南水北调中线石渠段施工爆破及超挖原因分析

2019-11-05徐友奇

水科学与工程技术 2019年5期

徐友奇

（河北省水利工程局，石家庄 050021）

1 工程概况

南水北调中线石渠工程是连接退水闸工程和岗头隧洞工程的重要输水建筑物，是中线京石段应急供水工程的重要组成部分。

石渠工程位于河北省保定市满城县境内，在漕河渡槽下游，与漕河退水闸相比邻，下游连接岗头进口明渠段。该工程为I级输水建筑物，过水断面为矩型，设计底宽26.5m，渠深6m。由221，182.1，5m三段直线渠段和134，202.9m两段弯道渠段组成，分全挖方、左挖右填，左填右挖3种，最大挖深30m，填方最大高度20m。挖方渠道一级马道以上内坡面采取锚喷及浆砌石护坡支护形式。填方段渠道基础采用混凝土砌石，渠堤采用浆砌石挡墙、墙后石渣填筑。渠道外坡为干砌石护坡。左岸边坡上部设截流沟进行渠道左侧边坡排水。

2 石方开挖施工程序及施工方法

2.1 石方开挖施工程序

石渠段岩石主要为燧石条带白云岩，石方开挖工程量较大。开挖施工程序如图1。

图1 开挖施工程序

2.2 石方开挖施工方法

2.2.1 开挖作业面

土方开挖完成至具备石方开挖施工条件后，用手风钻配合潜孔钻进行浅孔爆破，修整岩面形成较平坦的开挖作业面。

2.2.2 梯段石方开挖

石方开挖采用浅孔爆破与深孔爆破相结合的方法进行，以深孔爆破为主。

浅孔爆破采用Y26型手风钻造孔，孔径50mm；深孔爆破采用HQJ100潜孔钻造孔，孔径90mm。

深孔梯段微差爆破采用HQJ100潜孔钻造孔，炸药采用4#岩石铵梯炸药，孔内布设导爆索传爆，孔外采用电雷管起爆，排间微差爆破，炸药单耗控制在0.45～0.65kg/m3，施工时根据爆破效果及时调整爆破参数。爆破后石碴采用TY220推土机集料，1.0m3挖掘机配合装载机装料，用15t自卸汽车将石碴运至弃碴场。出碴后的作业面采用推土机进行清面，梯段爆破后形成的局部炮根，采用小炮爆除，在下次爆破前修整岩面形成较平坦的开挖作业面。

为保证爆破后形成的边坡坡面平整，保证后续爆破施工质量，边坡开挖采用预裂爆破的施工方法成型。

为便于施工期间的自然排水，台阶开挖成1%的斜坡。

2.2.3 梯段开挖爆破参数

石渠段爆破设计原则是根据施工机具、地质情况，结合类似施工爆破经验，并在施工中结合爆破效果进行爆破试验，初步确定了爆破参数。根据爆破试验的爆破效果对爆破参数进行调整优化，以得到一个适用于本工程的合理的爆破参数。

2.2.4 保护层及边坡排水沟开挖施工

为保证基岩和底板的完整性，接近建基面开挖时，需预留1.5m厚的保护层，保护层采用“一次爆除法”开挖。

（1）“一次爆除法”施工。根据爆破试验，手风钻进行加密钻孔，孔深1.5m （孔底不得进入建基面以下，应在建基面水平面上），孔排距0.6m，间距1.0m，孔底30.0cm填软垫层（锯木屑、草团、小木块），排间微差爆破。爆破后使用推土机集碴，1.6m3液压挖掘机装15t自卸汽车出碴。

（2）马道截流沟开挖采用沟槽开挖施工。手风钻钻孔，密集浅孔爆破，人工配合反铲扒碴装车运至弃碴场。

2.2.5 边坡开挖施工

石质边坡开挖采用预裂爆破的施工方法，其爆破参数亦通过爆破试验确定，在钻孔前精确测量边坡开挖线，并用红油漆标明预裂孔位。钻孔时，采用水准仪配以铅锤和样架控制钻孔角度，钻孔过程中，适当降低钻孔速度，以确保钻孔的准确无误。装药时，先将药卷按设计间隔装药结构用胶布绑在竹片上，然后放入孔内，封孔时先用纸团放置在药卷顶部，最后用钻孔岩屑封堵孔口密实。

