深孔預(yù)裂爆破技術(shù)在塔貝拉項目取水口邊坡開挖中的應(yīng)用

向 越，李 連 超

(中國水利水電第七工程局有限公司 國際工程公司，四川 成都 610081)

1 工程概述

塔貝拉水電站位于巴基斯坦印度河干流，其四期擴建工程的主要施工內(nèi)容為引水發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)，其由取水口、引水發(fā)電隧洞、壓力鋼管群及主副廠房等組成。新建取水口位于大壩右岸壩肩山體上游側(cè)，最大開挖高度為113 m，設(shè)計馬道為15 m一層。具有高邊坡開挖、深孔預(yù)裂爆破等特點。取水口開挖集中于右岸山體。根據(jù)地質(zhì)勘探結(jié)果可知：在開挖區(qū)域內(nèi)，絕大部分巖石為輝綠巖，其極限抗壓強度σ壓=100～150 MPa，堅固性系數(shù)f為10～15級。

2 爆破施工方案

在該工程中，進行爆破施工方案設(shè)計時需要特別考慮以下幾個影響因素：

(1) 開挖施工區(qū)域位于大壩右岸壩肩，臨近現(xiàn)有兩條灌溉隧洞的閘門啟閉操作系統(tǒng)以及大壩監(jiān)測設(shè)備的建筑設(shè)施，為了保證相關(guān)精密儀器設(shè)備不受損害，對爆破震動必須嚴格控制；

(2) 合同技術(shù)條款要求將開挖形成的邊坡不平整度必須控制在20 cm之內(nèi)；

(3) 開工不久，項目部即與業(yè)主簽訂了趕工協(xié)議，工期縮短了近一年時間，需要提高施工進度。

出于對以上三個因素進行有效控制的目的，同時結(jié)合項目部現(xiàn)有可利用機械設(shè)備的情況，最終決定采用阿特拉斯T-35液壓鉆機造孔、一次預(yù)裂形成15 m高邊坡面的爆破施工方案。

3 爆破參數(shù)

3.1 預(yù)裂孔深度

預(yù)裂孔深度需根據(jù)現(xiàn)場實際高程確定。為了減少邊坡坡腳處欠挖的處理量，預(yù)裂孔亦需考慮超深。

預(yù)裂孔深度計算公式：

L=H/sinα+h

(1)

式中L為預(yù)裂孔深度；H為開孔處實際高程與下一級馬道設(shè)計高程的差值；α為設(shè)計坡面角，α=76°；h為預(yù)裂孔超深，m，取h為0.5 m。

3.2 預(yù)裂孔直徑

根據(jù)既定施工方案，鉆孔設(shè)備采用阿特拉斯T-35液壓鉆機，鉆頭直徑為78 mm，所得預(yù)裂孔直徑d=80 mm。

3.3 預(yù)裂孔間距

預(yù)裂孔間距的確定需要從爆破施工所在地的地質(zhì)情況、使用的炸藥種類及其性能、裝藥的結(jié)構(gòu)等各方面綜合考慮。該工程采用瑞典蘭格弗爾思(Larfuerth)給出的經(jīng)驗公式進行計算：

a/d=7～12

(2)

式中a為預(yù)裂孔間距；d=80 mm；a/d一般在巖石較破碎、強度較低時取小值；在巖石完整性好、強度高時取大值。根據(jù)該工程實際地質(zhì)情況，取a/d=10，可得a=800 mm。

3.4 預(yù)裂孔炸藥的選擇

由于取水口三面臨水，在開挖到庫區(qū)水位線以下之后(混凝土圍堰擋水)，豐富的地下水加上水庫蓄水帶來的靜水壓力，使預(yù)裂孔造孔過程中極有可能遇到裂隙滲水(實際開挖過程中確實普遍存在)，故在炸藥的選擇上需要考慮其抗水性能。最終采用了適宜于預(yù)裂爆破的小直徑、低爆速乳化炸藥，藥卷規(guī)格為φ32×500 mm×490 g。

3.5 不耦合系數(shù)m

不耦合系數(shù)在控制爆破中是一個很重要的參數(shù)。選擇適宜的不耦合系數(shù)，能夠起到保護爆破的完整度、防止龜裂、減少裂隙以及保持巖體穩(wěn)定性的作用，在預(yù)裂孔或周邊眼內(nèi)，一般取值范圍為2～4；在孔距較小的情況下一般取大值，在巖石抗壓強度較大時，一般取小值。

m=d/de

(3)

式中d=80 mm；de為預(yù)裂孔乳化炸藥藥卷直徑，de=32 mm；計算可得，不耦合系數(shù)m=2.5。

3.6 預(yù)裂孔線裝藥密度

線裝藥密度是單位長度炮孔的平均裝藥量，采用經(jīng)驗公式：

Qx=0.188aσ0.5

(4)

