第11章 厂区枢纽土石方工程.docx
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第11章厂区枢纽土石方工程
第11章厂区枢纽土石方工程
11.1厂区土石方工程概况
11.1.1地形地貌
电源电站厂房位于其培市下游约9km的恩梅开江左岸斜坡上，斜坡坡顶高程约1100～1500m，相对高差约800～1200m，地形相对较平缓，地形坡度25左右，厂房区大面积残坡积物覆盖，零星可见闪长花岗片麻岩出露。
11.1.2地质情况
厂房区地质构造简单，地表调查未发现断层及褶皱。
片麻理倾向110～135，倾角67～76。
地表调查未见泉水，厂房区水文地质条件简单。
根据5个钻孔及槽探资料，厂房区覆盖层及全风化层厚约11.6～18.9m，强风化带厚约0.7～4m，弱风化带厚约3.9～14.3m，弱风化顶板高程随地形变化。
根据厂房开挖设计，将形成高12～50.5m的人工边坡，上部约11.6～18.9m为松散层边坡，下部岩质边坡发育三组裂隙，裂隙组合切割构成块体，开挖边坡总体稳定性较差，边坡成型后，需对边坡锚喷、浆砌石护坡等处理形式。
11.1.3设计主要工程量
厂区开挖及边坡支护工程量表
工程
部位
序号
工程项目名称
单位
工程量
备注
厂
房
开
挖
及
边
坡
支
护
工
程
1
厂区及尾水渠土方开挖
m3
123996
2
厂区及尾水渠石方明挖
m3
289325
3
厂区石渣混合料回填
m3
23355
4
砂浆锚杆（φ25，L＝4.5m）
根
658
砂浆M25
5
砂浆锚杆（φ25，L＝6m）
根
349
砂浆M25
6
喷混凝土C20厚10cm
M3
1056
7
挂机编网
m2
10560
8
混凝土C25（三级配）挡土墙
m3
700
9
浆砌石护坡
m3
961
M10水泥砂浆
10
排水孔（φ56，L＝1.5m）
m
48
11
排水孔（φ56，L＝5m）
m
3453
12
塑料排水盲管φ50
m
3428
外包200g/m2土工滤布
PVC管（φ50，L＝0.4m、0.7m）
m
349
截水沟槽挖
m3
380
截水沟
m3
167
30cm厚浆砌片石
矩形塑料排水盲沟
m
663
塑料芯体140×35mm（高×宽）外包滤膜
排水钢管（φ200）
m
41
混凝土排水沟C20（二级配）
m
315
11.2施工进度及高峰月开挖强度
11.2.1控制性工期
根据招标文件及工程施工总进度计划安排，2008年3月1日厂区主体工程正式开工，由于前期施工准备及临时工程等工作，厂房土石方开挖及边坡锚杆、喷混支护等主要节点工期安排如下：
厂房及尾水覆盖层土方开挖：
2008年5月11日至2008年6月10日；
厂房及尾水269.30高程平台以上石方开挖：
2008年6月11日至2008年8月1日；
厂房及尾水269.30以上边坡锚杆、喷混支护：
2008年8月2日至2008年9月10日；
厂房及尾水269.30高程平台以下石方开挖：
2008年9月11日至2008年11月25日；
厂房及尾水269.30以下边坡锚杆、喷混支护：
2008年11月26日至2009年1月20日；
厂房基坑清理：
2009年1月21日至2009年1月31日。
11.2.2开挖强度
施工期高峰月土方开挖强度为123996m³/月，石方开挖高峰月强度为72331m³/月，根据我公司施工经验及机械配置计算，选用1台D220推土机配合1台CAT330B反铲和2台CAT320反铲挖掘机进行厂区边坡和基坑的土石方开挖，其中T320推土机主要负责覆盖层的剥除和土石方渣料的集渣，2台CAT320反铲挖掘机负责装渣，1台CAT330B反铲挖掘机负责厂区及尾水土石方的集料和部分次坚硬岩石的清理等工作，为开挖作业面的展开及满足高峰月的开挖强度要求，对机械留有富裕效率。
