关爆破参数拟定记录及总结2质检员人6孔深、孔径检查3钻工人6钻孔4司机人8反铲、自卸车、其他车辆5炮工人10装药、联网6普工人5辅助爆破7现场管理员人2现场技术质量负责8测量员人2施工放样、高程测量
13、9试验员人6料源颗粒级配分析劳动力配置表见表62-2o表6.2-2机具设备表序号设备名称单位数量用途1JK590液压潜孔钻机台2爆破孔钻孔2阿特拉斯D7液压钻机台1爆破孔、预裂孔钻孔3CAT330反铲台2场地整平、挖装4装载机ZL501场地整平5GPS台2测量放点7、质量控制7.1 进行爆破试验之前，表面覆盖层必须彻底清理干净，保证使大面平整且露出岩石面，便于布孔及钻机的定位。7.2 预裂孔边线2m范围内，大面平整度控制在20.Ocm,表面不得堆积虚渣和松动岩石，开口必须保证准确，同时避免岩渣掉入孔内引起卡钻，孔口表面岩石必须垂直于钻杆，否则容易钻机上飘和下沉造成超欠挖。7.3 每组试验施工前
14、技术人员必须严格按照拟定的爆破设计内容（孔位、孔深、孔距、倾角等），过程控制方法（定位方法、倾角、测量方法、开口、复测方法等）向施工人员进行技术交底。7.4 必须根据技术人员制定的爆破钻孔参数进行钻孔，每一孔造完以后，及时清除孔内的石渣及岩粉，用测斜仪对孔深、孔倾角、方位角进行检查，合格后用编织袋进行堵塞保护。造孔完成后现场技术人员进行造孔检查验收，并绘制造孔平面大样图及相关钻孔参数记录。7.5 爆破装药、堵塞及联网严格按照拟定爆破设计执行，对于装药结构、网络形式、单孔药量、单响药量要进行严格控制，严格按照爆破操作规程和操作工艺执行，技术人员对装药联网的全过程进行控制，对整个网络联结全部检查，
15、确认无误后方可进行爆破。7.6 对完成的每一组爆破试验，在爆破完毕后，对现场地质条件及爆破效果进行分析总结并进行归档工作。根据颗粒级配试验曲线对爆破设计进行优化改进,为下组爆破试验提供更优的爆破参数。形成大坝填筑料开采各区域多种地质条件最优爆破参数，指导后续填筑料爆破施工。8、安全措施1.1 进行爆破施工前，严格按照规范要求、爆破安全规程及政府监理等的相关规定办理爆破手续，严禁未经审批擅自进行爆破作业。1.2 爆破员必须持证上岗。进行爆破作业时，必须遵守爆破安全必须操作规程，要有专人负责指挥。1.3 进行中深孔爆破作业时，严格按照爆破设计施工，禁止超过规定的装药高度，禁止无填塞爆破，并制定安全
16、对策措施及事故应急预案。1.4 设置爆破安全警戒人员、划分爆破警戒线，设置警示标识，固定爆破时间，起爆前，所有人员必须撤出危险区。警戒人员到岗后立即中断途经警戒区域的道路，禁止所有人员及车辆通行。1.5 爆破之前必须同时发出音响和视觉信号，使在危险区的人员能够听到、看到。爆破后，经检查确认安全时，方可发出中止警戒信号。1.6 火工材料拉运至爆破现场，堆放在安全、可靠的地方，避免靠近道路及作业机械附近，并有专人看管。1.7 爆破施工中，采用预裂爆破、微差爆破等控制爆破技术。1.8 爆破作业工区内，工程爆破作业周围300.Om区域，不设置非施工生产设施。对危险区域内的生产设施和设备采取有效的防护措
17、施。1.9 采用缓冲爆破，遵循多钻孔、少装药、孔内不耦合装药等措施，达到弱松动的效果。8. 10各种爆破作业必须使用符合国家标准或部颁标准的爆破器材。9、环保措施8.1 严格执行国家、水利部、地方政府及建设单位有关生态环境保护的规定，贯彻“预防为主、保护优先，开发与保护并重”的原则。减少工程施工对环境的破坏。“三废”按规定排放及回收循环利用，确保工程所处环境及河流水系不受污染，并确保施工中的环境保护监控与检测结果满足业主和设计文件要求，杜绝发生重大环境污染事故，创“绿色工程”。8.2 施工机械设备按指定地点停放集中、整齐，施工道路进行经常性的检查和维护，道路每天洒水降尘，保持湿润，设置警示标志
18、，保证行车安全。8.3 施工区域设置安全警示标识标牌，严格执行环保、水保的法律法规，严格执行当地政府环保、水保的要求，认真贯彻执行8.4 开挖钻孔等作业时，钻机机具安装收尘装置，以减少粉尘的产生。8.5 开挖爆破方式采用预裂爆破、光面爆破，以减少粉尘的产生。9. 6建立设备“准入制度”并严格执行，保证施工设备、车辆废气达标排放。加强机械设备及车辆使用维修和保养，防止汽油、柴油、机油的泄漏，保证进气、排气系统畅通。10. 施工现场按照现行国家标准建筑施工场界噪声限值(GB12523-2011),采取消声、吸声、隔声等降噪措施，将施工区及其影响区的噪声影响减少到最低程度，并对施工现场的噪声进行必要监测和记录。10.效益分析抽水蓄能电站上水库混凝土面板堆石坝工程通过对复杂地质条件堆石坝填筑料级配控制施工工法的应用，克服了复杂不良地质条件带来的主/次堆石填筑料级配不均衡问题，提高了大坝填筑施工的进度、质量、安全及施工管理的效率，节约了工程施工成本，填筑效率明显提高，颗粒级配符合设计要求。复杂地质条件堆石坝填筑料级配控制施工工法其动态调整功能和精确爆破参数较常规爆破设计减少超粒径是二次处理施工，其边坡预裂效果明显，开挖质量得到严格控制，且大大降低了喷射混凝土用量，共计节约施工成本688.05万元，节省工期60天。
