1 工程概況

河床式發電廠房分為安裝間、擋水壩段、廠房機組段、進水渠、尾水渠五個部分。開挖最低高程為153.75m，最大高差為24.25m。左右翼墻和發電廠房土石方開挖總量為50.851萬方。其中石方34.628萬m3。尼爾基地區凍土多年平均最大深度2.10m，最大深度2.51m。冰凍的最大厚度1.52m，最小厚度0.78m，平均厚度1.12m。發電廠房基礎巖石特性為花崗閃長巖，節理裂隙發育，巖石完整性較差,巖石堅固系數f=10～12，級別為X級。主壩與廠房連接翼墻長129.38m，寬為28.45m。建基面高程173.50m，開挖高度為4.5m。廠房與右副壩連接翼墻長143.65m，寬100.78m，開挖高差20m。

2 開挖技術措施

2.1施工特點

廠房基坑覆蓋層剝離巖石開挖在零下-34.4℃的嚴寒下進行，設備選型、爆破參數控制、開挖出渣道路布置必須適應于嚴寒氣候條件；由于廠房結構復雜，采用預裂控制爆破技術控制建筑物輪廓邊線；為加快開挖進度，保護層開挖采用液壓鉆機造孔，大幅度提高鉆孔效率；廠房上下游預留門機巖臺，控制爆破要求嚴格；由于原廠房圍堰滲水嚴重，火工材料防水性能要求高；廠房基礎形狀復雜，基礎高差大，出渣道路布置要求嚴格；開挖石方粒徑有嚴格要求，爆破參數經過多次試驗確定，嚴格控制鉆爆施工。

2.2施工方法

2.2.1冰層和凍土開挖

廠房基礎覆蓋層為腐植土和砂礫（卵）料，開挖正值冬季，圍堰滲水漫過基坑，河床結了一層0.9m厚的冰層。冰層剝離后，下面的砂礫料迅即又凍結成凍土層。基坑結冰層底部為未凍的沙礫層，挖掘機械不能直接進入基坑內作業，因此破冰采用墊渣進占法進行開挖。墊渣進占方法:首先用1.3m3日立反鏟將冰區破解一角，隨后用大容量裝載機將破冰處迅即回填碎石或腐植土，填層高出冰面1.0m左右，反鏟在前面破冰開道，裝載機緊隨回填形成高出冰面的施工通道，冰面通道形成以后，自卸汽車可以沿通道將碎冰運出。破冰的同時設置潛水泵將冰面以下積水及時排除，避免冰下積水凍結成冰，增加反復破冰作業量。

2.2.2凍土開挖爆破參數選擇

基坑右側臺地上存在2m厚的凍土層，該部分凍土層采用松凍爆破法開挖。采用TOMROCK500液壓鉆機鉆取Ø80mm孔，炸藥采用4#硝胺防水炸藥，藥卷直徑Ø60mm，非電毫秒塑料導爆管微差起爆，凍土采用松動爆破，鉆孔采用TOMROCK-500型液壓履帶式鉆機鉆孔，鉆孔直徑80mm，孔間距1.8m，排距1.8m，炸藥采用4#巖石抗水硝銨炸藥,單耗藥量0.54kg/m3,非電毫秒塑料導爆管網絡起爆。凍土爆破程序如下:確定凍土范圍→布孔→鉆孔→裝藥爆破。

2.3 石方開挖

發電廠房石方開挖采取分區、分層開挖的原則，考慮混凝土澆筑及合同工期的需要，以安裝間為先，自左向右進行開挖。同時考慮混凝土垂直運輸設備的安裝及運行需要，在進水渠、尾水渠預留門機軌道基礎巖臺。廠房基坑巖石開挖最大高差為29.45m，根據開挖設備性能并充分考慮了進水渠、尾水渠預留門機巖臺開挖質量廠房開挖采用梯段分層開挖。分層情況見圖1。廠房基坑石方開挖從4＃機組段開始，先在4#機部位開挖出先鋒槽，然后向3#機組和安裝間方向分兩個工作面進行梯段爆破開挖。基坑內開挖到156.27m建基面后，開挖檢修廊道，廊道邊線采用光面爆破，廊道和集水井內部進行掏槽爆破分層開挖。

