加快F1断层及影响带施工进度的方案

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简介： f36、f5断层与F1断层交汇带及溶洞充填物为粘土夹块石，并见灰华，为软塑状，交汇带顺F1断层两侧溶蚀扩大，总宽度约35～40m，断层交汇带与溶蚀破碎带施工期产生坍塌，致使靠山外侧边坡形成倒悬体，该部位已经出现多次跨塌。根据目前实际施工情况，为保证9月上旬能完成EL275以上边坡开挖任务，后期不影响温塘子施工，我部特拟定施工方案，先开挖爆破至EL275，再进行坡面支护施工。
关键字：断层 开挖 支护 方案

1 工程概况

　　1.1 简述

　　中间渠道f₁产状100～120°＜70～80°，是坝区最大的断层，断层破碎带真厚度7～15m。f₅产状220～235°＜65～78°，断层破碎带宽5～10m，在中间渠道边坡地表390高程左右切割F1断层，f₅断层上盘F1断层向上游平移达30m。f36产状195～210°＜63～84°，断层破碎带宽3～6m。在中间渠道边坡地表EL350高程、330高程马道附近切割F1断层，f₃₆断层上盘f₁断层向下游平移达7m。f₅、f₃₆与f₁断层交汇处顺断层溶蚀强烈，发育成溶洞，溶洞规模大，f₅上盘溶洞向山内发育一定深度，垂直方向与导流洞附近溶洞有一定水力联系。f₃₆断层下盘F1断层破碎带宽5～10m，为角砾岩、碎裂岩，胶结较好。

　　f36、f5断层与F1断层交汇带及溶洞充填物为粘土夹块石，并见灰华，为软塑状，交汇带顺F1断层两侧溶蚀扩大，总宽度约35～40m，断层交汇带与溶蚀破碎带施工期产生坍塌，致使靠山外侧边坡形成倒悬体。该部位已经出现多次跨塌，2006年6月30日正边坡EL345高程出现跨塌，7月3日塌方范围增大， EL364高程至EL345高程已支护部位及上游侧边坡支护部位跨塌，致使正面边坡形成一个大型的倒悬体。目前边坡开挖已经完成至EL340m高程，下游侧向边坡内侧已支护。

　　根据目前实际施工情况，为保证9月上旬能完成EL275以上边坡开挖任务，后期不影响温塘子施工，我部特拟定施工方案，先开挖爆破至EL275，再进行坡面支护施工。

　　1.2 施工依据

　　⑴ 设计图纸《通航建筑物中间渠道边坡高程345.0m以上f₁断层处理图》（54E64-03-06-22）

　　⑵ 设计通知单《通航建筑物中间渠道边坡f1断层地质缺陷处理》；

　　⑶ 技术核定单（2006）彭技核字第SG067-005号；

　　⑷ 现场工程技术核定单【文件编号：（2005）彭技核字第SG016-006号】；

　　⑸（2006）长彭设枢航字第C-002号补充设计文件；

　　⑹ 水电水利工程锚喷支护施工规范（DL/T 5181－2003）；

　　⑺ 水工混凝土施工规范（DL/T 5144－2001）。

　　1.3 施工难点

　　⑴ 本项目施工主要位于f₁与f₃₆、f₅和f₁断层交汇带，地层相当破碎，且溶蚀破碎带与断层破碎带交汇，造成边坡稳定性较差。同时也揭露出溶洞充填物和断层夹层为粘土夹块石，给锚索造孔成孔增加了难度，必须边灌边钻方能成孔。

　　⑵ 材料运输、设备布置困难，支护材料全靠人工搬运；

　　⑶ 人员设备进出工作面困难，当边坡下挖至EL315以后，反铲等设备也进。

　　⑷ f₁断层地质条件差，若EL330高程以下部位岩石完整性差，f₁断层处溶洞外侧岩体厚度有限，要严格控制爆破，以便最大限度减少对外侧岩埂的破坏，否则易造成边坡开裂、松动，使F1难以施工。

