土石方施工技术在水利水电工程建设中的应用

土石方施工技术在水利水电工程建设中的应用

马一鑫

身份证号码：510181198806182545

摘要：土石方施工技术应用在水利水电工程中，涵盖土石方开挖、填筑等内容。随着行业的发展，水利水电工程领域的土石方施工技术应用水平逐步提高，呈现出规模化、机械化、高效化等特征，即便遇到复杂地形或其它特殊的建设条件，妥善应用施工技术依然可取得良好的施工效果。但土石方施工技术的细节多，施工细节对整体施工效果有显著的影响。本文就土石方开挖施工技术在水利水电工程中的应用进行分析。

关键词：土石施工；水利工程；开挖

1 工程概况

某水电站的开挖工程包含厂房、压力钢管洞、调压井等区域的开挖。基坑开挖面的最低值为1456.40m，土石分界高度为1511m。右岸坡面1515m以下、以上两部分分别为石方开挖、土方开挖；1500.35～1525.35高程的斜坡斜率为1∶0.5。石方洞挖工程量为83479m3，引水洞和压力管道的长度为873.4m。

2 土石方开挖方法及施工难点

土石方施工的开挖方法根据现场施工条件、质量要求、工期要求等因素而定，主要选择两种开挖方法：一是调压井开挖，钻孔直径和孔深均较大；二是压力钢管洞斜井段洞挖，现场作业难度较大，工期较紧。土石方边坡为破碎的千枚岩夹板岩，以Ⅱ类、Ⅲ类居多，长度52m，在施工的扰动作用下易发生崩塌，不利于钻进的正常进行，同时由于边坡岩土体完整性不足而明显加大边坡成形难度。为在安全的前提下高效完成边坡的开挖作业，需加强对超挖率和欠挖率的检测与控制，施工人员严格按照设计进尺进行开挖。预裂爆破区域用碎石、黄土等材料加固，以防失稳坍塌。

3.2 圆弧段的钻孔

拱段用于联结上、右岸坡，下口弧小，施工精度高，涉及到的技术要点错综复杂。钻孔时，采取如下技术手段：

（1）根据设计图纸要求用TCR-402全站仪测量放样，明确桩基的布设位置和两侧斜坡底口相交部位。

（2）以测量放线结果为准，从开口线的位置钻孔，从中间向两侧造孔，按照此顺序依次完成各孔的钻进作业。

（3）钻孔时检测钻孔位置、深度等指标，禁止出现空洞交叉现象。

（4）妥善优化孔位排列和钻孔顺序，保证各孔有序分布。

3.3 装药

爆破选用Ф32mm乳化型炸药，采用气隙非耦合式装药结构，装药量控制在300～420g/m。为减弱爆破对周边无关部位的扰动，为前排主炮增设避震孔和减震孔，联合采取减少井眼装药量、优化炮孔间距等方法，在保证爆破有效性的同时减小爆破对周边环境产生的不良影响。

4 压力钢管斜井段洞挖

4.1 施工思路

在斜井段布设压力管孔，与上压钢管的上水平段保持40°的夹角关系。岩体以Ⅲ型板岩-千枚岩居多，局部存在Ⅱ型，总体呈稳定状态。施工时，首先开设Ф2m导向井，在此基础上进行扩孔成形。斜井从上部开始施工，逐步向下推进，导井从下部开始向上施工，开挖采用手工钻孔爆破的方法。

4.2 测放孔位

测量放样仪器选用TCR-402全站仪，由专业人员操作，准确测量导井剖面；确定钻孔的具体位置，用红色油漆设置醒目的标记。

4.3 钻孔

导井段中间区域设7个钻孔，用TY-26手风式钻机辅助TY-28气腿钻孔；在导向井方向对称设置2个由Ф25钢筋组成的爬梯。在与导向井壁面相距1.5m的工作面处设长度为3.5m的锚索，外露部分控制在50cm。在井壁上按照10m的间距依次布设工作物资储存平台孔，孔径和孔深均按1m的要求控制，尽可能布设在排土周边，以便摆放钻具以及员工日常施工中便捷取用。