2.3.1 預裂爆破

為確保廠房建筑物基礎巖石的完整性，減少超挖及混凝土回填量，梯段爆破開挖前，對設計開挖邊線先進行預裂爆破，用液壓鉆機鉆孔。預裂爆破施工程序如下：鉆孔場地平整→布孔測量→鉆孔→藥串加工→裝藥→堵塞→網路→連接起爆。

表2 預裂鉆爆參數表

梯段高度孔深孔徑孔距藥卷

直徑線裝藥

密度底部裝藥單孔

藥量堵塞

長度鉆孔

角度裝藥量高度H(m)h(m)D(㎜)a(m)Ø(mm)q(g/m)Qp(kg)hp(m)Q(kg)Ho(m)°13.614.20800.8322501.51.03.41.073.34.505.03800.8322001.51.00.91.063.4

2.3.2 梯段爆破

先鋒槽爆破開挖：在4#機部位采用液壓鉆機鉆楔形掏槽孔，爆破成一長45m、寬22.2m、深6.0m的先鋒槽。利用此先鋒槽，分別向3#～1#機組和2＃～1＃安裝間方向分兩個工作面采用自上而下分層梯段鉆爆開挖。梯段爆破采用液壓鉆機鉆孔,爆破施工程序如下：場地平整→測量放線→布孔→鉆孔→裝藥連網爆破。梯段爆破裝藥結構采用連續柱狀裝藥，采用4#巖石抗水硝銨炸藥，藥卷直徑Ø60mm。

采用2#巖石銷銨炸藥和4#巖石抗水硝銨炸藥。炮孔按中寬孔距、梅花型布孔。為防止爆破對設計邊坡的振動破壞，在靠近預裂面的一排炮孔的裝藥量擬定為其它梯段爆破孔裝藥量的70～80%，距預裂面1.5～2.0m布孔。為提高爆破質量、降低石渣的大塊率，炮孔的裝藥結構采取連續柱狀裝藥方式。梯段爆破鉆爆設計參數見表4

表3 梯段爆破鉆爆參數表

梯段高度炮孔直徑炮孔深度藥卷直徑孔距排距單孔藥量堵塞長度單位耗

藥量超鉆深度鉆孔傾角(m)(㎜)(m)(㎜)(m)(m)(kg)(m)(kg/ m3)(m)°7.10808.00603.01.517.401.50.450.673.33.0803.36602.01.54.541.00.4563.4

2.3.3 保護層開挖

水工建筑物基礎預留保護層開挖，是控制建基面開挖質量的關鍵，也是控制工期、提高經濟效益的重要的環節。按規范規定，當保護層以上用梯段爆破開挖時，對節理較發育的中硬巖石，預留保護層應為上部梯段豎向孔藥卷直徑的30倍，對于堅硬巖石，相應值為20～25倍，SDJ211-83中有關條款規定，在距水工建筑物基建面1.5m以內用手風鉆鉆孔，淺孔火炮分層開挖。1994年新規范對保護層開挖，去掉了上述規定，允許試驗成功的基礎上，采用新方法進行開挖。在三峽工程、巖灘工程等重大項目施工中，近幾年提出了一些新辦法、新工藝，創造了很好的經驗：

1)對2～3m 保護層，可用手風鉆鉆Ø45mm孔，孔深2～3m，單孔裝藥1.5～2.5kg，孔底設柔性材料墊層20cm，孔網1.5×1.6m，裝Ø32mm藥卷，非電雷管起爆。爆后選擇典型部位測定基巖波速降低值，均符合要求。

2)對3~5m保護層，用全液壓鉆機鉆Ø76mm，孔深3~5m，藥卷直徑Φ45mm，單孔裝藥8~16kg，孔底墊柔性材料墊層20cm，孔網2m×2m-2m×3m2,不連續裝藥，用導爆索配合非電雷管起爆，爆后選擇典型部位測定基巖波速降低值，均符合要求。