　　⑸ 由于该部位为溶蚀带，施工难度大；为保证边坡稳定，宜安排在汛前完成所有项目的施工，另外，为保证安全，支护与开挖宜交替进行，但由于塌方造成处理进度迟缓，同时由于塌方不能再按设计要求逐层开挖支护。施工过程中存在一定的安全隐患，因气候原因需加强监测。且要在短时间内完成上游侧坡设计新增的EL342.5锚索（4束），目前1台钻机已卡钻（40m）。

　　⑹ 该部位下方为温塘子施工区域，8月份温塘子抽水及大坝施工将要开始施工，到时候再开挖爆破，施工干扰大，所以需加快施工进度，工期紧，任务重。按照业主指示一鼓作气下挖至EL274.8后，EL315以上支护将更加艰难。

　　2 施工布置

　　2.1 现场施工场地布置

　　施工场地布置以紧凑实用、经济合理、利于施工、便于管理，并严格执行国家有关安全、环保等方面的规定。由于f₁断层施工部位狭小，我部将原支护材料、设备撤出施工作业面，为开挖工作做准备。由于EL301.0马道狭窄，在保证CAT330反铲能顺利通过的情况下，合理放置材料和设备。后期水泥、钢筋网、锚杆等支护材料需提前从交通洞运至f₁断层附近EL301.5马道侧堆放。

　　2.2 施工供风

　　EL315.0以上开挖多数可直接利用反铲进行开挖，开挖施工用风主要是孤石解炮，用风量不大，主要为支护施工中喷护施工和锚索施工用风。我部已经在EL301.5交通洞口布置一台20m³的电动空压机，在洞口右侧附近布置二台20m³的电动空压机，使用φ159风管引一趟供风管路至F1断层上游EL320高程，在EL320形成主供风管路接口，在该接口通过φ80软管接至工作面，需要φ159风管200m，φ80软管200m。锚索施工的电动空压机布置在EL301.5交通洞口左侧拐角处，通过φ80风管接至工作面。EL325.0以下开挖需要高风压空压机，暂定安放在EL301.0平台，桩号约0+100处。另在EL275中间渠道底板上布置2台20m³电动空压机供V型槽下游侧钻孔作业用风。

　　2.3 施工供水

　　在交通洞口和交通洞右侧和中间渠道附近各布置一个6m³水池用于空压机循环冷却。施工用水从布置在交通洞洞口侧的业主供水管路接口接加压泵经过脚手架管接至F1断层至工作面。需要脚手架管500m。

　　2.4 施工供电

　　电动空压机用电采用布置在上引航道的变压站供电，作业面施工用电均采用布置在中间渠道的变压站供电。从该变压站敷设一趟线路至工作面附近，线路采用低压电缆，需要90mm²低压电缆200m。在f₁断层EL320高程附近设置配电柜，施工用电均从该配电柜牵引至工作面。

　　2.5 施工弃渣及施工道路布置

　　进行开挖施工时，施工路线为：交通洞→EL301.5马道→施工临时便道→EL315马道→工作面。

　　支护材料运输路线为：交通洞→EL301.5马道→施工临时便道→EL315马道→工作面。

　　施工出渣路线为：EL274.8中间渠道底板→1^#交通支洞→交通洞→12^#路→2^#路→关溪沟渣场。该出渣路线总长3.8km。

　　3 施工进度计划

　　3.1 施工进度计划安排的原则

　　根据7月25日四方会议精神和现场情况，业主确定f1断层开挖结束定位日期为2006年9月5日。为加快开挖速度，将从EL335.0直接开始下挖，把EL315以上的剩余支护工作和EL315以下的F1影响带的开挖支护分开同步进行。EL315~301.5坡面成型后视情况决定是支护后再开下挖还是下挖至EL274.8后一并支护。