根据开挖强度，按每月25天工作日计，按照开挖强度的日最高强度为5000m³/天，按每天20h计算，小时运输强度为250m³，拟选用20t自卸汽车运输，从厂区至渣场的运距约为1.5km，往返一次约需30min，按正常运行车辆计算为10辆，按运输车辆的0.75利用率计，需配置14辆20t自卸汽车可完全满足土石方运输需要。
11.3厂区开挖及支护施工程序框图
厂区开挖及支护施工程序框图见下页。
11.4施工准备
11.4.1控制网复测
工程开工后，由项目总工带领测量工程师，会同监理工程师，接收各控制网点；并用全站仪对外线控制网坐标进行校核；必要时加密控制网，增设水准点，建立首级平面及高程控制网。
测绘厂房及尾水开挖区1:
200地形图，测图范围超出开挖范围边线20～30m。
测绘开挖纵横剖面图并校核工程量，剖面间距不大于20m，复杂地形和变化较大部位应适当加密。
所有测量成果资料准确，应及时报送监理工程师审批，作为测量放线和工程量结算的依据。
11.4.2施工测量放线
依据施工图纸及监理工程师提供的厂房控制坐标及高程进行准确定位测量，厂房平面控制采用坐标网控制，根据已知的控制点依次完成厂区建筑物主要轴线坐标点的控制，并且保证这些点相互通视，稳固不动。
高程控制采用水准测量，在场区开挖边线外布设两个高精度水准点。
两个水准点的高差以安置一次水准仪即可联测为宜。
水准测量采用四等水准测量联测，开挖断面内采用五等水准测量。
并做好控制引桩和测量记录，控制引桩要按技术条款规定做好防护，以免施工中破坏。
现场放出的厂房开挖边线应得到监理工程师的验证和批准后方可进行电站厂房的土石方施工。
每道工序开工前和出碴清面后应由测量人员测放开挖范围边线（或上开口线）、预裂孔开口线、方向线以及开挖面高程，然后用石灰洒出厂房土石方开挖边线和控制桩的防护。
在施工过程中，应加强边坡和高程的控制，以最大限度减少超欠挖。
11.4.3资料提供
准确、及时向业主和现场监理提供中间及竣工验收资料以及月报（收方断面图及工程量计算表）。
11.4.4施工道路布置
场内、场外开挖施工道路布置详见《施工总平面布置图》。
11.4.5风、水、电供应
11.4.5.1供风
本工程的厂区石方开挖，大方量的开挖施工其钻孔设备主要考虑采用HCR-180D液压钻机一台，功率77kw，重量7.0t，为自备供风系统，不需机外供风，用风主要考虑保护层开挖钻孔、边坡喷锚支护所采用的QZJ-100B潜孔钻机及7655型手风钻的需要，拟配备2台20m3/min和3台12m3/min的移动式柴油空压机供风，根据施工需要灵活调配，供风总量为76m3/min。
11.4.5.2供水
为便于厂区用水，厂区供水在设计消防水池附近自建一个120m3的高位水池，开工上线后，首先进行高位水池供水系统的施工，沿线布置进、出水管线至供水作业面。
厂房土石方开挖施工用水主要考虑边坡喷锚支护、锚杆洗孔、建基面清洗的需要，主供水管路选用D150mm钢管由供水系统接至厂房后坡上120m3高位水池，支路水管选用D150mm钢管自上而下布设，最下端接D50mm钢管至厂区开挖和厂区混凝土作业面各施工用水点，其布置长度参见施工总平面图供水布置系统。
11.4.5.3供电
现场采用自备75KW发电机供电，施工用电主要场所为：
场地夜间照明及基坑工作面排水水泵及边坡喷混用电需要。
11.4.5.4照明
厂房边坡开挖作业面选用四台3.5KW太阳灯照明，作业点选用1.0KW碘钨灯照明，厂房基坑选用两台3.5KW太阳灯照明，照明系统随着高程开挖面的降低，各个照明灯根据各自工作面进行实地布设。
11.4.6覆盖层开挖