式中Qx為預(yù)裂孔線裝藥密度；a=800 mm；σ為巖石極限抗壓強度，根據(jù)實際情況取σ=1 200 kgf /cm2； 將所取值代入上述經(jīng)驗公式可得：Qx=521 g/m。

3.7 預(yù)裂孔孔底加強藥量

在該工程中，預(yù)裂孔屬于深孔，孔底的挾制力大，為了保證預(yù)裂孔之間的貫穿撕裂效果，考慮將孔底一定范圍內(nèi)的線裝藥密度進行加強，結(jié)合類似預(yù)裂孔爆破工程的實踐經(jīng)驗，取底部加強藥量的孔深為1.5 m ,加強藥量為該孔常規(guī)線裝藥量的2倍。

3.8 預(yù)裂孔封堵長度

預(yù)裂孔堵塞長度一般取L1=(12～20)d，如果封堵段過短，容易導(dǎo)致孔口被爆破產(chǎn)生的高壓氣流掀抬，形成爆破漏斗；如果封堵段過長，則可能無法形成預(yù)裂縫，根據(jù)實踐經(jīng)驗、同時綜合以上因素考慮，取L1=15d=1 200 mm。

4 預(yù)裂爆破施工

4.1 測量放樣

在實際進行的預(yù)裂爆破施工過程中，鉆機工作平臺凹凸不平，導(dǎo)致開孔的高程不盡相同，故通過測量放樣確定開孔線位置以及鉆孔深度是一項重要的基礎(chǔ)工作。進行測量放樣前，需要將工作面清理干凈，每一個放樣點用紅油漆(或者其他不容易損毀的標記方式)工整地標示在基巖表面，同時，在旁邊標明鉆孔深度，最后用編織袋或水泥袋將標記點覆蓋保護，進行鉆孔施工時再逐個掀開。

4.2 鉆孔深度及角度的控制

鉆孔角度的控制好壞與預(yù)裂面是否能達到設(shè)計要求直接掛鉤，既使是僅有1°之差，經(jīng)過15 m左右的孔深放大之后給坡面帶來的欠挖或超挖能達到近30 cm，因此，為了避免鉆孔過程中出現(xiàn)角度偏差，需要多次對角度進行校正。在該工程鉆孔施工過程中的校正標準為：鉆頭入巖10 cm左右時進行第一次校正，鉆頭入巖100 cm左右時進行第二次校正，鉆頭入巖150 cm左右時進行第三次校正，往后選擇每鉆進200 cm進行一次角度校正，直至成孔。成孔后，需要檢查孔深是否與測量放樣的要求深度一致，確認孔深達到要求后用編制袋或軟紙板妥善封堵孔口，以免出現(xiàn)塌孔、殘孔、廢孔等影響爆破效果的現(xiàn)象。

4.3 裝藥和堵塞

裝藥即是將炸藥按設(shè)計的線裝藥密度均勻地分布在炮孔中，在該項目中的具體操作方法可簡述如下：為了減小爆破對設(shè)計坡面的影響，同時，為了將炸藥按設(shè)計要求進行布置，該項目使用竹片做為輔助工具。首先將導(dǎo)爆索用膠布綁定在竹片內(nèi)側(cè)，然后將炸藥按設(shè)計線裝藥密度均勻地綁定在竹片同側(cè)(在此過程中，需要確保導(dǎo)爆索與炸藥緊密貼合)，綁炸藥時需要注意以下兩點：(1)在孔底1.5 m范圍內(nèi)采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)以滿足加強裝藥的要求，其它位置采用分散裝藥結(jié)構(gòu)，均勻分布即可；(2)乳化炸藥呈膠凝狀，需要在藥卷兩端分別用膠布綁定以防其滑落。炸藥綁扎完畢、將竹片內(nèi)側(cè)(綁有炸藥的一側(cè))朝向邊坡的正對立面方向緩緩地插入預(yù)裂孔中，并使竹片外側(cè)貼住孔壁，即完成裝藥。

預(yù)裂孔堵塞一般選用編織袋和細砂配合使用，先將編織袋用炮棍塞入孔中，隨即將細砂倒入并用炮棍搗實以增大堵塞材料與孔壁的摩擦力，避免出現(xiàn)沖孔等現(xiàn)象。

根據(jù)爆破參數(shù)設(shè)計，預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)見圖1。

4.4 起爆網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計

在該工程中，采用導(dǎo)爆索、非電塑料導(dǎo)爆管雷管、8#工業(yè)火雷管組成非電微差起爆網(wǎng)絡(luò)。起爆順序為：預(yù)裂孔→主爆孔→緩沖孔。其起爆網(wǎng)絡(luò)見圖2。

