預裂爆破在呼和浩特抽水蓄能電站強風化巖質邊坡開挖中的應用

李忠彬，劉暢快，王堅

（1.內蒙古呼和浩特抽水蓄能發電有限責任公司，內蒙古呼和浩特010010；2.中國長江電力股份有限公司，湖北宜昌443002；3.中國葛洲壩集團公司，湖北宜昌443000）

1 項目背景及地質概況

呼和浩特抽水蓄能電站位于內蒙古自治區呼和浩特市東北部的大青山區，距離呼和浩特市中心約20 km。電站總裝機容量1200 MW，裝機4臺，單機容量300 MW。電站建成后接入蒙西電網，在電網中發揮調峰、填谷、調頻、調相以及事故備用作用。電站樞紐主要由上水庫、水道系統、地下廠房系統、下水庫等建筑物組成，工程等別為一等，工程規模為大（1）型。主要建筑物按1級建筑物設計，次要建筑物按3級建筑物設計。

上水庫工程土石方明挖量約638萬m3，開挖量較大。上水庫庫區地表出露和鉆孔、平洞揭露的地層巖性主要為呂梁期片麻狀黑云母花崗巖和第四系殘坡積物及少量沖洪積物。工程區域內存在大量強風化巖質山體，山體斷面見圖1，主要以碎塊（粒）狀為主，部分呈土狀，片狀夾層和土夾石含量較高。在該區域采用常規梯段爆破方法施工經常會出現爆破區域后排巖體拉動的現象，并且爆破的邊坡極為松動，經常出現整片巖體塌落的現象，造成大量不必要的超挖，且有安全隱患。因此，考慮采用預裂爆破的開挖方式來對邊坡進行保護。

2 預裂爆破方案

巖石風化嚴重，為保證預裂質量，一次性將預裂孔打到設計高程，即從高程1963 m到1947 m。鉆孔過程中對鉆機的控制十分重要，因此在鉆機架設完成后，由施工員測量鉆機的傾角、方向，確保鉆機無晃動、方向正確、傾角正確后才能開機。鉆孔過程中每換一根鉆桿，都要用測角儀測量鉆機傾角，實時校正。并且當鉆機冒出粉塵顏色發生變化時，及時記錄鉆桿深度，以便確定地面下地質變更情況，然后根據地質變化情況調整裝藥量。

工程施工現場距離呼和浩特706發射臺較近，為避免爆破對發射臺造成不良影響，需嚴格控制單響藥量。炮孔透水情況明顯，有炮孔的水甚至有十多米深，為使起爆可靠和炸藥完全爆破，盡量用空壓機將水從炮孔中吹出，同時在臨起爆前裝藥，以減少炸藥在潮濕環境中的時間，從而提高可靠性。

圖1 山體斷面情況Fig.1 Cross section of the mountain

由于預裂邊坡風化嚴重，巖體結構極其破碎，若用反鏟直接清理，將會挖壞邊坡，造成超挖，所以在清理邊坡爆渣時采用“反鏟粗干，啄木鳥細雕”的方式，即先用反鏟將大部分爆渣清理干凈，并搭建工作平臺，然后將液壓破碎錘開上工作平臺，將貼坡部分的爆渣清理下來，這樣可以避免挖壞邊坡，使邊坡得到保護。

3 爆破參數設計[1-3]

預裂爆破區域分為兩大部分：直線段部分和圓弧段部分。直線段部分孔距為1.0 m，圓弧段部分孔距為0.8 m。

（1）預裂孔的定位

測量隊以高程1963 m的馬道外圍邊為參照，在此線上進行放線，然后測出上一臺階的高程，根據高程和預裂孔開鉆角度來計算預裂孔鉆孔線與所放的高程1963 m馬道外邊線的水平距離，定出孔位，然后進行打孔。