根据招标文件地质资料及工程区现场踏勘，厂区及尾水大面积残坡积物覆盖，零星可见闪长花岗片麻岩出露，厂区覆盖层开挖按照现场实际覆盖厚度和监理工程师指定的方式，利用施工便道，用D220推土机集料，320反铲挖掘机装20t自卸汽车运至指定地点堆弃。
11.4.7厂区截水沟开挖
为防止雨季雨水、洪水沿山体边坡进入土石方开挖厂区，厂区土石方开挖前应沿厂房西北角山坡上开口线（高程在320.0m以上）沿山体外侧等高线布设一条人工开挖截水沟，截水沟为梯形断面采用厂房去截水沟开挖衬砌断面形式，衬砌好后截水沟底宽1.0m，深1.0m，沟坡1:
0.5，截水沟长度约为150m左右，其最终长度应依据现场实际情况确定；截水沟用爆破块石砌筑，厚度30cm，砌筑砂浆为M7.5，抹面砂浆为M10。
土方开挖410m3,浆砌石185m3,截水沟应与山体自然排水沟相连形成自然排水系统，以避免雨水汇集冲刷坡面和流入正在施工的厂房区及厂房基坑。
11.4.8弃渣场
依据招标文件电源电站厂区施工征地范围图及厂区现场踏勘可知，厂区主弃渣场为提供的征地厂区弃渣场和厂区存料场，两个料场离厂区平均运距1500m，厂区至弃渣场的运输道路为场内运输道路，路面为30cm的碎石路面。
11.5厂区开挖的主要施工方法
厂区系统开挖采用自上而下分部、分期、分层机械钻爆开挖的施工方法。
首先完成厂区269.30m以上高边坡土石方开挖及边坡支护，其次为厂房269.30m以下及压力钢管258.30建基面、厂房基坑、副厂房、安装间基坑、尾水渠、尾水下坡段的石方开挖，以备全面进入厂区的混凝土作业阶段。
11.5.1土石方开挖原则
⑴所有土石方明挖必须自上而下分层分段进行，严禁自下而上或采取倒悬的开挖方法,施工中随时作成一定的坡势,以利排水,开挖过程中应避免边坡稳定范围形成积水。
⑵清基范围包括护坡坡身、坡脚的建基面及其它建筑物基础，其边界应在设计基面边线外3m～5m，基础表层不合格土、杂物必须清除，并运至指定地点堆放。
⑶在施工前,详细了解工程地质结构、地形地貌和水文地质情况。
对可能引起的滑坡和崩塌体应及时采取有效的预防性保护措施;在陡坡下施工,应仔细检查边坡的稳定性,如遇有崩塌体等,应事先作好妥善的清理和支护。
⑷掌握设计及规范要求，确定适用的施工方法及技术标准。
施工尽可能采用新技术、新工艺、新材料、新设备、新方法。
11.5.2施工特点及对策
11.5.2.1施工特点
⑴本标段土石方明挖工程量大，工期紧，施工道路狭窄，且随着厂房区开挖高程的降低，施工临时道路随着地形发生变化；
⑵厂房基础开挖深度大、面积广，边坡高，轮廓较复杂，开挖质量要求高；
⑶施工现场多工种平行作业，施工集中，施工干扰大；
⑷地表调查未见泉水，厂房区水文条件简单。
11.5.2.2施工对策
⑴配备充足的配套开挖设备，确保开挖施工强度，合理组织，统筹安排，实现开挖节点工期目标。
⑵开挖过程中，及时对开挖出露边坡进行支护，加强边坡排水，确保边坡稳定。
⑶合理安排现场施工工序，采取分区、分段、分层开挖方法，合理组织生产，减少施工干扰。
11.5.2.3土石方开挖总体规划
开挖总的方式为敞开式开挖，先上游后下游、先高后低、先厂房后尾水的施工原则，充分利用尾水渠与电站厂房的高程差布设电站厂房开挖面的出渣道路及临时排水线路，出渣道路在269.30高程以上石方开挖可顺开挖面等高线布置，最后与场内的进场公路和到料场的盘山道路连为一体；厂房高边坡开挖道路随时根据开挖面进行布置，坡降满足汽车运输条件。
在269.30高程以下出渣道路主要利用厂房基坑及尾水的开挖面逐级进行降低，同时由尾水出渣沿等高线迂回到269.30高程以上的弃渣道路上。
排水系统原则上为顺山体自然排水布置流向自然排水沟。
