淺談黃金峽水利樞紐左岸高邊坡開(kāi)挖爆破施工技術(shù)

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(中國(guó)水利水電第十工程局有限公司，成都，610072)

水利樞紐工程，大部分建造在高山深谷的大江、大河上，利用擋水建筑物攔截河流，在壩前形成水庫(kù)，發(fā)揮其綜合作用。樞紐大壩兩岸邊坡穩(wěn)定是大壩穩(wěn)定的主要控制要點(diǎn)之一，邊坡施工時(shí)往往采用機(jī)械開(kāi)挖和鉆爆法開(kāi)挖。由于地質(zhì)情況的復(fù)雜性和多樣性，做好爆破設(shè)計(jì)和爆破控制是保證邊坡施工質(zhì)量的有效措施。筆者在本文中所提到的高邊坡為強(qiáng)風(fēng)化閃長(zhǎng)巖，風(fēng)化程度嚴(yán)重，圍巖破碎，巖隙發(fā)育縱橫交錯(cuò)，風(fēng)化程度不一，存在斷層，圍巖具有特殊性和復(fù)雜性，因此爆破控制開(kāi)挖成為了重點(diǎn)和難點(diǎn)，施工時(shí)除了采用常規(guī)預(yù)裂爆破和梯段爆破工藝外，通過(guò)對(duì)鉆孔時(shí)返渣返風(fēng)情況進(jìn)行觀察和記錄、分析并研究，采用了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和調(diào)整爆破參數(shù)的方式，嚴(yán)格根據(jù)圍巖實(shí)際情況“一炮一設(shè)計(jì)”的理念，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)面的平整度和殘孔率達(dá)到了較理想的效果。

1　工程概述

1.1　工程概況

黃金峽水利樞紐位于漢江干流上游峽谷段，地處陜西南部漢中盆地以東的洋縣境內(nèi)，為引漢濟(jì)渭工程主要水源之一，也是漢江上游干流河段規(guī)劃中的第一個(gè)開(kāi)發(fā)梯級(jí)，壩址下游55km處為石泉水電站。該工程的建設(shè)任務(wù)是以供水為主，兼顧發(fā)電，改善水運(yùn)條件。左岸邊坡高239m，每隔15m設(shè)置一級(jí)馬道，邊坡開(kāi)挖坡比1∶1.2～1∶0.8，馬道寬度為3m，共有15級(jí)馬道。邊坡支護(hù)形式為系統(tǒng)錨桿+掛鋼筋網(wǎng)+噴C20混凝土+預(yù)應(yīng)力錨索+格構(gòu)梁等，在開(kāi)挖范圍外5m處設(shè)置RX-050型柔性被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)和截水溝。

1.2　地質(zhì)情況

左岸壩肩自然邊坡地形坡度37°～39°，邊坡走向315°左右，傾向225°，壩肩以上邊坡高239m，大部分基巖裸露，局部覆蓋少量殘坡積碎石土。邊坡基巖為閃長(zhǎng)巖，強(qiáng)風(fēng)化帶厚5m～34m，弱風(fēng)化上帶厚5m～23m；弱風(fēng)化下帶臨近坡腳部位厚5m～22m；弱風(fēng)化下帶以下為微新巖體。

2　爆破試驗(yàn)

2.1　爆破試驗(yàn)的目的

爆破試驗(yàn)的目的主要是選定合理的鉆爆設(shè)備及預(yù)裂孔、緩沖孔、主爆孔的孔深、間距、角度、線裝藥量、單耗、單響和梯段分級(jí)等相關(guān)爆破參數(shù)。依據(jù)《爆破手冊(cè)》相關(guān)爆破參數(shù)，編制爆破試驗(yàn)大綱，經(jīng)爆破試驗(yàn)選取閃長(zhǎng)巖地質(zhì)條件下合理的爆破參數(shù)以指導(dǎo)邊坡開(kāi)挖爆破施工。

2.2　造孔設(shè)備

預(yù)裂孔和緩沖孔采用QZJ-100B型支架式潛孔鉆造孔，梯段爆破孔采用志高430型全液壓履帶式鉆機(jī)造孔，邊角及零星范圍采用YT-28手風(fēng)鉆造孔。