3)柔性材料可用泡沫塑料、鋸末、竹筒；在水孔中，需用兩頭封閉的竹筒。

4)巖灘水電站用Ø150mm鉆孔，裝Ø130mm藥卷，進行開挖，在臨近建基面保護層處孔底裝Ø55~75mm藥卷，使預留保護層厚度由2.5~3.5m減少到1.0~1.5m(20~25倍藥徑)。對預留保護層用手風鉆或快速液壓鉆鉆孔，一般鉆到建基面，對不允許欠挖部位超鉆10~15cm。孔底填柔性材料，柔性材料上裝Ø32mm藥卷，如需要在Ø32mm藥卷上部裝Ø55mm藥卷，用非電毫秒雷管排間延遲起爆，一次爆到建基面，質量符合要求，施工速度較常規法3倍，創造了月最大驗收面積29750m2的國內先進水平。

尼爾基廠房保護層開挖爆破參數選擇

借鑒三峽和巖灘工程保護層開挖經驗為了驗證用液壓鉆機鉆鉆Ø80mm中孔進行保護層開挖的爆破效果，根據多次鉆爆試驗，最終確定的保護層開挖爆破參數如下：用TOMROCK500液壓鉆機鉆Ø80mm孔，一次鉆至建基面，孔底回填20cm河沙或巖屑柔性墊層，孔網1.0m×0.8m，鉆孔傾角60°，裝Ø32mm藥卷，不連續裝藥，底部加強裝藥，非電毫秒延期雷管微差起爆。建基面欠挖的部位采用日立反鏟沖擊錘進行開挖。

采用2#巖石銷銨炸藥和4#巖石抗水銷銨炸藥，導爆管起爆。保護層開挖鉆爆設計參數見表4。

表4 保護層開挖鉆爆參數表

臺階

高度（m）孔徑(mm)孔深(m)鉆孔角度(°)孔距(m)排距(m)堵塞

長度(m)單孔裝藥量(g)單位耗藥量(kg/m3)1.5801.88601.00.80.56000.45

3保護層開挖爆破質量控制

3.1宏觀調查和地質描述方法判爆破破壞的標準

有下述情況之一時，判斷為爆破破壞：

1)發現爆破裂隙，或裂隙頻率、裂隙率增大(產生爆破裂隙和裂隙率都會增大；原有的裂隙張開，也會使裂隙率增大) 。

2)節理爆破裂隙面、層面等弱面張開(或壓縮)、錯動。

3)地質錘錘擊發出空聲或啞聲（從地質錘錘擊時發聲狀況進行判，一般新鮮，完整的巖體，發聲清脆，頻率高；被爆破振松的巖體，發出空聲或啞聲、頻率較低）。

3.2彈性波縱波速觀測方法判斷爆破破壞或基礎巖體質量的標準

同部位的爆破后波速(CP2)小于爆破前波速(CP1)，其變化率η為：η=1-( CP2/ CP1)當η>10%時判為爆破破壞或基礎巖體質量差。

若只在爆后觀測，可用觀測部位附近原始的波速作為爆破前波速，也可以觀測資料的變化趨勢和特點判斷。

4 石渣塊徑的控制

發電廠房石方開挖渣料作為上壩料和人工骨料粒徑要求為上壩料粒徑60cm，人工骨料粒徑58cm，為此在開挖過程中必須嚴格控制鉆爆質量。

首先在爆破參數的設計時必須充分考慮開挖渣料的料徑要求，再根據開挖部位的工程地質條件進行鉆爆參數的設計，在進行正式鉆爆施工之前，先進行爆破試驗根據爆破效果及時調整修正鉆爆參數使爆破達到比較好的效果，特別是滿足上壩料和人工骨料的粒徑要求。

5 預留門機巖臺控制爆破施工

廠房進水渠和尾水渠預留門機巖臺爆破開挖采用預留巖埂和距巖埂3.5m范圍進行控制爆破的方案進行開挖。

5.1尾水渠巖臺開挖爆破試驗

根據工程類比法推算發電廠房門機預留巖臺允許的最大一次單響藥量。根據白山電站棧橋墩開挖爆破取得的爆破經驗公式v=100Q0.75/R2,推算自尾水閘墩墩頭0+047.50樁號往下游9.18m范圍為爆破控制區，爆破控制區范圍內的巖石開挖采用控制爆破技術，控制區以外的范圍，單響爆破藥量可以逐步提高，根據計算結果可以得出樁號0+065.80m以上的區域為常規淺孔梯段爆破開挖區。