合理的进行分段分层，为保证开挖连续有序进行，电源电站厂房按照平面划分（沿厂房压力管道右侧左右岸边坡马道的交汇线为分界线）左侧土方开挖为第一施工区段,右侧土方开挖为第二施工区段；考虑到厂区土石方开挖的高度较大，最高点距厂房基底垂直落差在67.5m，为减少边坡支护时周转材料的使用和施工时的安全问题，空间纵向在高程269.30以上土石方开挖、边坡支护完成后，进入厂房和尾水269.30高程以下石方开挖。
在269.30高程以下这个工作面上厂房基坑开挖为二、三个区段，尾水开挖为四区段，考虑到除渣的道路问题，为便于场内运渣，在进入厂区269.30高程以下石方开挖时，沿2#机组纵向轴线向下游方向左右两个相对的工作面在三、四区段的基础上各划分为左右两个工作面，为给边坡石方爆破创造好临空面，左右两个工作面施工前为先导坑的施工方法，在先导坑工作面形成后，左右两个工作面采取上下递进开挖的流水作业方式，同时施工道路随时沿左右岸山体等高线根据车承载力的纵坡进行布置，临时施工道路宽度5m,长度在厂区内200m左右，施工便道纵坡不宜大于8%，同场内269.30高程处的进场道路与上山1.5km的施工道路连为一个整体，同时在行车的过程中应保证行车安全。
在土石方开挖的过程中，各个土石方开挖区段根据开挖及运输的需要，划分为不同的开挖块，区段内不同分块的开挖，多工作面敞开式开挖的方式。
以厂房开挖为核心、统筹安排尾水渠的土方开挖。
原则上保证厂房正常开挖的同时做到平面开挖多工作面，立面多工序多层次立体交叉施工，（如边坡休整等工作），确保土方开挖到底，边坡等附属工作同时流水施工完毕，以确保施工进度。
重视加强对边坡的支护和防护，保证边坡的稳定，确保安全施工。
厂房土石方分层开挖原则
厂房开挖采取敞开式分层开挖，针对厂区系统工程的特点及机械作业的有效半径，施工中拟采取划分区段分层、分块开挖方案。
每层厚度约为10.0米，从上游向下游方向进行施工。
11.5.3土石方施工方法
11.5.3.1场地清理
施工前由测量放出设计开挖边线，对开挖范围内的原始地形、地貌进行复测，核实开挖原始断面，确定开挖及清理范围，人工配合反铲挖掘机清理开挖区内的植被、杂物，并在开挖开口边线外按设计要求做好排水沟。
11.5.3.2开挖高程及马道分布
厂房西北角后坡开口线高程约320m，厂房区平台高程为269.30m,该平台坡高约50.7m，坡比为1:
1，中部设四级马道，每层马道高度10m；对于主副厂房平台269.30高程至252.50m高程，其垂直高差16.80m，分两级小平台，平台高程分别为261.00m、255.80m及基底高程252.50m三个施工台面。
11.5.3.3分层及开挖方式
由图纸可知，高程300m～320m马道之间为全、强风化覆盖层，按照10m高一个分层段，分为两层；对于全风化层采用反铲直接开挖，装自卸汽车运至厂区弃渣场，进入强风化层后，采用手风钻钻孔进行进行边坡预留保护层的开挖方式。
高程300m马道至厂房、尾水基底边坡均采用液压钻机钻孔预裂爆破。
基岩采用梯段微差爆破,梯段高度10.0m,梯段微差间隔时间1、3、5、7、9或2、4、6、8MS电雷管、导爆管起爆方式，自上而下开挖至厂房、尾水基底高程，石渣采用反铲装自卸汽车运至弃渣场。
11.5.3.4土方开挖
土方开挖采用自上而下分层开挖的方式进行。
施工程序详见下图
土方开挖施工程序框图
机械设备经施工道路进入工作面，直接挖装或推土机配合推集反铲挖装，自卸汽车运至指定渣场。
局部机械无法到达的部位采用人工手风钻开挖。
土方开挖施工中形成一定的坡势，以利于施工期间的排水，避免形成积水。
土方边坡修整：
对于顶部开挖土层较薄地段，人工削坡；在土层较厚地段，采用反铲削坡、辅以人工修坡。
11.5.3.5石方开挖
根据分区、分层布置，结合施工道路布置情况，石方开挖采用自上而下、由外向内的顺序进行施工。
