刘家峡水电站岩塞1：2模型试验施工技术

李江 叶明

（中国水利水电第六工程局有限公司 辽宁丹东 118002）

摘要：为了保证刘家峡水电站主体岩塞爆破一次安全成功贯通，结合现场实际情况，进行了1：2模型试验洞的岩塞爆破试验。试验洞岩塞体采用集中药室装药，周边布置预裂孔的方式，针对岩塞体上部厚达约30m的淤泥沙层，采用水下钻孔、线性装药的爆破扰动方案，取得了良好的效果 ，为原型爆破提供了科学的验证依据。 关键词：岩塞爆破 模型试验 钻孔 装药 封堵

1.概述

刘家峡水电站排沙洞进水口采用水下岩塞爆破方案，岩塞体位于黄河左岸洮河出口的对面，正常蓄水位以下70m，上有30m厚淤泥沙层。岩塞下开口直径10m，上开口尺寸27.84×20.30m，厚度12.30m，泄流量600m3/s。这样大直径、高水头、厚淤泥沙层的岩塞爆破工程国内外尚无先例，技术有很大难度，为此，在岩塞附近进行现场1：2模型试验，以验证在淤沙及深水条件下主体岩塞爆破方案的合理性及爆破效果，以保证主体岩塞爆破一次安全成功爆通，为岩塞原型提供科学的试验验证。

2.试验洞洞线选择

2.1 试验洞位置选择原则

1）试验洞的选择尽量保证与主体工程的相似性，在位置选择上尽量靠近主体工程，但同时保证爆破时不影响主体工程的安全。

2）通过详细的勘察尽量保持地形和地质的相似性。试验洞进口岩塞处的岩面线坡度尽量与主体工程岩塞处的岩面线坡度相近，岩性应与主洞相同，围岩分类与主洞接近。

3）试验洞进口上部无不稳定岩体及不利组合结构，保证试验洞进口爆破的稳定性。 4）岩塞以上水头和泥沙覆盖层厚度尽量与主体工程岩塞上部的水头和泥沙覆盖层厚度接近。

2.2 试验洞洞线的选择

为了寻找进口段位置，在拟选试验洞轴线位置上、下游各30m长度范围内，布置了大量钻探工作。在其下游侧勘探范围内，未找到适合作为岩塞口的岩面顶板和底板位置。在其

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上游侧，根据水下岩面线的勘探成果，结合区域实际的地形、地质构造及岩面线等情况，经各方综合研究，选择其中一个剖面为进口段轴线位置。 2.3 施工出渣竖井位置的选择

出渣竖井选择原则：

1）考虑地形特点、地质条件，力求开挖量最小。

2）考虑与原型施工布置干扰，以及对外交通的干扰，保证出渣安全、快捷。 3）施工布置充分利用现有地形，做到简单、实用。

依据上述原则综合考虑，1：2模型试验洞的施工出渣竖井位置尽量靠近至排沙洞闸门井公路，但要满足施工场地的要求。

3.爆破设计的原则

1：2模型试验洞洞口岩塞爆破设计的具体要求和原则： 1）爆破设计要做到技术措施落实、方法可行。

2）岩塞选位、岩塞体型、爆破布置及参数选取等要根据地勘成果，并充分考虑进口和洞脸的整体稳定性。

3）岩塞的爆破药室布置应满足与原型爆破方案的相似性，应保证为原型爆破实施方案提供科学验证依据。

4）岩塞厚度的选择应满足稳定要求，并保证导洞、药室开挖的施工期安全，同时要满足爆破方案药室布置的要求。

5）在保证爆通成型的条件下应尽量降低炸药用量，在药包布置上要有利于爆岩的充分破碎。

6）淤积层采用爆破方法处理时，要考虑水下爆破水击波作用和影响，对大坝及周围建筑物在岩塞及淤积层爆破处理共同作用下进行安全观测。

4. 岩塞直径与厚度确定

（1）岩塞直径确定 岩塞直径确定原则：

1）试验岩塞口满足岩塞体的水压力、淤泥压力、自重等荷载作用下的稳定要求。 2）充分考虑岩面线的情况。

3）试验岩塞口尺寸应在爆破方案药室布置与原型相似的前提下，满足药室的布置及施

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工的要求。

综上所述因素，试验洞岩塞设计内径取7.0m、外径不小于11m。 （2）岩塞厚度确定

根据已建工程经验，岩塞厚度与岩塞直径之比国内一般取值多为1.0~1.4之间，国外大多取值在1.0~1.5之间。当采用洞室爆破或上游水深较大时其比值宜取较大者。

由于本工程水库正常蓄水位为1735.00m，加之岩塞进口处近25.5m淤泥厚度，增加了岩塞的压重，同时考虑地质条件，确定岩塞厚度比在1.0~1.5之间选取，即岩塞厚度7.0m~10.5m。通过药室布置、施工导洞布置的方案比选，考虑岩塞体稳定及岩塞口岩面线复杂的情况，综合分析确定采用岩塞厚度高比为1：1.4，岩塞百度为9.8m。

根据岩塞处边坡地形地质条件，考虑岩塞的爆通成型以及塞体爆破渣料顺利下泄至集渣坑，确定岩塞中心线仰角为72°。

5. 集渣坑、施工竖井及平洞设计

1）出渣竖井

竖井开挖顶高程为1742.00m，开挖底高程为1672.50m，竖井深69.5m，开挖断面尺寸为4m×2.5m矩形洞。井口2m高锁口混凝土，厚0.5m；其他部位挂网喷混凝土（12cm厚）。

2）出渣平洞

出渣平洞是竖井和集渣坑的连接段，平洞长11.56m，开挖断面尺寸为3.0m×4.0m城门洞型，采用喷混凝土支护（10cm厚）。

（3）集渣坑

模型试验洞岩塞体896m3（自然方），根据岩塞体积确定集渣坑容积，经计算，集渣坑+平洞的容积为1403m3，其容积为岩塞体积的1.57倍；集渣坑总长度34.07m，其中底部长14.38m；断面形式由岩塞部位开始自圆形渐变为城市洞型。为了便于运输，集渣坑与平洞间渐变段底部采用1：5的底坡相连；集渣坑开挖宽度同岩塞直径（D=7.0m），集渣坑与平洞间渐变段开挖宽度由7.0m渐变至4.0m；集渣坑顶拱及边墙采用锚喷混凝土支护（10cm厚）。

为满足科研试验对于顶拱结构振动和应变观测的监测仪器埋设要求，在集渣坑紧邻岩塞顶拱处设置6m长混凝土衬砌试验段，衬砌厚度0.5m。

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