　　3.2 开挖施工进度计划

　　主要控制性工期：

　　表3-1F1断层开挖施工进度计划

　　4 开挖施工方法

　　4.1 设计要求f1断层开挖原则

　　⑴ 土方开挖自上而下分层进行，施工中按设计要求做成一定的坡势，以利排水，在开挖的过程中开挖边线外侧部位布设排水沟，排除坡积水，同时应避免坡面及马道上形成积水。

　　⑵ 正面坡开挖至岩质边坡，其上游面开挖形成直立坡，下游面按顺层坡开挖的原则。

　　⑶ 要求清除上游面的倒悬体和所有边坡表面的松动块体。将溶洞内充填物开挖成坡向中间渠道的1：5的斜坡。

　　⑷ 根据设计文件，开挖以斜坡外侧保留的拦石坎顶宽为2m原则，顶高程暂按EL315.0控制，在开挖过程中，根据开挖揭露的地质情况进行调整。

　　4.2 土石方开挖

　　4.2.1 EL315.0以上土石方开挖

　　⑴ F1断层EL315.0以上土石方开挖

　　按照业主、设计、监理的指示，在上游侧与其相临的上游渠道边坡的4束L=55m 3000KN锚索（EL342.5）施工的同时，将 EL315.0以上部位开挖一次性下降到位。截至7月23日，EL345.0～EL315.0开挖剩余方量约3000m³，其中土方石方各占一半。

　　开挖采用2台CAT330反铲进行挖运，若遇到大块石头、大孤石，反铲不能直接挖运的，则进行解炮施工。爆破施工中采用多钻孔、少装药的方法进行，以减少爆破对边坡的震动，具体施工根据施工现场实际情况进行。进行开挖施工时，2台CAT330反铲一前一后，一高一矮接力甩碴，通过两次的接力将渣（粘土夹块石或孤石、黄泥）抛至EL275高程的积渣平台。在EL320～EL275高程之间F1部位形成一道天然溜渣槽。通过该溜渣槽将弃渣从工作面利用反铲直接甩至EL275高程的临时积碴平台。用1台CAT330反铲在EL275.0集渣装车运卸至关溪沟渣场。当反铲完成EL315以上（或更低，视实实在在的岩埂高程而定）甩碴，在退往上游便道时，在EL315～323的平台范围从上游至下游面挖约3.0m×3.0m的沟壕，以便积存正向坡倒悬体的少量进一步塌方的碴料。

　　⑵ 边坡稳定与安全应急措施

　　在土方开挖过程中，如出现裂缝和滑动迹象，立即暂停施工并采取应急抢救措施，使危害减到最少，并及时通知监理工程师，按照监理工程师的指示设置观测点，及时观测边坡变化情况并做好记录；按现场监理工程师的指示对滑动面进行支护或将其挖除。反铲在危急时向上游侧便道方向撤退。

　　4.2.2 EL315.0以下石方开挖

　　F1断层EL315.0以下石方开挖采用分层开挖，分层按照设计马道分层，主要采用阿特拉斯高风压钻机钻孔。工作面狭窄钻机无法到位的部位采用手风钻每次钻爆深度为4.0～0.8m，孔距为1.5×2m。开挖设计边线采用预裂爆破，预裂孔孔距为0.5~0.7m，线装密度为220～250g/m。钻爆完成后采用CAT330反铲的扒渣及甩渣，机械无法到位的部位采用人工扒碴。在大面具备一定宽度后，再用高风压钻机进行钻爆。高风压钻机钻孔深度根据实际情况确定，孔距为3.0m×2.5m。单耗为0.36~0.4kg/m³。

　　⑴ EL315.0～EL301.5的开挖

　　上游工作面主要采用阿特拉斯高风压钻机配合YT28手风钻在设计坡顶进行钻爆施工。F1断层“V”型槽下游侧采用100B或YT28手风钻钻爆，移动式空压机布置在中间渠道EL275底板上，钻爆完成后采用CAT330反铲的扒渣及甩渣至中间渠道底板，再采用CAT330反铲在中间渠道底板上挖渣运输至左岸关溪沟弃渣场。由于该范围内的岩埂比较单薄，因此预裂孔的孔距按照0.5m控制。

　　机械设备及材料通行道路：左岸交通洞→EL301.5马道→施工便道→EL315工作面。出渣道路：中间渠道→交通洞1^＃施工支洞→交通洞→12^＃公路→2^＃公路→关溪沟碴场