2.3　爆破參數(shù)選擇

通過(guò)對(duì)三次爆破試驗(yàn)成果進(jìn)行全面的分析，選擇爆破效果最優(yōu)的爆破參數(shù)作為邊坡開(kāi)挖爆破設(shè)計(jì)的參考。對(duì)于以強(qiáng)風(fēng)化為主，巖石較破碎，裂隙較發(fā)育，爆破單耗藥量設(shè)計(jì)為0.3kg/m3；弱風(fēng)化上帶為主，巖石較完整，巖脈、裂隙發(fā)育，爆破單耗藥量設(shè)計(jì)為0.35kg/m3，預(yù)裂孔和緩沖孔按永久開(kāi)挖結(jié)構(gòu)面坡度設(shè)計(jì)成傾斜孔，采用不耦合裝藥，φ32的乳化炸藥牢固綁扎在竹片上，藥卷間隔長(zhǎng)度為40cm～50cm；緩沖孔采用乳化炸藥連續(xù)將藥卷綁在竹片上，主爆孔設(shè)計(jì)為豎直孔，孔深7.5m，采用散裝硝銨炸藥，連續(xù)裝藥，底部加強(qiáng)。每級(jí)邊坡預(yù)裂孔一次成型，主爆孔分兩次梯段爆破成型。每級(jí)邊坡底部預(yù)留2m馬道保護(hù)層，采用水平光面爆破方法處理，確保馬道平整度滿(mǎn)足要求。爆破試驗(yàn)確定最優(yōu)參數(shù)如下表1。

表1預(yù)裂及緩沖孔試驗(yàn)成果參數(shù)

表2梯段主爆孔試驗(yàn)成果參數(shù)

3　爆破設(shè)計(jì)

3.1　深孔梯段爆破

根據(jù)爆破試驗(yàn)成果，爆破設(shè)計(jì)如下。

(1)臺(tái)階高度(H)

臺(tái)階高度設(shè)計(jì)為H=7.5。

(2)孔徑(d)

孔徑選擇d=90mm。

(3)孔距與排距(a、b)

孔距(a)2.5m～3.0m，排距(b)2.5m～3.0m。

(4)布孔方式

采用三角形布孔，這樣炸藥在被爆介質(zhì)內(nèi)分布比較均勻，有利于改善爆破效果。

(5)孔深(h)

h=H+△h(垂直孔)

式中：H為臺(tái)階高度；△h為鉆孔超深，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，超深取0.5m～1m。當(dāng)孔距和排距較小、巖石較破碎時(shí)取下限值，反之，則取上限值。

(6)底盤(pán)抵抗線(W)

取W=2.5m～3.0m。

(7)炸藥單耗(q)

根據(jù)邊坡地質(zhì)圍巖特性并結(jié)合爆破試驗(yàn)效果，炸藥單耗取q=0.30kg/m3～0.40kg/m3，對(duì)于左壩肩邊坡上下游兩側(cè)較破碎巖體選擇0.30kg/m3～0.35kg/m3，中部較完整巖體選擇0.35kg/m3～0.40kg/m3。施工中專(zhuān)業(yè)爆破工程師根據(jù)實(shí)際爆破效果和圍巖情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

(8)裝藥結(jié)構(gòu)

梯段主爆孔采用連續(xù)裝藥，裝藥密度大于0.8kg/m3～1.2kg/m3，裝藥長(zhǎng)度3m～5m，孔口堵塞長(zhǎng)度2.5m～3.5m。

(9)單孔藥量(Q)

Q=a·b·H·q(kg)

按平均孔網(wǎng)參數(shù)計(jì)算，當(dāng)孔徑為90mm時(shí)，Q=30kg。

(10)每次爆破總藥量(∑Q)

∑Q=n·Q(kg)

式中：n為爆區(qū)的炮孔數(shù)量。

3.2　淺孔爆破參數(shù)

(1)孔徑

采用42mm孔徑，YT-28手風(fēng)鉆造孔。

(2)孔距與排距

孔距1.0m～1.5m，排距0.8m～1.0m。

(3)布孔方式

采用三角形布孔方式。

(4)孔深

h=H+△h

式中：H為臺(tái)階高度，取1.5m～3.0m；

△h為鉆孔超深，取0.2m～0.4m。

(5)爆破單耗

根據(jù)爆破試驗(yàn)成果確定爆破單耗按q=0.3kg/m3～0.35kg/m3的取值進(jìn)行爆破，專(zhuān)業(yè)爆破工程師根據(jù)開(kāi)挖揭示的爆破效果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

