高陡拱壩邊坡采用數(shù)碼雷管全斷面梯級爆破快速施工技術(shù)綜述

張 鵬

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 烏魯木齊 833000)

1 概述

1.1 拱壩邊坡特性

工程為新疆進(jìn)入21世紀(jì)修筑的首座200 m級特高混凝土雙曲拱壩，邊坡最大開挖高度257 m，每隔15 m～20 m設(shè)一層馬道，馬道寬度2 m，邊坡設(shè)計坡度介于1∶0.5～1∶0.25之間，邊坡支護(hù)以系統(tǒng)錨桿(樁)+掛網(wǎng)+噴混凝土+系統(tǒng)100 t～150 t錨索為主。

1.2 地址及地形特點

工程區(qū)為大陸性氣候，具有長冬夏，短春秋的特點，壩趾區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂構(gòu)造發(fā)育，位于地震Ⅷ度烈度區(qū)，壩軸線附近河谷為橫向谷，河谷狹窄，邊坡高陡，河谷寬高比1.26，左右自然坡度均多在65°以上，壩區(qū)巖層呈單斜構(gòu)造，以石炭系巨厚層、厚層、中厚層灰?guī)r為主，巖體表現(xiàn)為鑲嵌結(jié)構(gòu)，巖層層面呈波狀起伏，具擠壓錯動痕跡，局部有泥化現(xiàn)象。

2 施工總體布置

水利工程施工總體布置在施工組織設(shè)計的重要組成部分，主要目的就是對施工場地制定合理科學(xué)的規(guī)劃，確保整個工程順利的完工[1]。符合工程現(xiàn)場情況的施工總體布置將對施工作業(yè)提供極大保障，風(fēng)、水、電及攬機系統(tǒng)布置見圖1。同時該工程在壩頂以下壩肩開挖過程中，攬機系統(tǒng)已具備運行條件，為拱肩槽及上下游邊坡全斷面梯段爆破快速施工奠定了基礎(chǔ)。

圖1 施工布置示意圖

爆破警報系統(tǒng)警報擴音設(shè)計范圍3 km，采取遠(yuǎn)距離遙感播放控制。爆破警報系統(tǒng)由現(xiàn)場成立的爆破指揮中心負(fù)責(zé)運行，并履行提前預(yù)定時間爆破前書面告知流程。未發(fā)出解除信號前，崗哨堅持崗位，不準(zhǔn)任何人進(jìn)入危險區(qū)，經(jīng)檢查確認(rèn)安全后，方可發(fā)出解除警戒信號[2]。工程樞紐設(shè)計布置有2臺30 t平移式纜機，主要負(fù)責(zé)設(shè)備、材料吊運等工作。供卸料平臺位于左岸，高程947.50 m，寬度18 m，為單向無轉(zhuǎn)車平臺設(shè)置。30 t纜索跨度640 m，主索最大垂度31.5 m，最大提升高度245 m，工作范圍左右岸方向512 m，上下游方向106 m。

3 數(shù)碼雷管全斷面梯段爆破施工

3.1 數(shù)碼雷管的特點及優(yōu)越性

本工程采用XF型系列數(shù)碼雷管。XF型系列數(shù)碼雷管是一種數(shù)字化、可現(xiàn)場設(shè)置延時時間和接受系統(tǒng)管理的高精度延期雷管。XF型系列數(shù)碼雷管采用國內(nèi)首創(chuàng)膜類嵌入式電子專業(yè)橋絲代替?zhèn)鹘y(tǒng)金屬發(fā)火橋絲，可靠性和穩(wěn)定性高于傳統(tǒng)橋絲，保證了產(chǎn)品質(zhì)量和精度。雷管腳線通過快速接線夾與母線連接，快速接線夾提高了連線的效率，保證了連接的質(zhì)量，具有如下特點及優(yōu)越性。

(1)延期時間可以任意設(shè)定且延期精度高

數(shù)碼雷管延期時間0～16000 ms，且可任意調(diào)整，延時精度<500 ms，誤差為±2 ms；500 ms～16000 ms誤差不大于名義延時的±1%。較常用普通M2～M15段別非電雷管優(yōu)勢明顯。

(2)起爆設(shè)備操作簡便

操作界面簡單，單臺控制器帶載量為350發(fā)。

(3)良好的聯(lián)網(wǎng)可檢測性

在大型網(wǎng)絡(luò)連接中，傳統(tǒng)雷管無法通過通斷檢測來判斷每發(fā)雷管連接是否可靠。數(shù)碼雷管可對聯(lián)網(wǎng)雷管進(jìn)行檢測，獲知網(wǎng)絡(luò)中每一發(fā)雷管的地址、延期時間值、通訊是否正常等，確?？煽科鸨琜3]。

(4)具有數(shù)碼雷管信息流向跟蹤管控系統(tǒng)

實現(xiàn)雷管的完整閉環(huán)管理，彌補了雷管使用環(huán)節(jié)的管理缺失。將傳統(tǒng)的事后追溯的管理模式改變?yōu)槭虑翱刂频墓芾?，是對“現(xiàn)民爆系統(tǒng)”所實現(xiàn)管理功能的補充和完善。

(5)具有良好的使用安全性和公共安全性

數(shù)碼雷管采用傳統(tǒng)的電池、發(fā)爆器以及220 V交直流電不能起爆，只能使用專用起爆器，在規(guī)定的區(qū)域內(nèi)，在合法密碼的控制下才能被起爆，即可保證使用過程的安全性，也可有效杜絕非法使用。