　　⑵ EL301.5～EL285.0的开挖

　　由于爆破后施工部位狭小，先采用阿特拉斯高风压钻机和100B钻机钻孔进行爆破，爆破后的在临时马道上用手风钻钻孔爆破至EL285高程。钻爆完成后采用CAT330反铲的扒渣及甩渣至中间渠道底板，再采用CAT330反铲在中间渠道底板上挖渣运输至左岸关溪沟碴场。该范围的预裂孔距按0.7m控制。

　　机械设备及材料通行道路：左岸交通洞→EL301.5马道→开挖工作面。出渣道路：中间渠道→交通洞1^＃施工支洞→交通洞→12^＃公路→2^＃公路→关溪沟碴场

　　⑶ EL285.0～EL275的开挖

　　利用上方开挖甩下的碴料，形成上下游EL270～EL275和EL275～EL285的履带式机械通道，采用阿特拉斯高风压钻机配合YT28手风钻在设计坡顶进行钻爆施工。钻爆完成后采用CAT330反铲的扒渣及甩渣至中间渠道底板，再采用CAT330反铲在中间渠道底板上挖渣运输至左岸关溪沟碴场。EL285以下首先掩温塘子正对部分，施工顺序从上游至下游，预裂孔距按0.7m控制。

　　机械设备及材料通行道路：左岸交通洞→交通洞1^＃施工支洞→中间渠道→现场施工便道→EL285工作面。出渣道路：中间渠道→交通洞1^＃施工支洞→交通洞→12^＃公路→2^＃公路→关溪沟碴场

　　⑷ 保护层开挖

　　中间渠道底板主要采用水平预裂（光面）爆破施工，预裂孔孔距为0.5m，线装密度为220～250g/m，光面孔孔距为0.5m，线装密度为250～280g/m，单耗为0.38kg/m³。

　　⑸ 爆破施工方法

　　EL315.0 ～EL274.8高程开挖主要是岩石开挖，从已揭露的岩石情况可以看出，此部位边坡岩石比较破碎，需开挖边坡的厚度约8m（根据设计人员介绍，还将进一步减薄开挖厚度，尽量保留岩埂），故无法采用在爆破孔与预裂孔间设一排缓冲孔来减小爆破对边坡破坏，边坡开挖成型面将会受到影响。所以直接采用边坡预裂的方式进行施工，一次预裂爆破高度暂定为15m，预裂孔采用阿特拉斯高风压钻机和100B钻机（较缓边坡）钻孔，炮孔直径φ110mm，间距0.5～0.7m左右，钻机无法施工的部位采用手风钻浅孔爆破辅助施工。预裂孔装药采用竹片绑扎，导爆索串联φ32mm乳化药卷间隔装药，线装药密度为220～280g/m。具体爆破参数在施工中经现场生产性爆破试验后确定。爆破采用毫秒延期非电微差起爆网络，最大单响药量不大于200kg。根据具体地质情况，按有关规定及监理、设计要求进行爆破施工，采用小炮进行开挖，并尽可能减少对开挖线以外保留岩体的影响和扰动，少量大块石在中间渠道解炮。