各区、层的开挖按钻孔、爆破、出渣等各道工序依次进行，形成多工作面流水作业。
石方开挖施工程序见下图表。
石方开挖施工程序框图
11.5.3.6钻孔、装药、起爆
厂区大面石方开挖采用梯段爆破、边坡预裂的方式进行施工，梯段高度一般为10m。
钻孔：
主爆孔采用HCR-180D液压钻机造孔，钻孔直径为φ76mm，间排距为2.5-3m，排距为3.5～4m；岩石边坡采用预裂爆破，造孔采用液压钻机和YQ100B潜孔钻机（较缓边坡）钻孔，间距0.8-1m左右，对于较薄及边角边坡开挖部位，采用手风钻造孔；为减小爆破对边坡破坏，爆破孔与预裂孔间设一排缓冲孔。
装药：
爆破孔单耗根据的开挖经验，按0.3-0.35kg/m3控制，装药采用散装炸药连续和间隔装药；预裂孔采用竹片绑扎管状炸药间隔装药，导爆索串联φ32mm药卷间隔装药，线装药密度为230～300g/m控制。
起爆方式：
采用毫秒延期非电微差起爆网络，最大单响药量按不大于300kg控制。
出渣：
出渣主要采用挖掘机挖装，20t自卸车运至渣场，平均运距约1.5km。
11.5.3.7开挖面先锋槽开挖方法
厂区269.30高程以上和269.30高程以下的石方开挖及尾水渠的石方开挖工作。
应在各个区段横轴线方向选定一个相对称的局部区域，进行开挖面先锋槽（先导坑）的开挖，先锋槽宽度在5~8m之间，深度在8m，方法采用钻机掏槽主爆施工方法，为厂区及尾水各作业面大面积开挖创造临空面及施工作业面。
11.5.3.8排水沟开挖方法
高边坡各马道设有排水沟，排水沟采用手风钻，采用小药量、小单响的爆破，爆破孔间排距为1.2×1m，爆破孔间距为0.5m。
11.5.3.9保护层及马道开挖
为确保马道或基础建基面不遭受破坏，临近边坡马道或基础建基面时，预留1m厚岩体，采用深孔水平光爆法施工，以确保马道的成型，局部地方采用风镐修整。
起爆方式：
采用毫秒延期非电微差起爆网络，最大单响药量不大于30kg。
11.5.3.10爆破参数
深孔梯段开挖钻爆参数表
序号
钻爆参数
单位
液压钻机
手风钻
1
孔径
mm
76
42
2
梯段高度
m
10
3-5
3
钻孔深度
m
10.6
3.3-5.5
4
孔距
m
3.5
1.5-1.7
5
排距
m
3.0
1.2-1.4
6
药卷直径
mm
60
32
7
单位耗药量
Kg/m3
0.45～0.35
0.25～0.3
8
单孔药量
kg
36～42
1.5～3.0
9
孔口堵塞长度
m
2.4
1.3-1.5
10
装药结构
连续
11
爆破网络
非电起爆
岩石边坡预裂爆破钻爆参数表
序号
钻爆参数
单位
液压钻机
手风钻
1
坡比
1：
0.75
1：
1
1：
0.751：
1
2
孔径
mm
76
45
3
孔距
cm
80
60
4
药卷直径
mm
32
32
5
不耦合系数
1.27
1.41
6
孔深
m
10.0
3.3-5.5
7
线装药量
g/m
8
堵塞长度
m
0.8-1.2
0.6-0.8
9
装药结构
间隔
间隔
10
爆破网络
导爆索串联网络
说明
1、在预裂孔装药时,首先将药卷和导爆索绑扎在毛竹片上，然后缓缓送入预裂孔内。
2、采用1-15段非电雷管进行分段起爆，最大单响药量按不大于50kg／响进行控制。
3、预裂爆破至少先于梯段爆破100ms起爆。
11.5.3.10开挖、钻孔、运输设备选型
边坡预裂孔和基岩梯段孔均选用2台HCR-180D型液压钻机造孔，孔径φ75mm；边坡为QZJ-100B潜孔钻，局部选用YT-28/7655型手风钻造孔，孔径φ42mm，个别地方边坡、基底采用风稿进行整修。
运输为14辆20t自卸汽车。
钻孔设备：
主要选用ROC-712型液压钻机二台、QZJ-100B潜孔钻/7655型手风钻；
挖装设备：
