預裂爆破技術在水利工程壩基開挖中的應用

■蔡澤軍（廣東省地質局第五地質大隊廣東肇慶526020）

預裂爆破技術在水利工程壩基開挖中的應用

■蔡澤軍
（廣東省地質局第五地質大隊廣東肇慶526020）

現階段水利水電工程領域為了滿足大規模化工程項目的建設要求，選用水平預裂爆破技術進行壩基開挖能有效縮短工期、保證開挖質量。在采用合理的鉆孔精度控制措施情況下，使用潛孔鉆進行15m水平預裂鉆孔是成功的。文章對潛孔鉆水平預裂爆破技術在壩基開挖中的應用進行了探討。

水平預裂爆破技術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°，陡傾角構造錯動帶線發育，邊坡上部風化較深，下部較淺，弱風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，平均每個月完成水平建基面開挖約6000m2，施工強度大。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%，為達到設計的質量要求，并保證施工進度，我們通過爆破試驗對水平預裂爆破法、孔底設柔性墊層法以及保護層分層開挖法進行比較。經過比較分析，傳統的保護層分層開挖法因費用、工期大被淘汰，柔性墊層法和水平預裂法費用、工期相差不大，但水平預裂法對保留巖體的擾動更小，外觀質量明顯優于柔性墊層法，最后決定使用水平預裂爆破法進行水平建基面的開挖。根據資料，為避免超挖過大，大多數工程選用手風鉆進行水平預裂鉆孔，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。本工程各個壩段的水平建基面寬度多在8～15m，根據爆破試驗，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撓曲變形等措施的情況下，15m寬的建基面采用一次鉆爆超挖能控制在10cm以內。

3　水平預裂參數的選擇

3.1鉆孔直徑

根據現場實際情況，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的關系可用間距系數n來表示：a=nD。n值的大小決定著鉆孔的數量，n值過大，不能保證預裂縫的形成，影響預裂效果；n值過小，將增加鉆孔數量，不經濟，并且影響施工進度。根據經驗一般認為n值取7～12較合適。本工程鉆孔直徑為100mm，計算設計鉆孔間距0.7～1.2m，取0.8m。

3.3不耦合系數

根據鉆孔直徑D的大小選擇藥卷直徑d。不耦合系數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，預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，一次預裂成型，實際鉆孔過程中要嚴格控制開孔孔位高程和角度。

3.5線裝藥密度

爆破試驗時使用以下兩個公式分別計算：

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度，MPa；a為鉆孔間距，m；r為鉆孔半徑，mm。根據爆破試驗成果，最終確定q=350～450g/m。

3.6堵塞長度

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

3.7裝藥結構設計

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

4　淺孔梯段爆破參數的選擇

4.1鉆孔直徑與藥卷直徑

為加快施工進度，梯段爆破一般采用液壓鉆D7進行鉆孔，鉆孔直徑80mm，藥卷直徑60mm。

4.2爆破參數

鉆孔深度控制鉆孔底部在距建基面0.8～1.0m，本工程護層厚度為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　施工質量控制要點

5.1鉆孔

水平預裂鉆孔在下一臺階邊坡預裂爆破及主要梯段爆破完成后進行，具體施工次序為先進行下一臺階邊坡預裂的鉆爆，邊坡預裂在水平建基面保護層上進行；再進行下一臺階邊坡預留保護層的第1次梯段爆破，共5m高，包括3m水平建基面保護層和2m水平建基面以下的開挖；最后進行水平建基面保護層的預裂和梯段爆破。水平預裂孔的鉆孔質量是預裂質量的關鍵，采用測量儀器控制預裂孔的方位，水平預裂每孔都使用測量儀器放出準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，首先對邊坡預留保護層的第1次梯段爆破的石渣進行清理，然后根據測量放線搭設架鉆平臺，并支撐牢固，同時考慮水平鉆孔時鉆桿沿水平方向因重力下垂一定角度，根據爆破試驗后對殘孔的實測成果，在水平預裂孔鉆孔前考慮0.4°～0.6°的上仰，為避免因角度上仰可能造成的水平預裂鉆孔前0～4m的欠挖，將孔口位置下移2～3cm。

待平臺搭設結束后鉆機就位，再進行一次測量校核，確保孔位及孔向的正確性，檢查無誤后開鉆。調整時，先粗調鉆孔的方位和水平度，再細調鉆孔的方位，最后細調鉆孔的水平度。開鉆時先徐徐加壓，鉆深達到0.3m時檢查鉆孔方向并及時糾偏，然后再繼續鉆進，至1m時再進行檢查并糾偏，并在以后鉆進過程中做到每鉆進一根鉆桿檢查校核一次。

為減少因鉆桿自重下撓曲變形引起的超挖，鉆桿選用剛度好的新鉆孔，杜絕使用已經變形的舊鉆桿，對于100B型潛孔鉆，選用最粗的60mm的鉆桿。

當預裂孔長度大于10m時，采用加設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0.5m、1m時分別布設，以后每根鉆桿布設1個。鉆孔結束后，利用鉆機供風系統進行清孔，吹出鉆渣，然后使用測繩或伸縮桿測量孔深，并如實記錄。

5.2裝藥

鉆孔檢查合格后，按照爆破設計程序進行裝藥。采用導爆索、竹片和炸藥捆綁在一起徐徐向孔內推進。裝藥前，對已綁好的藥卷進行檢查，確保裝藥結構符合爆破設計；裝藥時，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行封堵。

5.3聯網及起爆

根據實際的裝藥孔數對爆破設計進行修正，按修正后的爆破設計進行網絡連接，確保預裂孔先響。水平預裂爆破和垂直淺孔梯段爆破同時按設計的裝藥結構分別裝藥，并在同一網絡內聯接，控制預裂爆破先于梯段爆破的起爆時差為75～100ms。

垂直淺孔梯段爆破孔一般采用自孔底向上連續裝藥和間隔兩種裝藥結構。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爆后效果檢查及統計、分析

在爆破結束后首先對起爆效果進行檢查，清理干凈基礎面，對每個炮孔按照編號、裝藥量、地質情況、殘留半邊炮孔進行檢查對照，逐孔記錄。

每次爆破后由爆破工程師對統計結果進行分析，作為下一次爆破設計調整的重要依據。

5.5爆前、爆后波速的衰減率控制

在爆破前要按設計進行爆前波速的檢測，爆破后及時掃孔，進行爆后波速檢測。

6　結語

根據已經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；相鄰預裂兩孔間不平整度5～10cm；預裂半孔殘留率為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%。

實踐證明，水電站在大面積的大壩水平建基面基礎開挖中，采用潛孔鉆水平預裂爆破技術進行壩基開挖是成功的，能有效控制施工質量，加快施工進度。在采用高精度的電子羅盤控制鉆孔方位、孔斜，孔內加設限位器等措施的情況下，使用潛孔鉆進行15m的長預裂鉆孔嘗試是成功的。

[1]中國電力企業聯合會.水電水利工程爆破施工技術規范（DL/T5135-2013）[S].北京：中國電力出版社，2013.

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

TU751.9[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-396-2