面板堆石壩砂巖料場爆破方案設計

王和鑫

（自貢小井溝水利工程有限責任公司，四川 自貢 643000）

面板堆石壩砂巖料場爆破方案設計

王和鑫

（自貢小井溝水利工程有限責任公司，四川 自貢 643000）

小井溝水利工程大壩主料場主要為蚱蜢寺砂巖料場，料場的爆破開采質(zhì)量直接關(guān)系著堆石料顆粒級配是否滿足設計要求，影響大壩主堆石料填筑質(zhì)量。文章主要闡述此類地質(zhì)情況面板堆石壩砂巖料場爆破設計方法，為以后相似工程提供參考。

面板堆石板；砂巖料場；飽和抗壓強度；軟化系數(shù)

1 概 況

蚱蜢寺料場位于壩址左岸下游 1.0km處，有鄉(xiāng)村公路通過，運輸方便。料場分布高程365～520m，地形順南北向呈11°～14°斜坡（與巖石層面基本一致），順坡長度為700m，寬度150～200m，平面面積0.112km2，大多為林地，其西側(cè)為高約10m的陡崖，東側(cè)為斜坡。當?shù)刈鳛闂l石用料在頂部進行了少量開采，主要開采地集中在東部陡崖一帶。

爆破作業(yè)區(qū)周圍及下游有民用房屋，爆破作業(yè)時需注意安全、加強警戒。

2 料場地質(zhì)條件

料場除陡崖部位基巖裸外，大多覆蓋0.5～1m土層。基巖巖性為J1z厚層塊狀砂巖與泥巖互層（上部主要為砂巖），巖層產(chǎn)狀N50°～70°E/SE∠10°～14°，巖體中發(fā)育一組產(chǎn)狀為N42°W/NE∠81°裂隙，但稀少，間距大于3m。剝離層為覆蓋層及強風化帶巖石，有用層為弱風化及新鮮巖石。

根據(jù)巖性從上至下分為3層：

1層為砂巖夾粉砂質(zhì)泥巖透鏡體，其粉砂質(zhì)泥巖夾層為1—1層。層砂巖以灰黃色，細粒結(jié)構(gòu)為主，少量為中粗粒，厚層為塊狀構(gòu)造。據(jù)磨片鑒定，砂巖以孔隙式膠結(jié)為主，次為接觸式；碎屑物含量為82%～83%（其中長石占66%～74%、巖屑占9%～16%），膠結(jié)物含量為17%～18%（其中泥質(zhì)占9%～13%、硅質(zhì)占3%～8%、鐵質(zhì)占0%～1%）。該層分布于整個料場上部，平均厚度10.8m。當?shù)匾言谠搶由喜块_采過條石。

另外，在料場西部陡崖剖面蚱3～蚱4一帶表層見有2層0.3～0.7m厚泥巖透鏡體。據(jù)鉆孔及勘探揭示，在砂巖中夾有3層軟質(zhì)砂巖夾層，其主要呈透鏡體狀分布，主要分布在剖面蚱3～蚱4一帶，厚0.3～0.8m，其厚度小，施工開挖難以剃除。1—1層粉砂質(zhì)泥巖為紫紅色，含砂較重。呈透鏡狀分布于1層灰黃色砂巖中。在蚱ZK2、蚱ZK3鉆孔中有揭示，厚度為3.1～7.55m。該層厚度變化大，主要分布于高程470m以下，以上尖滅消失。

2層為青灰色砂巖。細粒結(jié)構(gòu)，厚層構(gòu)造。磨片鑒定砂巖以孔隙式膠結(jié)為主，少量接觸式；碎屑物含量為77%（其中長石占69%、巖屑占8%），膠結(jié)物含量為23%（其中泥質(zhì)占13%、硅質(zhì)占8%、綠泥石占1%、鐵質(zhì)微量）。蚱ZK1、蚱ZK2、蚱ZK3鉆孔中均有揭示，厚度為2.14～5.8m，分布于整個料場1層砂巖之下，從坡下至坡上厚度變小。在蚱ZK1鉆孔底部分布有軟砂巖夾層（R3），厚0.1～0.2m，呈透鏡體狀分布。

3層為粉砂質(zhì)泥巖，紫紅色。蚱ZK3號孔揭示最大厚度為9.15m，未揭穿，該層分布于料場下部。

3 壩體填筑料技術(shù)指標

3.1 墊層料

大壩墊層料采用蚱蜢寺2層青灰色砂巖料破碎加工，巖塊飽和抗壓強度大于40MPa。墊層區(qū)（2A）墊層料采用人工破碎篩分料摻配，最大粒徑控制為80mm，墊層料壓實后干密度不小于2.12g/cm3，滲透系數(shù)為A×10-3～A×10-4cm/s。

特殊墊層區(qū)（2B）最大粒徑控制為40mm，壓實后小于0.075mm含量不大于8%，級配連續(xù)。

3.2 過渡料

過渡料采用蚱蜢寺2層青灰色砂巖料，飽和抗壓強度大于40MPa，最大粒徑控制為300mm，壓實后粒徑小于5mm的含量小于20%，粒徑小于0.075mm含量不大于5%。過渡料壓實后干密度不小于2.1g/cm3，滲透系數(shù)不小于A×10-4cm/s。

