預(yù)裂爆破技術(shù)在水利工程壩基開挖中的應(yīng)用

■蔡澤軍（廣東省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊(duì)廣東肇慶526020）

預(yù)裂爆破技術(shù)在水利工程壩基開挖中的應(yīng)用

■蔡澤軍
（廣東省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊(duì)廣東肇慶526020）

現(xiàn)階段水利水電工程領(lǐng)域?yàn)榱藵M足大規(guī)?；こ添?xiàng)目的建設(shè)要求，選用水平預(yù)裂爆破技術(shù)進(jìn)行壩基開挖能有效縮短工期、保證開挖質(zhì)量。在采用合理的鉆孔精度控制措施情況下，使用潛孔鉆進(jìn)行15m水平預(yù)裂鉆孔是成功的。文章對潛孔鉆水平預(yù)裂爆破技術(shù)在壩基開挖中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

水平預(yù)裂爆破技術(shù)壩基開挖潛孔鉆鉆孔精度控制

1　工程概況

某水電站大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程1334.00m，最低建基面高程1166m，最大壩高168.0m，最大壩底寬153.2m，壩頂軸線長516m。大壩右岸地形坡度一般為35°～45°，局部段55°，陡傾角構(gòu)造錯(cuò)動(dòng)帶線發(fā)育，邊坡上部風(fēng)化較深，下部較淺，弱風(fēng)化下段在岸坡下部次生泥較少，分布深度淺。壩基巖性主要為角礫集塊熔巖，微新巖體中次生泥分布亦較普遍，Ⅲ1類或Ⅱ類巖體在中上部分布深度很大，淺層主要為Ⅲ2和Ⅲ3類巖體。

2　水平建基面爆破方案選擇

該水電站右岸壩基開挖水平建基面共約1.5萬m2，平均每個(gè)月完成水平建基面開挖約6000m2，施工強(qiáng)度大。壩基開挖要求不平整度不大于15cm，巖體爆前、爆后波速的衰減率不大于10%，為達(dá)到設(shè)計(jì)的質(zhì)量要求，并保證施工進(jìn)度，我們通過爆破試驗(yàn)對水平預(yù)裂爆破法、孔底設(shè)柔性墊層法以及保護(hù)層分層開挖法進(jìn)行比較。經(jīng)過比較分析，傳統(tǒng)的保護(hù)層分層開挖法因費(fèi)用、工期大被淘汰，柔性墊層法和水平預(yù)裂法費(fèi)用、工期相差不大，但水平預(yù)裂法對保留巖體的擾動(dòng)更小，外觀質(zhì)量明顯優(yōu)于柔性墊層法，最后決定使用水平預(yù)裂爆破法進(jìn)行水平建基面的開挖。根據(jù)資料，為避免超挖過大，大多數(shù)工程選用手風(fēng)鉆進(jìn)行水平預(yù)裂鉆孔，單次鉆孔長度3m左右，部分采用潛孔鉆鉆孔的，單次鉆孔長度也控制在10m以內(nèi)。本工程各個(gè)壩段的水平建基面寬度多在8～15m，根據(jù)爆破試驗(yàn)，采取高精度的電子羅盤控制孔斜、使用限位器控制長鉆孔的下?lián)锨冃蔚却胧┑那闆r下，15m寬的建基面采用一次鉆爆超挖能控制在10cm以內(nèi)。

3　水平預(yù)裂參數(shù)的選擇

3.1鉆孔直徑

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，選用YQ-100B型潛孔鉆。鉆孔直徑為100mm。

3.2鉆孔間距

鉆孔間距a和鉆孔直徑D的關(guān)系可用間距系數(shù)n來表示：a=nD。n值的大小決定著鉆孔的數(shù)量，n值過大，不能保證預(yù)裂縫的形成，影響預(yù)裂效果；n值過小，將增加鉆孔數(shù)量，不經(jīng)濟(jì)，并且影響施工進(jìn)度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般認(rèn)為n值取7～12較合適。本工程鉆孔直徑為100mm，計(jì)算設(shè)計(jì)鉆孔間距0.7～1.2m，取0.8m。

3.3不耦合系數(shù)

根據(jù)鉆孔直徑D的大小選擇藥卷直徑d。不耦合系數(shù)E是指鉆孔直徑與藥卷直徑的比值，可用E=D/d表示，E值一般為2～5。本工程鉆孔直徑為100mm時(shí)，預(yù)裂爆破的藥卷直徑取32mm，E值為3.1。