孔网布置及装药结构：采用间隔装药方式，孔内采用导爆索引爆，孔外采用毫秒微差电雷管与导爆索联接，电雷管采用串联方式进行联网。

2.3 石渠施工爆破影响

整个石渠段爆破后，从岩石爆破面观察，爆破孔残留率低，岩石表面平整性差，爆破面凹凸不平，超挖地段较多，该段石方超挖4200m3。

3 超挖原因分析

3.1 地质条件较差

该段岩石节理、裂隙发育，岩石完整性差，且发育有宽大破碎带。

3.1.1 桩号377+621.0～377+877.360

（1）该段基岩为蓟县系雾迷山组含燧石条带白云岩：灰白色，弱风化，细粒结构，层状构造，中厚层～厚层，局部夹薄层，层厚40～70cm，薄层一般厚度5～15cm。岩层产状为：走向NE75°～85°、倾向NW、倾角6°～13°。

（2）发育F1断层，正断层，产状。走向NW280°、倾向SW、倾角30°～40°，宽0.6～1.0m，断层带为黄褐色含碎石黏土，碎石含量10%，此断层延伸较大，影响带不明显。

（3）发育有两组节理。①走向NE55°～65°、倾向SE、倾角82°，节理间距30～40cm，节理张开，张开宽度3～7mm，节理面锈染严重，呈棕褐色，本组节理较发育，延伸较大。②走向NW265°～285°、倾向SW、倾角68°，节理间距8～20cm，节理闭合，节理面锈染。

该区域局部分布有小面积的坡残积含壤土碎石，碎石块径2～4cm，岩性为白云岩。裂隙L1走向NE40°、倾向NW、倾角80°～85°，裂隙宽度5～10cm，充填有黏土碎石，呈黄褐色、碎石块径5～30mm，裂隙L1、L2之间局部岩层有褶皱现象。裂隙L2走向NE37°、倾向SW、倾角80°，宽20～30cm，充填有黄褐色含碎石黏土。

3.1.2 桩号377+810～377+860段

（1）走向NE60°～85°、倾向SE、倾角60°～70°，节理张开，张开度1～3cm，节理延伸一般不穿层，间距15～25cm。

（2）走向NW330°～350°、倾向SW、倾角70°～85°，节理张开，张开度2～3cm，节理延伸一般不穿层，间距30～50cm。

（3）在桩号377+840发育一条辉绿岩脉，产状：走向正N、倾向正W、倾角85°，黄绿色、辉绿结构，块状构造，宽度40～70cm，岩脉与岩层接触面可见烘烤面。

该区域岩石表面大部可见小溶孔，岩层面锈染呈红褐色，存在数条层间夹泥，夹泥厚度一般10～20cm，局部可达30cm，大部为红褐色含碎石红黏土，碎石含量一般30%～45%，局部可能更高。少数层间夹泥为黄红～红褐色黏土。该区节理裂隙大部较宽大，充填有红褐色黏泥。

3.1.3 桩号377+877.360～378+011.556

该段基岩为蓟县系雾迷山组含燧石条带白云岩。灰白色，弱风化，细粒结构，层状构造，中厚层～厚层，局部夹薄层，层厚50～80cm，薄层一般厚度5～10cm。岩层产状：走向NE60°～75°、倾向NW、倾角6°～12°。有两组节理发育：

（1）走向NE50°～70°、倾向SE、倾角60°～70°，节理延伸一般不穿层，间距15～25cm，在右壁间距变短，节理张开，张开宽度2～5mm。

（2）走向NW290°～320°、倾向SW、倾角70°～80°，节理延伸一般不穿层，间距30～50cm，在右壁间距变短，节理张开，张开宽度2～5mm。