主要选用CAT330两台、CAT320一台反铲挖掘机，D220推土机一台；
运输设备：
主要选用北京现代T20（20t）自卸汽车14辆。
造孔设备：
锚杆孔设备：
孔深≤5m，采用YT-28/7655型手风钻造孔；孔深＞5m，采用YQ100B潜孔钻机造孔；
11.5.3.11场内运输道路
根据地形条件和施工道路布置情况，拟在高程310m、300m、290m、280m、和269.30m随地形形成出渣平台，出渣道路5M宽，临时道路40m至200m长，随开挖高程降低而降低，最后至269.30平台高程，由场内道路1.5km至弃料场，同时在开挖过程中，根据地形、地势情况，在开挖出渣过程中，每开挖一层即用挖掘机配合人工对边坡清理一层，以保证安全施工。
在269.30平台高程以下进行开挖时，厂房与尾水石方同时进行开挖，施工临时道路沿厂区先锋槽慢坡向尾水渠方向布设，道路沿尾水渠等高线高程回到269.30平台至厂区1.5km的弃料场。
11.5.3.12开挖施工要点
在开挖过程中，随时注意边破变形，及时跟进支护。
压力管道基槽开挖中，应严格控制炮孔的装药量，保证槽间岩体的稳定，
作好基底保护层的开挖，并结合基坑排水沟集水井的施工，作好雨季基坑抽、排水工作。
11.5.4石方钻爆实验
11.5.4.1概述
该电源电站厂区边坡、基础岩石开挖爆破，具有开挖量大、施工强度高、质量要求严的特点，且水工结构复杂，开挖形状多样、边坡各异。
在厂区开挖施工过程中要避免爆破对基础岩体造成层面错动、裂缝扩宽、渗透性增大等负面影响。
因此，开挖方法及钻爆参数的选择是决定开挖质量和进度的根本要素。
从目前各水利水电工程基础开挖的实际钻爆资料来看，大多数是经验和半经验数据，这些数据的适用范围受到地质条件、技术要求等客观因素的制约，难以推广和选用。
所以，在本工程厂区、尾水岩石开挖爆破中，要根据本工程地质情况的特点和开挖技术要求，进行一定爆破试验，通过试验寻求本工程爆破方法、爆破参数以及爆破地震波的影响范围，使选用的钻爆参数既响应设计、施工技术要求又与爆破区地质条件相匹配，在保证开挖质量的前提下，也满足机械化大生产的开挖作业要求，并为进一步发展爆破技术积累资料。
11.5.4.2爆破实验目的
根据工程设计和开挖施工中可能存在的爆破技术问题，并结合地质情况，本工程爆破试验应达到如下几个基本目的：
（1）探索本工程基础岩石开挖爆破方法和合理爆破参数；
（2）探索预裂爆破的参数，检查它的防震效果；
（3）用现有的钻孔设备及相同孔径（打眼进行梯段毫秒爆破，求出垂直方向破坏深度和水平方向破坏范围，找出破坏深度和破坏范围与药包直径之间的函数关系；
（4）寻求保护层开挖爆破方法和技术措施；
（5）测求适于本地区的爆破震动经验公式，以确定爆破安全范围和允许的单响药量。
11.5.4.3爆破实验地点
（1）尽量结合生产，选择将要开挖的厂区内进行试验。
（2）在具有代表性的岩性上进行试验，即尽可能选择在均质、连续及各向同性的岩体上试验，并避开断层等显著影响爆破应力波传播特性的有害地质段，以保证试验数据的真实可靠。
（3）认真选择爆破试验参数，避免因爆破试验而损坏或恶化基础岩石状态。
（4）根据拟进场的造孔及出渣设备，选择最易开展的部位进行试验。
11.5.4.4爆破试验主要内容和观测方法
（1）预裂爆破试验：
在不同岩层和各种形状边界面上进行预裂爆破，寻求预裂爆破的合理参数。
爆后由爆破技术人员测定和收集预裂缝宽度，预裂面不平整度，预裂面两侧岩石的破坏程度，半孔残留率等质量参数，以修正试验参数。
（2）深孔梯段毫秒延期爆破试验：
在不同岩层和不同孔径，并在允许的一次起爆药量下作梯段
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