5.2淺孔梯段爆破設計參數

表5淺孔梯段爆破鉆爆參數

梯段高度炮孔

直徑炮孔深度藥卷直徑孔

距排

距單孔裝藥量堵塞

長度單位耗藥量超鉆

深度鉆孔傾角HDhøabQHoqH1a(m)(㎜)(m)(㎜)(m)(m)kg(m)(kg/m3)(m)。2422.573210.91.10.630.40.363.42422.573210.91.10.630.40.363.42.08422.663210.91.130.630.40.363.43.11423.98321.51.33.810.910.40.4563.4

5.3爆破監測及爆破測點布置 1) 測點布置：共布置5個垂直向傳感器：閘墩布置1個，底板布置3個，分別布置在：0+47.5、0+037.5、0+017.5樁號附近。

2) 測量速度的儀器采用891-Ⅱ型放大器UJB-8型動態測試分析儀各1臺。通頻帶0.5～100Hz，量程0.01cm/s～20cm/s。

3) 觀測要求：觀測后要提出完整的記錄波形，給出最大速度量，主振動周期、振動量持續時間。

4) 預期結果：給出振動影響經驗公式和最大瞬時起爆藥量。

5.3聲波觀測

1) 目的：根據對廠房基礎、閘墩、底板、橫梁在爆破前后彈性波速的觀測，判別爆破是否對建筑物產生破壞影響。

2) 測點布置：在底板布置10個測點(鉆孔法)，在閘墩布置14個測點(其中4個測點采用鉆孔法)，橫梁布置10個測點(對穿法)；34共計個測點。

3) 觀測要求：觀測應在每次試驗爆破前、后各進行一次，通過對波速的觀測和分析，判斷該區混凝土是否發生破壞。

4) 宏觀調查：利用石膏涂抹對廠房進水、尾水渠等重要建筑物進行破壞影響調查。

5.4爆破控制

　　　根據東北勘測設計研究院對以往類似工程爆破聲波監測的經驗及積累的質點允許振動速度經驗公式，爆破聲波引起的質點振動速度按v=100Q0.75/R2,進行控制。根據已建建筑物允許的質點振動速度，反算出距離建筑物不同距離，最大一段允許起爆藥量，詳見下表6：

表6 爆破試驗單響控制藥量允許質點振動速度（cm/s）距尾水閘墩0+047.50m距離（m）允許最大一段單響起爆藥量（kg）區域84.51.90預留巖埂85.683.54控制爆破區89.1812.73藥量遞增爆破區818.3080.16818.3080.16常規爆破區828.3

土工膜是一種以高分子聚合物為基本原料的防水阻隔型材料。主要分為： 低密度聚乙烯LDPE土工膜、高密度聚乙烯HDPE土工膜和EVA土工膜。1.幅寬、厚度規格齊全。2.具有優良的耐環境應力開裂性能及優良的耐化學腐蝕性能。3.優良的耐化學腐蝕性能。4.具有較大的使用溫度范圍和較長的使用壽命。5.使用于垃圾填埋場、尾礦儲存場、渠道防滲、堤壩防滲及地鐵工程等。

6. 結束語

尼爾基水利樞紐發電廠房基礎石方開挖克服了寒冷的氣候條件，在設備、人員降效非常顯著的情況下，按業主指定的節點工期順利完成了50萬方的開挖任務，在開挖過程中，取得以下經驗：

液壓鉆機非常適宜于高寒惡劣氣候的作業條件，液壓鉆機比風動鉆機具有高寒地區無法比擬的優越性。

在保護層開挖中，首次采取了TOMROCK500液壓鉆機鉆Ø80mm孔，孔內設置柔性墊層，一次性開挖到建基面新穎的開挖施工工藝，達到了較好的開挖效果。

控制爆破成績斐然：由于開挖渣料作為主壩回填料及人工骨料的料源，有嚴格要求，在爆破參數設計時必須考慮料徑要求，并經過多次試驗確定爆破參數，成功應用了TOMROCK500液壓鉆機Ø80mm鉆孔，不偶合裝藥，爆破粒徑滿足了設計要求。