3.4鉆孔深度

本工程建基面寬度為9～15m，一次預(yù)裂成型，實(shí)際鉆孔過程中要嚴(yán)格控制開孔孔位高程和角度。

3.5線裝藥密度

爆破試驗(yàn)時(shí)使用以下兩個(gè)公式分別計(jì)算：

q=0.034σ壓0.63a0.67

q=9.22σ壓0.53r0.38

式中：q為線裝藥密度，kg/m；σ壓為巖石極限抗壓強(qiáng)度，MPa；a為鉆孔間距，m；r為鉆孔半徑，mm。根據(jù)爆破試驗(yàn)成果，最終確定q=350～450g/m。

3.6堵塞長度

孔口堵塞長度對水平預(yù)裂面的效果有一定影響，堵塞長度過短，則爆破時(shí)氣體逸出，不易形成預(yù)裂縫或預(yù)裂縫寬度不夠；堵塞長度過長，則在孔口附近部位易殘留水平炮孔。實(shí)際施工中的堵塞長度根據(jù)爆破效果進(jìn)行不斷調(diào)整修正，一般取0.8～1m為宜。

3.7裝藥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

水平預(yù)裂和邊坡預(yù)裂有一定的區(qū)別。一般邊坡預(yù)裂爆破底部抵抗線較大，夾制作用明顯，而水平預(yù)裂爆破是在3m厚的巖中進(jìn)行，類似于光面爆破，底部夾制作用小。施工過程中，根據(jù)鉆孔深度和地質(zhì)條件的不同，將確定的線裝藥密度均勻分布在孔內(nèi)，孔底1m范圍內(nèi)線裝藥密度適當(dāng)增加一倍，孔口堵塞長度以下第1卷藥量減半。

4　淺孔梯段爆破參數(shù)的選擇

4.1鉆孔直徑與藥卷直徑

為加快施工進(jìn)度，梯段爆破一般采用液壓鉆D7進(jìn)行鉆孔，鉆孔直徑80mm，藥卷直徑60mm。

4.2爆破參數(shù)

鉆孔深度控制鉆孔底部在距建基面0.8～1.0m，本工程護(hù)層厚度為3m，鉆孔深度一般為2.0～2.2m。本工程孔距一般為2m，排距1.2m。堵塞80～100cm，單位耗藥量控制在0.5kg/m3左右。

5　施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

5.1鉆孔

水平預(yù)裂鉆孔在下一臺階邊坡預(yù)裂爆破及主要梯段爆破完成后進(jìn)行，具體施工次序?yàn)橄冗M(jìn)行下一臺階邊坡預(yù)裂的鉆爆，邊坡預(yù)裂在水平建基面保護(hù)層上進(jìn)行；再進(jìn)行下一臺階邊坡預(yù)留保護(hù)層的第1次梯段爆破，共5m高，包括3m水平建基面保護(hù)層和2m水平建基面以下的開挖；最后進(jìn)行水平建基面保護(hù)層的預(yù)裂和梯段爆破。水平預(yù)裂孔的鉆孔質(zhì)量是預(yù)裂質(zhì)量的關(guān)鍵，采用測量儀器控制預(yù)裂孔的方位，水平預(yù)裂每孔都使用測量儀器放出準(zhǔn)確位置并放出方位線，確保所有鉆孔盡量平行；采用高精度的電子羅盤控制孔斜，確保鉆桿水平角度符合要求。

在鉆孔施工前，首先對邊坡預(yù)留保護(hù)層的第1次梯段爆破的石渣進(jìn)行清理，然后根據(jù)測量放線搭設(shè)架鉆平臺，并支撐牢固，同時(shí)考慮水平鉆孔時(shí)鉆桿沿水平方向因重力下垂一定角度，根據(jù)爆破試驗(yàn)后對殘孔的實(shí)測成果，在水平預(yù)裂孔鉆孔前考慮0.4°～0.6°的上仰，為避免因角度上仰可能造成的水平預(yù)裂鉆孔前0～4m的欠挖，將孔口位置下移2～3cm。