（2）所用炮孔直徑

預裂孔孔徑為90 mm，輔助孔孔徑為90 mm，主爆破孔孔徑為138 mm。

（3）所用炸藥類型

預裂孔裝藥：巖石乳化炸藥，不耦合裝藥，藥卷直徑32 mm。

主爆破孔裝藥：巖石乳化炸藥，耦合裝藥，裝藥直徑138 mm。

（4）炸藥單耗的選取

巖體風化情況較嚴重，炸藥單耗選用0.45 kg/m3。

（5）不耦合系數

選用藥卷直徑32 mm，預裂孔孔徑90 mm，所以不耦合系數為2.8。

（6）底部線裝藥密度增加系數

臺階高度為11 m，炮孔深13.75 m，底部線裝藥密度增加系數取3，加強段為1.5 m，裝藥長度7.5 m。

（7）預裂孔單孔裝藥結構

底部加強區，長度1.5 m，線裝藥密度為0.9 kg/m。

中部正常區，長度6.0m，線裝藥密度為0.3kg/m。

上部減弱區，長度1.0 m，線裝藥密度為0.06 kg/m。

堵塞段，1 m，采用細沙或壤土進行堵塞。

單個藥包用導爆索連接起來。

（8）主爆孔參數

孔深為10.5 m。孔徑為138 mm，采用耦合裝藥，孔距為4 m。

（9）緩沖孔參數

孔深為13.75 m，孔徑為138 mm，采用耦合裝藥，孔距為3 m。

4 起爆網路設計

起爆網路24 m長度為一個區，以區為單位采用毫秒延期導爆管雷管進行起爆。預裂孔提前25 ms起爆，隨后緩沖孔起爆，最后主爆孔起爆，即由后向前逐次起爆，這樣可以使震動降到最低，保證邊坡不會被震壞。

5 安全分析及技術措施［4］

因距離呼和浩特706發射臺較近（平均300m），且環境復雜，故應對可能產生的爆破危害予以足夠的重視。通常露天爆破需控制的爆破危害主要是爆破震動、空氣沖擊波、飛石和噪音。本次爆破的裝藥點多，藥量較為分散，單個藥包藥量不大，預裂孔堵塞長度小，所以空氣沖擊波和爆破噪音對706發射臺影響較大，主爆孔的堵塞長度足夠長，而且是采用預裂爆破，所以主爆孔的爆破震動對706發射臺的影響較小。

中華人民共和國國家標準GB6722－2003《爆破安全規程》及DL/T 5389-2007《水利水電工程爆破施工技術規范》中沒有明確針對發射臺、氣象臺的震動安全控制標準，參照“水電站及發電廠中心控制室設備”震動控制標準，被保護建筑物地質點震動速度按不大于0.5 cm/s進行控制。

按經驗公式：

其中，V=0.5 cm/s，R=300 m。

求得單響最大段起爆藥量Qmax=563 kg。

本次設計所有單響藥量均遠遠小于Qmax，因此是安全的。

6 爆破效果分析

通過預裂爆破全過程控制情況以及爆破挖運后結構面整體效果情況觀察，整體質量均在相關文件控制要求以內。從爆破挖運后所暴露的預裂面情況看，在圍巖破碎及風化較為嚴重的情況下，殘留爆破孔痕跡保存率仍達到61%。目前已完成邊坡開挖驗收單元一個，圍巖類別Ⅳ～Ⅴ類，共檢測超欠挖點位27個，其中合格點位25個，合格率92.6%，不平整度7～15 cm。

直觀看，預裂面保存完好，在破碎帶依然可看到半孔，在巖石條件好的地方，半孔率在90%以上。經過噴砂漿處理，預裂面得到有效保存，見圖2。

7 結語

西北地區常年干旱少雨，巖石風化嚴重，山體含有大量的破碎帶，采用預裂爆破可以保證邊坡的完整，是一種非常經濟有效的方法。工程實踐也證明了該方法成效顯著，為類似項目施工提供了有益的借鑒，以后施工中應重點注意：

圖2 預裂爆破完成后效果圖Fig.2 Effect picture after the pre-splitting blasting

（1）應采用有效的起爆網路和起爆方式。爆破炮眼密集，一次爆破炮孔較多，極易形成漏爆，必須精心施工，嚴格按要求連線，防止漏聯。

（2）預裂爆破的成功與否很大程度上受鉆孔的影響，所以對鉆孔環節要嚴格把關。

（3）雖然地面以下的地質情況無法用肉眼直接觀測，但可以通過鉆機冒出的粉塵顏色加以判斷，所以在復雜地質條件下施工時應做好記錄，以便確定地面以下地質情況。

（4）裝藥時應根據鉆孔記錄進行有針對性的裝藥調整。另外炸藥藥卷要捆綁結實，避免掉藥。■

[1]鄧飛.礦山工程爆破[M].北京:化學工業出版社,2009.

[2]林德余.礦山爆破工程[M].河北:冶金工業出版社,1993.

[3]顧毅成,史雅語,金驥良.工程爆破安全[M].合肥:中國科學技術大學出版社,2009.

[4]郭興明.爆破安全技術[M].北京:化學工業出版社,2009.