4.4 装药爆破

爆破炸药选择的是2号岩用乳化炸药和光面爆破专用炸药，由人工按照设计方案将炸药以特定的数量安装到位，采取非电毫秒级雷管群联分段微差爆破的方法。

η——爆炸能量利用系数。

4.5 斜井扩挖

根据开挖施工要求适配自行装配的扩井机，以钢结构为原材料制作台车，用2台JM5低速卷扬机共同牵引一台矿车；在扩井车上配置对讲机和电铃，以便扩井过程中施工人员可便捷沟通；已经扩开斜井底部后，在此区域配置应急钢爬梯，一方面为后续施工提供可靠的硬件设施，另一方面以备不时之需，确保在出现异常状况后可灵活应对。

（1）测量放样：以设计图纸要求为准，用TCR-402全站仪测量放样，保证孔位的准确性，同时测放剖面周边的外形曲线；确定钻孔部位后，用红色油漆设置醒目的标记，在距边长5～10cm的位置设置外围孔，严格控制钻孔位置，避免欠深和过深的问题。

（2）钻孔：钻孔采用“TY-26手风式钻机为主，TY-28气腿钻孔为辅”的方案，根据钻孔情况，在周边安排光面爆破。

（3）装药爆破：炸药采用2号岩用乳化炸药和光面爆破专用炸药，非电毫秒级雷管群联分段微差爆破。选择合适的炸药后，由人工装药、联网，确认现场环境安全后，在专业人员的指挥下正式爆破。

5 调压井开挖

5.1 施工思路

在引水洞3+425.2m～0+0位置规划调压井，开挖直径30m，开挖深度71.6m，采用环形剖面形式。现场围岩以岩板居多，以Ⅲ级为主，少部分区域存在Ⅱ级围岩，稳定性差-基本稳定。根据安全和质量有效、高效的要求规划开挖方式，首先开挖长度和深度均为2m的导井，再扩孔直至孔洞满足设计要求为止。下部44.5m的导井从下部开始施工，分段有序向上推进；22m导井的设置采取钻爆成型的方法，一次完成。

5.2 导井开挖

井下以人工作业的方式进行下导井施工，分段有序进行，设备采用手持式风压钻机；上部导井以爆破的方法施作成型，遵循一次到位的原则。上部导井的爆破精度要求高，存在诸多技术细节，施工期间需加强控制。

（1）钻进精度的控制。按设计要求确定下一道导槽的施工部位，测放导孔后将中点和周边各孔位准确标出，用红油漆设置醒目的标记；调压井中间区域设中孔，边线位置设爆破孔，共4处。为保证钻孔施工的安全，选用垂直的钢管排架法，钻孔设备采用100型潜孔钻。钻进过程中及时用斜度计、罗盘两类仪器检测孔位，根据检测结果与设计要求的偏差采取控制措施，保证钻孔的准确性。钻进过程中，每增加一根钻杆随即检测钻头，以实测结果为参考调整钻头的姿态，维持钻头角度的合理性。地质勘察结果显示现场岩体偏破碎，钻孔时可能出现卡钻问题，为主动规避卡钻，采取边钻进边填黄土的方法。

（2）封口。在确认各钻孔均与下面钻孔相通后，将绳子从上部开始逐步向下伸入，在开挖成型的井口向上观望，经检查确认钻孔完全打开后，用小沙包封堵孔洞底部，从上方填入厚度约20cm的细沙。

（3）装药爆破。爆破采用Ф32mm、Ф72mm两种规格的乳化炸药，毫秒雷管与电雷管起爆，分段、分层有序进行。爆破作业的基本流程和思路为：封堵孔底→装药→封堵→装入爆炸物（根据分段情况控制各段的炸药用量）→爆破。

5.3 井身扩挖

首先打通导槽，初步形成溜碴井，设置水泥井圈（厚度2m、高度5m），从上部开始以分层的方法逐步向下爆破，每层施工均采用手风钻和水力钻头，反铲机抛渣，规划足够的空间用于停放停止运行的反铲机。为保证设备可自由停放，用自制铁板铺设场地。待水泥井圈施作成型后，开始扩挖，直至井身达到要求为止。

6 结束语

综上所述，在精细规划、科学施工之下，该水利水电工程的土石方施工作业均按照计划有条不紊地进行，压管洞口开挖提前一个月完成，施工安全、施工质量得到保障，施工效率大幅提高，表明工程采取的土石方施工技术十分适宜，对类似工程有一定的参考价值。

参考文献

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