待平臺搭設(shè)結(jié)束后鉆機(jī)就位，再進(jìn)行一次測量校核，確?？孜患翱紫虻恼_性，檢查無誤后開鉆。調(diào)整時(shí)，先粗調(diào)鉆孔的方位和水平度，再細(xì)調(diào)鉆孔的方位，最后細(xì)調(diào)鉆孔的水平度。開鉆時(shí)先徐徐加壓，鉆深達(dá)到0.3m時(shí)檢查鉆孔方向并及時(shí)糾偏，然后再繼續(xù)鉆進(jìn)，至1m時(shí)再進(jìn)行檢查并糾偏，并在以后鉆進(jìn)過程中做到每鉆進(jìn)一根鉆桿檢查校核一次。

為減少因鉆桿自重下?lián)锨冃我鸬某?，鉆桿選用剛度好的新鉆孔，杜絕使用已經(jīng)變形的舊鉆桿，對于100B型潛孔鉆，選用最粗的60mm的鉆桿。

當(dāng)預(yù)裂孔長度大于10m時(shí)，采用加設(shè)限位器的方法減少超挖，限位器的直徑略小于鉆頭直徑，在鉆進(jìn)0.5m、1m時(shí)分別布設(shè)，以后每根鉆桿布設(shè)1個(gè)。鉆孔結(jié)束后，利用鉆機(jī)供風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行清孔，吹出鉆渣，然后使用測繩或伸縮桿測量孔深，并如實(shí)記錄。

5.2裝藥

鉆孔檢查合格后，按照爆破設(shè)計(jì)程序進(jìn)行裝藥。采用導(dǎo)爆索、竹片和炸藥捆綁在一起徐徐向孔內(nèi)推進(jìn)。裝藥前，對已綁好的藥卷進(jìn)行檢查，確保裝藥結(jié)構(gòu)符合爆破設(shè)計(jì)；裝藥時(shí)，要保證竹片在正下方，并使藥卷盡量居中。裝藥完成后采用炮紙和巖粉進(jìn)行封堵。

5.3聯(lián)網(wǎng)及起爆

根據(jù)實(shí)際的裝藥孔數(shù)對爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行修正，按修正后的爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，確保預(yù)裂孔先響。水平預(yù)裂爆破和垂直淺孔梯段爆破同時(shí)按設(shè)計(jì)的裝藥結(jié)構(gòu)分別裝藥，并在同一網(wǎng)絡(luò)內(nèi)聯(lián)接，控制預(yù)裂爆破先于梯段爆破的起爆時(shí)差為75～100ms。

垂直淺孔梯段爆破孔一般采用自孔底向上連續(xù)裝藥和間隔兩種裝藥結(jié)構(gòu)。起爆順序沿抵抗線最小的方向依次分段起爆，控制最大一段起爆藥量小于100kg。

5.4爆后效果檢查及統(tǒng)計(jì)、分析

在爆破結(jié)束后首先對起爆效果進(jìn)行檢查，清理干凈基礎(chǔ)面，對每個(gè)炮孔按照編號、裝藥量、地質(zhì)情況、殘留半邊炮孔進(jìn)行檢查對照，逐孔記錄。

每次爆破后由爆破工程師對統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，作為下一次爆破設(shè)計(jì)調(diào)整的重要依據(jù)。

5.5爆前、爆后波速的衰減率控制

在爆破前要按設(shè)計(jì)進(jìn)行爆前波速的檢測，爆破后及時(shí)掃孔，進(jìn)行爆后波速檢測。

6　結(jié)語

根據(jù)已經(jīng)施工的水平建基面觀察，開挖面大面平整、炮孔間距均勻、孔向大致平行；相鄰預(yù)裂兩孔間不平整度5～10cm；預(yù)裂半孔殘留率為90%～95%，且孔壁無爆破拉裂痕跡；爆前、爆后壩基巖體距孔口1.0m處的聲波波速衰減率為1%～6.5%。

實(shí)踐證明，水電站在大面積的大壩水平建基面基礎(chǔ)開挖中，采用潛孔鉆水平預(yù)裂爆破技術(shù)進(jìn)行壩基開挖是成功的，能有效控制施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度。在采用高精度的電子羅盤控制鉆孔方位、孔斜，孔內(nèi)加設(shè)限位器等措施的情況下，使用潛孔鉆進(jìn)行15m的長預(yù)裂鉆孔嘗試是成功的。

[1]中國電力企業(yè)聯(lián)合會.水電水利工程爆破施工技術(shù)規(guī)范（DL/T5135-2013）[S].北京：中國電力出版社，2013.

[2]楊年華，等.精準(zhǔn)控制鉆孔角度的定向裝置研究[J].工程爆破，2011，17（1）.

TU751.9[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-396-2