3.3 主堆石料

主堆石區(qū)采用蚱蜢寺1層黃灰色砂巖料填筑，飽和抗壓強度大于30MPa，最大粒徑控制為800mm，壓實后小于5mm含量小于15%，小于0.075mm含量不大于5%。主堆石料壓實后干密度不小于2.07 g/cm3；滲透系數(shù)控制不小于A×10-3cm/s。

3.4 下游堆石料

下游堆石區(qū)采用蚱蜢寺1層黃灰色砂巖料填筑，最大粒徑控制為800mm，小于5mm含量小于20%，壓實后干密度不小于2.05g/cm3。

4 爆破開采規(guī)模

（1）爆破方向。根據(jù)現(xiàn)場地形，爆破方向選擇為順料場斜坡向下垂直于河道方向（南北方向）。

（2）爆破規(guī)模。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，確定爆破寬度為不超過6排主爆孔，長度沿料場寬度方向一次性爆，約為150～200m。爆破區(qū)面積約500m2，爆破方量約7000方。總開采量約140萬m3。

（3）爆破梯段高度的選擇。為有利于爆破后挖裝設備運行，梯段高度統(tǒng)一考慮采用10m。為保證爆破試驗能取得良好的效果，先進行料場上部覆蓋層剝離，為梯段爆破和爆破試驗創(chuàng)造較好的施工條件。施工過程中根據(jù)實際情況和現(xiàn)場條件進行不斷優(yōu)化，確保爆破后的面在同一平臺上。

5 鉆爆施工設備及材料選擇

主堆石開采鉆孔采用CM-351鉆機，鉆孔直徑110mm。

炸藥采用2#巖石乳化炸藥，根據(jù)火工材料供應情況，采用Ф70和Ф90兩種藥卷。起爆采用電雷管起爆，孔內(nèi)采用15段非電毫秒雷管，孔間采用3段非電毫秒雷管，排間采用的是5段非電毫秒雷管。

（1）堆石料爆破。根據(jù)設計要求，堆石料最大粒徑為800mm，堆石料爆破采用設計參數(shù)見表1。

表1 堆石料梯段微差爆破參數(shù)表

主爆破孔采用φ90藥卷（2#巖石乳化炸藥）連續(xù)裝藥，巖石爆破單位耗藥量按照0.35kg/m3控制，根據(jù)巖石變化不斷調(diào)整優(yōu)化。

起爆網(wǎng)絡：采用孔內(nèi)延時、孔間傳遞、排間分段的單孔起爆網(wǎng)絡，孔內(nèi)采用雙發(fā)15段非電毫秒雷管延時，孔間采用雙發(fā)3段非電毫秒雷管傳遞，排間采用5段非電毫秒雷管分段，起爆網(wǎng)絡如圖1所示。

（2）墊層料爆破。根據(jù)墊層料加工系統(tǒng)給料粒徑要求，給料最大粒徑為600mm，墊層料爆破設計參數(shù)見表2。起爆網(wǎng)絡如圖1所示。

（3）過渡料爆破。根據(jù)設計要求，堆石料最大粒徑為300mm，堆石料爆破初擬設計參數(shù)見表3。

主爆破孔采用φ90藥卷（2#巖石乳化炸藥）連續(xù)裝藥,巖石爆破單位耗藥量按照0.5kg/m3控制，最終單耗根據(jù)爆破試驗確定。起爆網(wǎng)絡如圖1所示。

圖1 蚱蜢寺料場開采爆破設計圖

表2 墊層料加工料梯段微差爆破參數(shù)表

表3 過渡料梯段微差爆破參數(shù)表

6 爆破開采程序

（1）按照經(jīng)監(jiān)理批準的爆破試驗方案進行施工，并嚴格遵守《爆破安全規(guī)程》，現(xiàn)場爆破試驗施工流程為：參數(shù)設計→測量放樣→技術(shù)交底→鉆機就位→鉆孔→驗孔檢查→裝藥聯(lián)網(wǎng)→爆破→爆效檢查→爆破參數(shù)調(diào)整→下一次爆破。

（2）每次爆破后，進行爆堆形狀和巖塊外觀分析，并進行錄相或照相記錄。

（3）與監(jiān)理工程師一起，選擇具有代表性的區(qū)域，用裝載機按規(guī)定的篩分試驗需用量，運至篩分試驗地點，進行篩分試驗。

（4）將每次篩分試驗成果繪制成級配曲線，并與規(guī)范和設計規(guī)定的級配包絡線相比較，以獲得最優(yōu)爆破參數(shù)。

7 爆破試驗的安全保證措施

（1）爆破監(jiān)控和飛石控制。施工中對爆破作業(yè)進行監(jiān)控，使用能測量垂直、橫向和縱向波形的三維型設備進行質(zhì)點速度測量，建立爆區(qū)震動速度衰減規(guī)律的關(guān)系式：