(6)數(shù)碼雷管實現(xiàn)高精度起爆時序控制，為精確爆破設(shè)計、爆破效果控制、爆破機理與過程模擬研究，提供了新的技術(shù)支持[4]。

3.2 數(shù)碼雷管全斷面爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

(1)爆破參數(shù)

為保證高邊坡在開挖過程中的穩(wěn)定，通常在高邊坡大規(guī)模開挖前先進(jìn)行預(yù)裂爆破[5]。工程上下游邊坡采取20 m梯段一次預(yù)裂成型，10 m梯段分層爆破的施工工藝，爆破安全距離450 m控制。通過現(xiàn)場爆破試驗及巖石質(zhì)量爆前、爆后檢查，拱壩邊坡全斷面一次梯段爆破型爆破參數(shù)見表1。

表1 爆破參數(shù)統(tǒng)計表

(2)爆破網(wǎng)絡(luò)

數(shù)碼雷管起爆系統(tǒng)主要由控制器、爆破組網(wǎng)采集器、通訊線、爆破母線及其他設(shè)備通訊線纜組成。工程爆破網(wǎng)絡(luò)采取排間及孔間微差起爆網(wǎng)絡(luò)，排間間隔110 ms控制，孔間延時35 ms控制，典型梯段爆破聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)見圖2。

注：爆破采用電子雷管，排間延時110 ms，孔間延時為35 ms。預(yù)裂孔導(dǎo)爆索間隔不耦合裝藥；主爆及緩沖孔連續(xù)裝藥。

4 高陡邊坡快速施工工藝及方法

4.1 深孔梯段預(yù)裂爆破一次成型技術(shù)

工程所在區(qū)域非電雷管段別供貨限制，前期僅供應(yīng)常規(guī)M2～M15段別雷管，最大延時880 ms，為了控制爆破質(zhì)點振動速度及爆破前后巖石聲波衰減率，最大單響控制聯(lián)網(wǎng)壩肩邊坡及壩基同梯段高程劃分為多個區(qū)域爆破作業(yè)，不利于現(xiàn)場機械化作業(yè)及支護(hù)開挖作業(yè)循壞，施工工效低，施工成本高，施工進(jìn)度難以控制，同時經(jīng)監(jiān)測同區(qū)域受多次爆破振動影響，巖石聲波衰減率逐漸變大趨勢明顯。

采取數(shù)碼雷管后利用強大的延時功能，優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)，拱壩邊坡及壩基實現(xiàn)了全斷面梯段預(yù)裂爆破一次成型控制爆破，即拱壩上下游邊坡采取20 m梯段一次預(yù)裂成型，緩沖孔、爆破孔分10 m梯段兩層開挖(見圖3)，拱壩壩基上超下欠30 cm控制爆破的施工工藝。實現(xiàn)了主爆孔單孔單響，有效控制最大單響藥量，降低地震波對周圍建筑物及巖石質(zhì)量的影響，提高預(yù)裂爆破效果，增強邊坡穩(wěn)定性，減少飛石、噪聲等環(huán)境有害因素，更好的保護(hù)了爆破現(xiàn)場周邊環(huán)境以及人員安全，同時為增大了作業(yè)面，利于現(xiàn)場機械化作業(yè)及支護(hù)開挖作業(yè)循壞，提高施工工效，降低施工成本，促進(jìn)了施工進(jìn)度。

圖3 深孔梯段預(yù)裂爆破一次成型示意圖

4.2 登渣循環(huán)滾動快速支護(hù)技術(shù)

工程采取登渣循環(huán)滾動快速支護(hù)技術(shù)，即通過采用數(shù)碼雷管增大同層作業(yè)區(qū)域，按照4 m～5 m分層控制出渣，邊坡分區(qū)按照流水作業(yè)模式組織，實現(xiàn)液壓鉆機登渣鉆孔，邊坡掛網(wǎng)鋼筋支撐點緊隨出渣提前設(shè)置，邊坡錨索登渣利用出渣時段提前部分成孔穿索，錨索墩頭混凝土采取高強度早強混凝土澆筑的登渣循環(huán)滾動作業(yè)方式。每層馬道形成后及時搭設(shè)腳手架排架，剩余邊坡支護(hù)利用排架實施，做到邊坡淺層支護(hù)緊隨作業(yè)面不超1個設(shè)計梯段，深層支護(hù)不超2個設(shè)計梯段，有效提高了邊坡支護(hù)的及時性。

5 工程應(yīng)用效果

本工程拱壩左右岸邊坡及壩基自2019年5月中旬開始，截至2019年12月底，累計開挖高度140 m，平均開挖指標(biāo)20 m/月，高峰期30 m/月，拱壩壩基及邊坡開挖半孔率平均達(dá)87%，平均平整度12 cm，通過爆破參數(shù)的調(diào)整，建基面巖體質(zhì)量檢測結(jié)果顯著提升，同時形成了高邊坡開挖、淺層支護(hù)、深層支護(hù)三層滾動作業(yè)循環(huán)形象，確保了邊坡支護(hù)的及時性，保障了施工安全、進(jìn)度。

6 結(jié)語

在完善的施工總體布置和攬機系統(tǒng)正常運行的條件下，數(shù)碼雷管的應(yīng)用為工程全斷面梯段爆破和爆破參數(shù)的優(yōu)化提供了有利的技術(shù)保障，結(jié)合深孔梯段預(yù)裂爆破一次成型技術(shù)和登渣循環(huán)滾動快速支護(hù)技術(shù)，該工程較好的解決了“鑲嵌結(jié)構(gòu)”高陡邊坡開挖進(jìn)度慢、壩基巖體爆破振動控制難和邊坡快速支護(hù)及時性的問題。