(6)單孔藥量和總裝藥量同深孔梯段爆破計(jì)算方法確定。

3.3　預(yù)裂爆破

為了減少爆破開(kāi)挖對(duì)永久預(yù)留邊坡的破壞和擾動(dòng)，確保邊坡的穩(wěn)定、光滑和平整，減少邊坡修整工程量，永久邊坡開(kāi)挖采用預(yù)裂爆破技術(shù)。預(yù)裂爆破參數(shù)為：

(1)預(yù)裂爆破炮孔間距a預(yù)

預(yù)裂炮孔間距的選取考慮到炮孔直徑，巖石力學(xué)特征，地質(zhì)構(gòu)造，炸藥種類(lèi)等多種因素的影響?？组g距：a預(yù)=(8-12)d。

在節(jié)理裂隙比較發(fā)育的巖石中取小值，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)爆破試驗(yàn)結(jié)果，取a預(yù)=1.0m，施工中結(jié)合實(shí)際爆破效果，專(zhuān)業(yè)爆破工程師進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

(2)最小抵抗線W預(yù)

預(yù)裂孔的最小抵抗線W預(yù)是預(yù)裂層厚度或預(yù)裂孔到鄰近緩沖孔間的距離，是影響預(yù)裂爆破效果的關(guān)鍵參數(shù)。

W預(yù)=(1.2～1.8)a預(yù)

結(jié)合爆破試驗(yàn)情況，預(yù)裂孔的最小抵抗線取W預(yù)=1.5m。

(3)線裝藥密度q預(yù)

裝藥密度過(guò)大，會(huì)破壞炮孔的孔壁，線裝藥密度過(guò)小，炮孔間裂縫不能貫通，巖壁表面留下巖埂難以開(kāi)挖，坡面不平整，造成欠挖，為了控制裂隙的發(fā)育以保持新壁面的完整穩(wěn)固，在保證沿炮眼連心線破裂的前提下，盡可能少裝藥。取q預(yù)=0.2kg/m～0.3kg/m。為了克服炮孔底部的夾制作用，底部加大裝藥量，q底=(1.2～2.0)q預(yù)。

(4)裝藥結(jié)構(gòu)

預(yù)裂炮孔采用不耦合間隔裝藥，將炸藥卷間隔綁在竹片上，間隔距離為40cm～50cm，藥卷緊靠導(dǎo)爆索，孔底適當(dāng)加大藥量，孔口部位適當(dāng)減少藥量。

(5)堵塞長(zhǎng)度

預(yù)裂爆破孔口預(yù)留1.0m～1.5m為炮孔堵塞長(zhǎng)度，堵塞時(shí)先用炮棍將塑料團(tuán)或布團(tuán)送入炮孔內(nèi)1.0m～1.5m處，再采用鉆屑或炮泥堵塞，嚴(yán)禁采用石塊堵塞孔口。

3.4　起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)與爆破器材選擇

3.4.1起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

本工程采用電起爆網(wǎng)路系統(tǒng)，選用瞬發(fā)電雷管起爆。淺孔爆破和深孔爆破的起爆網(wǎng)路均為排間微差起爆，采用控制爆破控制飛石方向及爆渣塊度，便于清渣。

3.4.2爆破器材選擇

本工程的爆破施工中，根據(jù)不同的地形條件和體形開(kāi)挖要求，采用不同的爆破方式，因此對(duì)應(yīng)于不同的爆破器材和起爆器材。

淺孔爆破以及預(yù)裂(光面)孔爆破采用φ32mm乳化炸藥，梯段深孔爆破采用成品炸藥(硝銨炸藥或乳化炸藥)，淺孔爆破采用1～5段的毫秒延期電雷管，深孔爆破采用1～15段的毫秒延期非電導(dǎo)爆管雷管，起爆爆破網(wǎng)絡(luò)采用瞬發(fā)電雷管，預(yù)裂孔爆破采用導(dǎo)爆索。

4　爆破負(fù)效應(yīng)分析與控制

4.1　常見(jiàn)爆破負(fù)效應(yīng)