　　① 火工材料的种类及规格

　　炸药：乳化炸药，药卷直径φ90mm、φ32mm,φ25mm；

　　雷管：非电毫秒延期雷管，段别MS1～MS15,8^#火雷管；

　　传爆器材：导爆索；

　　起爆器材：火雷管、导火索；

　　② 预裂爆破

　　采用高风压钻机钻孔；预裂孔孔径D=110mm；炮孔间距a；据经验公式：a=（7～12）D；a ：炮孔间距；则a=7×110=770mm；选用a=700cm；

　　不偶合系数Dd；Dd=D/d=2～5；D——钻孔直径，110mm（成孔）；d ——药卷直径，选用药卷直径32mm；则D/d=110/32=3.4

　　线装药密度Qx；根据左岸通航建筑物明挖中的施工经验，在中硬度灰岩和相似岩石发育程度，拟将线装密度控制在220g/m～250g/m，拟在本工程中取230g/m。

　　堵塞长度L取1.9m；采用空气间隔装药，具体装药结构见“F1断层石方明挖装药结构示意图”。

　　③ 梯段爆破

　　梯段爆破采用垂直深孔梯段爆破

　　梯段高度H取H=15m；（具体高度根据马道之间的高差定）；

　　钻孔直径D对于阿特拉斯高风压钻机，钻头直径105mm，成孔直径110mm；

　　炮孔间距a ：a=mW，m—炮孔邻近系数，m取1.1；故a=1.2×2.5=3.0m；

　　炮孔排距b：b=0.866a=0.866×3.0=2.5m；

　　装药量Q：Q=qaWH=0.373×3.0×2.5×15=42kg；

　　单耗：单耗为0.37kg/m³；

　　装药长度L1：L1=10.8m；

　　堵塞长度L2：L2=L-L1=4.72m（其中包括中间间隔长度）；

　　单响药量：单响药量的控制通过非电毫秒微差雷管来实现的，根据具体现场条件来决定。为了减小单响药量，每孔分两次起爆，即在爆破孔底部装一发非电毫秒延期雷管，在中部在装一发非电毫秒延期雷管，中部雷管段位低于底部雷管段位。

　　装药结构：采用不偶合连续(底部和中部分别连续装药)、间隔(底部和中部炸药进行间隔)装药，装药时，在临时近建基面时爆破孔底部设柔性垫层。具体装药结构见“F1断层石方明挖装药结构示意图”。主要的爆破参数见下表：

　　F1断层石方开挖爆破参数表表4-1

　　备注：以上为主要部位梯段及预裂爆破施工的参数表，其余部位根据开挖的分层高度进行必要的调整。

　　5 F1断层支护施工

　　EL364～EL315高程原支护参数：锚杆L=9m Φ28@2.5m×5m和锚杆L=6m Φ25@2.5m×5m的锚杆交错布置，形成间排距为2.5m×2.5m的锚杆支护；排水孔为L=6m φ56@4m×4m；最后在边坡上进行挂网喷砼施工，喷砼厚度12cm。另在上、下游面EL357.5、EL342.5、EL327.5高程分别布置一排预应力锚索，锚索结构型式均为L=45m@4m，剩余锚索27束，具体施工部位现场确定。

　　根据技术核定单（2006）彭技核字第SG067-005号的要求在倒悬体开口线以下（约EL350左右）布Φ25@3.0m×3.0m、L=1.5m挂网锚杆，挂机编网，初喷4～5cm砼及时封闭，在布设Φ28@2.0m×2.0m、L=9m系统锚杆，边坡排水孔L=6m、φ56@3.0m×3.0m，孔内设盲管；并设Φ32@4.0m×4.0m、L=9m、Ryb=980MPa的精轧螺纹钢张拉锚杆，其长拉吨位为50吨，内侧锚固在好岩体上（锚固段不少于2m），外侧通过钢垫板锚固在由水平及竖向钢架管构成的钢格构交叉点上（水平及竖向钢架管由并列的2根Φ2′钢管组成），精轧螺纹钢筋不得与钢架及其他结构焊接；对其中土体厚度大于10m的部位，采用长20m张拉吨位50t的无粘结锚索（3束1860级7Φ5高强度低松弛预应力钢绞线）。以上长度根据实际钻孔情况适当调整。最后挂钢筋网喷护（喷砼厚度14cm，钢筋网为Φ8@20cm×20cm）。

　　根据现场工程技术核定单【文件编号：（2005）彭技核字第SG016-006号】及54E64-03-06-22图，在该部位上、下游岩面高程357.5m、342.5m、327.5m分别布设了一排300t级的有粘结预应力锚索,共55根，孔深分别为35m、45m和50m三种。未施工的共27束，具体位置现场确定。2006年7月7日下发的（2006）长彭设枢航字第C-002号补充设计文件中，在上、下游边坡高程337m各增设一排8根L=45m 3000KN锚索，并在上游侧与其相临的上游渠道边坡高程357.5m和342.5m各增设一排2根L=55m 3000KN锚索。