5 預(yù)裂爆破效果及影響因素分析

圖1 預(yù)裂孔裝藥結(jié)構(gòu)簡圖

圖2 起爆網(wǎng)絡(luò)示意圖

爆破完成后，進行了現(xiàn)場檢查及測量，其結(jié)果如下：

(1)預(yù)裂面巖體整體平整度較好，實際呈現(xiàn)坡度與設(shè)計要求相符；

(2)預(yù)裂面平整度控制在20 cm以內(nèi)，大面符合設(shè)計要求，但個別區(qū)域欠挖集中；

(3)預(yù)裂面半孔較為清晰，半孔數(shù)量為25個，預(yù)裂孔總數(shù)為30個，半孔率為83.3%，發(fā)現(xiàn)一處“剪刀孔”；

(4)整個預(yù)裂邊坡無裂縫，碎石掉落較少，受爆破影響小，其穩(wěn)定性得到了保證。

從預(yù)裂爆破效果看，爆破設(shè)計中各項參數(shù)的設(shè)置比較合理，爆破施工整體達到了預(yù)期目的，但存在欠挖集中問題以及“剪刀孔”現(xiàn)象，應(yīng)引起重視。經(jīng)現(xiàn)場勘察得知：欠挖集中區(qū)域位于個別預(yù)裂孔底部，主要產(chǎn)生原因有兩點：第一是鉆孔深度不夠，導(dǎo)致預(yù)裂面底部欠挖；第二是成孔后保護措施不到位，導(dǎo)致泥沙和鉆孔時帶出的石渣回填入孔底，影響了爆破效果而造成欠挖。對于在預(yù)裂面發(fā)現(xiàn)的一處“剪刀孔”，經(jīng)分析認為：“漂鉆”是其主要形成原因。“漂鉆”是鉆桿隨孔深加長而被壓彎或鉆頭遇到地質(zhì)界面受力不均勻并隨巖面滑移后產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。此外，如果鉆機滑架在鉆孔過程中位置移動也可能導(dǎo)致這種現(xiàn)象的發(fā)生。上述兩種問題在使用預(yù)裂爆破技術(shù)開挖時比較常見，一旦發(fā)生，即容易造成設(shè)備、人力資源的浪費，最重要的是影響施工進度，這一點對工期緊張的項目來說無疑是巨大的損失，所以，必須加強對施工過程的質(zhì)量控制，避免此類問題的重復(fù)發(fā)生。

6 對預(yù)裂爆破施工的幾點建議

6.1 合理運用爆破設(shè)計

爆破設(shè)計一般是根據(jù)工程所在地的地質(zhì)情況結(jié)合技術(shù)標準編制出來的，其雖然具有普遍性，但不是百分之百的適用。在遇到特殊地質(zhì)條件時(一般通過實地勘察、鉆機鉆進速度的異常變化、查看被鉆機帶出的孔渣等方式方法可做出判斷)，應(yīng)結(jié)合實際情況對設(shè)計進行適當?shù)恼{(diào)整(例如：遇到軟巖、破碎巖、裂隙帶等低強度地質(zhì)情況時，應(yīng)降低裝藥量或調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)，而對特別堅硬的巖石，應(yīng)考慮適當加大藥量或減小孔間距)，把“死”的設(shè)計用“活”，才能使爆破達到預(yù)期的理想效果。

6.2 有效控制鉆孔質(zhì)量

高質(zhì)量的鉆孔施工不僅是實施一次成功爆破的必要條件，并且在提高預(yù)裂面的平整度、減少超欠挖、提高施工效率等方面也起著重要作用。可以將鉆孔施工的幾個關(guān)鍵點簡述如下：第一，做好鉆孔前的準備工作，清面徹底、放樣精準；第二，把控鉆孔過程，主要是對角度、深度的控制；第三，有效保護成孔。只有將以上三個關(guān)鍵因素一把抓，才能夠切實提高鉆孔合格率，為下一步爆破施工提供基礎(chǔ)保障。

6.3 提高鉆爆施工人員的專業(yè)素質(zhì)

鉆爆施工的過程是一個連鎖反應(yīng)的過程，任何一個步驟出現(xiàn)差錯都可能導(dǎo)致失敗的結(jié)果。在整個過程中，“人”的因素起著主導(dǎo)作用，所以，若要做好鉆爆施工的質(zhì)量控制，就必須先從提高鉆爆施工相關(guān)人員專業(yè)素質(zhì)入手。對于技術(shù)員以及質(zhì)檢員，應(yīng)該經(jīng)常組織其進行相關(guān)的施工技術(shù)規(guī)范學(xué)習(xí)；對于現(xiàn)場施工人員、操作手，要多進行專業(yè)技能和實際操作培訓(xùn)，并且對一切學(xué)習(xí)及培訓(xùn)都應(yīng)實行考核制度、制定獎懲措施，對實際操作技術(shù)好、專業(yè)素質(zhì)過硬的人員進行獎勵，對考核不合格的人員應(yīng)給予一定的懲罰或更換崗位，鼓勵相互競爭、相互學(xué)習(xí)、相互提高，通過建立員工憂患意識，提高員工整體的專業(yè)素質(zhì)，最終達到控制鉆爆施工質(zhì)量的目的。