炸藥在炮孔內(nèi)爆炸后，一部分能量用來(lái)對(duì)巖石做功，破碎和移動(dòng)巖石，另一部分能量以應(yīng)力波的形式在地表和巖體內(nèi)傳播引起擾動(dòng)，也就是爆破振動(dòng)，剩余的能量以空氣沖擊波的形式傳播到空氣中形成爆破沖擊波。因此，爆破施工必須對(duì)負(fù)效應(yīng)進(jìn)行控制，必要時(shí)采取安全防護(hù)措施。

4.2　爆破飛石的控制

(1)裝藥量是影響爆破飛石的主要因素之一。對(duì)于鉆孔爆破，結(jié)合爆破試驗(yàn)確定合理的炸藥單耗，正確計(jì)算藥量，合理進(jìn)行藥量的分布。

(2)采用微差爆破技術(shù)，妥善安排起爆順序，飛石控制要求甚嚴(yán)的地方，切忌齊發(fā)爆破。

(3)保證堵塞長(zhǎng)度，孔內(nèi)積水必須清除干凈，受水飽和的堵塞土，容易沖炮。同時(shí)，堵塞填土應(yīng)分層搗實(shí)。

(4)在靠近公路或附近有需要保護(hù)的設(shè)施處進(jìn)行爆破時(shí)，除控制炸藥單耗和合理選擇起爆順序外，根據(jù)爆區(qū)環(huán)境，采取必要的防護(hù)措施，如：采用沙袋在孔口覆蓋、覆蓋荊芭防護(hù)等，控制爆破飛石，最大限度地保證爆破安全。

4.3　爆破警戒及安全分析

4.3.1爆破警戒

在爆破警戒范圍以外路口張貼放炮公告，明確每日爆破時(shí)間和警戒范圍，爆破時(shí)嚴(yán)格按照預(yù)設(shè)的警戒區(qū)設(shè)防，根據(jù)爆破影響范圍在左邊坡上游柳樹(shù)溝橋頭和下游戴母雞溝口設(shè)置交通疏導(dǎo)和管制，嚴(yán)格根據(jù)明挖爆破300m安全范圍實(shí)行嚴(yán)格的交通管制，指派專(zhuān)職安全員負(fù)責(zé)信息溝通及聯(lián)絡(luò)工作，從爆破警戒到解除警戒全過(guò)程由專(zhuān)人統(tǒng)一指揮，爆破后專(zhuān)業(yè)炮工進(jìn)行安全性檢測(cè)確認(rèn)安全后，方通知警戒人員解除警戒開(kāi)放交通。

4.3.2爆破安全分析

考慮到本工程施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，周?chē)?00m范圍內(nèi)無(wú)重要設(shè)施及建筑物，現(xiàn)場(chǎng)的施工機(jī)械均為可移動(dòng)式設(shè)備，加之本工程的單次爆破藥量不大，所以爆破飛石及爆破振動(dòng)均能得到很好的控制，不會(huì)對(duì)周?chē)脑O(shè)備、設(shè)施造成損害。本工程中，嚴(yán)格按《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)，對(duì)人員的警戒半徑要求為300m，現(xiàn)場(chǎng)施工設(shè)備的警戒距離為200m，確保人員和設(shè)備的安全。爆破作業(yè)的單次起爆總藥量控制在1t以?xún)?nèi)。

5　爆破效果

本工程經(jīng)過(guò)爆破試驗(yàn)、爆破設(shè)計(jì)、爆破控制，邊坡爆破成型效果較好，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)面殘孔率滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，預(yù)裂爆破相鄰兩炮孔間巖面的不平整度不大于15cm，爆破塊度控制在100cm以?xún)?nèi)，大塊率小于3%，二次解爆量小。

6　結(jié)語(yǔ)

爆破開(kāi)挖目前屬于水利工程石方開(kāi)挖的主要開(kāi)挖施工方法之一，不同的圍巖需要選擇不同的爆破參數(shù)，對(duì)于復(fù)雜的圍巖做好爆破試驗(yàn)，并在施工過(guò)程中做好鉆孔記錄，分析每個(gè)炮孔地質(zhì)圍巖真實(shí)情況，是爆破設(shè)計(jì)參數(shù)控制和調(diào)整的關(guān)鍵；堅(jiān)持“一炮一設(shè)計(jì)、一炮一總結(jié)”的原則進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)調(diào)整，是保證開(kāi)挖質(zhì)量的關(guān)鍵。