式中：V——質(zhì)點震動速度，cm/s；

Q——單響藥量，kg；

R——測點至爆區(qū)中心的距離，m；

K——與爆破場地條件有關(guān)的系數(shù)；

α——與地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)；

尋求質(zhì)點的衰減規(guī)律就是要通過試驗求出爆區(qū)的K、α值建立衰減關(guān)系式，從而確定爆破規(guī)模，指導爆破作業(yè)。

梯段爆破飛石一般不會太遠，但需控制好堵塞長度和最小抵抗線，飛石距離按以下經(jīng)驗公式進行控制：

式中： RF——飛石的飛散距離，m；

D——深孔直徑，mm；

（2）料場開挖必須嚴格按開挖爆破試驗參數(shù)組織施工。

（3）每次爆破后，均必須及時對料源進行顆粒級配情況取樣分析，若級配情況不好，應查明原因，并調(diào)整開挖爆破參數(shù)。

（4）主要施工機械均投入性能良好的工程機械設備，并配置足夠的備用設備。

（5）主要運輸?shù)缆返匦屋^陡地段，轉(zhuǎn)彎處均必須設置安全防護墩，并按交通規(guī)范要求設置安全警告牌。

（6）開挖人員、臨建設施搭設布置要求實用，力求采用統(tǒng)一，做到整潔、衛(wèi)生美觀，并符合有關(guān)防火安全要求。

（7）成立爆破作業(yè)指揮領導小組，下設技術(shù)組，負責施工技術(shù)、調(diào)度、炮孔驗收等;安全保衛(wèi)組,負責安全保衛(wèi)、警戒、信號聯(lián)絡等;爆破作業(yè)指揮組在專業(yè)爆破工程師的直接指揮下進行工作，各類人員分工明確責任到人。

（8）成立專職安全檢查員，一切爆破作業(yè)需經(jīng)安全員檢查后才準進行爆破。

（9）加強對爆破器材使用的管理，對爆破材料的現(xiàn)場使用及每次爆破后剩余材料回庫進行全面監(jiān)管和清點登記，防止爆破材料丟失。在加工、運輸、裝藥、接線、堵塞、起爆等關(guān)鍵工序中，嚴格遵守國家爆破安全操作規(guī)程，并提出實施計劃，層層落實。

（10）施工區(qū)材料堆放整齊、棄料場按指定地點堆放，不得任意侵占施工道路，施工機械設備按指定地點停放，責任到人。

8 結(jié) 語

面板堆石壩施工影響質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一堆石料源質(zhì)量，而料源質(zhì)量的保證在于料場爆破設計、開采。對于蚱蜢寺砂巖料場，料場的爆破設計直接關(guān)系著開采質(zhì)量，關(guān)系著堆石料顆粒級配是否能滿足設計要求，從而影響大壩主堆石料填筑質(zhì)量。特別對于砂巖料場，本身巖石強度不高，且料場內(nèi)不同分區(qū)、不同部位、同一部位不同深度的巖石飽和抗壓強度和軟化系數(shù)均相差較大，料場爆破設計顯得尤為重要。

《水利水電工程制圖標準水土保持圖》通過審查

2014年8月19日，水利部水土保持司在北京主持召開會議，對《水利水電工程制圖標準水土保持圖(送審稿)》（以下簡稱《標準》）進行了審查。

會議聽取了編制組關(guān)于《標準》編制工作、主要內(nèi)容、征求意見及其處理等情況的匯報，對《標準》正文、附錄及條文說明進行了審查，認為《標準》編制程序符合水利行業(yè)標準編制要求，送審材料齊全，滿足審查要求。編制組收集了相關(guān)資料和標準，總結(jié)了水土保持制圖實踐經(jīng)驗，廣泛征求了有關(guān)單位和專家意見，內(nèi)容全面，結(jié)構(gòu)合理，可操作性強。與會專家一致同意通過審查。

中國林業(yè)工程建設協(xié)會工程標準化專業(yè)委員會、山西省水利水電勘測設計研究院、淮河流域水土保持監(jiān)測中心站、北京林業(yè)大學、北京市水利規(guī)劃設計研究院、陜西省水利電力勘測設計研究院、黃河勘測規(guī)劃設計有限公司、中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司,以及水利部水利水電規(guī)劃設計總院、江蘇省水利勘測設計研究院有限公司、浙江省水利水電勘測設計院、北京地拓科技發(fā)展有限公司等單位的專家和代表參加了會議。

《水利水電工程制圖標準水土保持圖》為水利水電工程制圖系列標準之一，現(xiàn)行標準編號為SL73.6-2001。水利水電工程制圖系列標準的基礎制圖等5項標準已完成修訂工作，本標準是對SL73.6進行修訂。《標準》修訂工作始于2013年初，由水利部水利水電規(guī)劃設計總院主編，江蘇省水利勘測設計研究院有限公司等單位參編。

（張超 供稿）

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.06.026

TV542

B

1008-1305（2014）06-0079-04

王和鑫（1985年-），男，工程師。