　　本工程支护工程量较大,支护种类较多，包括：锚杆、锚筋桩、喷射混凝土、预应力锚索、钢筋制安等施工项目。由于可观条件的制约，塌方后正面形成没有支护的倒悬体。因此汛期施工倒悬体的支护（包括临时支护）都不现实。计划安排施工顺序是：先上游正面坡支护→F1断层溶槽上下游侧向坡支护→倒悬体正向坡支护。支护在开挖完成后立即施工，支护EL315以上部位时先对上、下游侧边坡进行挂网喷砼施工，再进行锚杆和锚索施工。总之，将EL315以上的支护工作与EL315以下的开挖、支护分开进行，EL315以下的支护拟开挖至EL301.5以后视坡面岩石情况安排进行。

　　6 施工安全保证措施

　　6.1 安全目标

　　施工安全管理目标是：“四无一杜绝”和“一创建”。“四无”即无工伤死亡事故，无重大机械设备事故，无交通死亡事故，无火灾、洪灾事故；“一杜绝”即杜绝重伤事故；“一创建”即创建安全文明施工工地。

　　6.2 安全保证措施

　　⑴ 在工程区内行驶和进行运输作业的车辆须遵守施工安全管理规定，交通要道及交叉路口设醒目标志牌，并派人专职车辆安全。夜间施工有足够的照明，混凝土运输车辆倒车时有专人指挥。

　　⑵ 所有机械操作人员必须持证上岗，按照操作程序正确操作，严禁违章作业，杜绝酒后上机。

　　⑶ 施工现场实施机械安全管理安装验收制度，机械安装要按照规定的安全技术标准进行检测，运行期间定机定人，保证设备完好率。

　　⑷ F1断层开挖施工期间，上游船闸部位及中间渠道温塘子部位各设置1名安全员，禁止人员设备通行，并设置醒目的标示牌。

　　⑸ 选择合理的起爆间隔延时是微差爆破的重要环节，相邻两炮孔爆破时间间隔宜控制在20～50ms，不宜过大或过小。

　　⑹ 爆破网路要采取可靠的导爆索与继爆管相结合的爆破网路，确保安全起爆。非电导爆管连接时，孔内线脚要设有保护安全的措施，严禁施工装填时把线拉断。

　　⑺ 爆破网路的连接工作严格遵守安全操作规程。导爆索、导爆管、网路连接注意搭接长度，拐弯角度，接头方向，并捆扎牢固，不得松动。

　　7 设备及人员配置

　　表7-1主要施工设备配置表

序号设备名称型号（规格）单位数量检修情况备注一土石方开挖设备1高风压钻机CM-351台2良好含油动空压机2手风钻YT28台10良好 3液压反铲CAT330c台1良好 4液压反铲CAT320c台2良好 5潜孔钻100B台4良好 6自卸汽车15t辆10良好红岩、解放二锚索施工设备（暂定，根据锚索量调整）1锚固钻机80型台1良好 2锚固钻机60型台1良好 3中低压泥浆泵BW200台1良好 4高速搅拌机ZJ-400台1良好 5储浆搅拌机J-600台1良好 6配浆搅拌机JJS-28台1良好 7千斤顶YDC240Q台1良好 8千斤顶YCW150B台1良好 9千斤顶YCW250B台1良好 10电动油泵ZB4-500台8良好 11电焊机BX-500台8良好 12型材切割机XCJ-300台2良好 13载重汽车汽油5t辆2良好 三供风设备（不包括CM-351钻机带空压机）1空压机VHP750台3良好301.5马道电动2空压机LWJ-L10/7台1良好交通洞口电动3空压机20m³台1良好油动4空压机3m³台3良好油动5空压机20m³台2良好中间渠道电动四测量设备1全站仪TCA1800台2测角精度1″,测距精度1mm+2ppm

　　具体配置情况视实际施工情况进一步优化调整。计划投入高级管理人员3人，中级管理人员和一般技术人员投入6人数，施工作业人员，根据现场实际情况随时进行优化调整，满足施工进度要求。