木瓜溪水庫雙曲拱壩壩肩開挖方法

(貴州省水利投資(集團)有限責任公司，貴州 貴陽 550081)

1 工程概況

木瓜溪水庫位于貴州省石阡縣中壩鎮上游的石阡河上，擋水建筑物為混凝土雙曲拱壩，最大壩高53m，底寬13.5m，頂寬5m。壩址處河谷呈基本對稱“U”形峽谷，谷寬81m，高寬比為1.88，兩岸壩頂以下坡度55°～72°，壩頂以上為陡壁。兩岸壩肩均為厚層白云巖，層狀結構，單軸飽和抗壓強度標準值為47.75MPa，無強風化，弱風化垂直下限深度6～10m，弱風化中下部巖體較完整、均質，無軟弱夾層發育，巖溶不發育。

2 壩肩開挖施工方案

根據設計圖紙，兩岸壩肩槽開挖深度隨高程降低而增加，頂部厚度約為1m，底部厚度約為10m。由于兩岸邊坡高陡，施工機械無法到達兩岸壩肩開口線部位，只能沿坡面搭設鋼管棧道到達開口線部位后，先采用手風鉆分層鉆爆，待壩肩槽勘深厚度達到4m左右，再采用深孔梯段爆破法進行開挖。開挖石渣采用爆破拋渣的方式拋至河床內。

為保證開挖成型質量、降低爆破震動對壩肩巖體的損害、減小爆渣的塊度，壩肩巖體采用深孔梯段微差擠壓爆破法，周邊開挖邊線采用預裂控制爆破法。

3 施工布置及準備

3.1 臨時施工道路布置

由于兩岸邊坡高陡，施工機械無法到達兩岸壩肩開口線部位，只能沿壩肩下游坡面搭設“之”字形棧道到達開口線部位。臨時棧道采用φ48鋼管搭設，φ22錨筋錨固在巖面上，棧道底部滿鋪竹串板，外側設置不低于1.2m的高欄桿，并懸掛密目安全網。

出渣道路沿左岸河床布置，利用河灘料填筑形成，通往大壩下游棄渣場。

3.2 施工供風、供水、供電系統布置

由于拱壩壩肩開挖工程作業面較為集中，在兩岸壩肩下游各建一座供風站。供風站容量大小根據開挖高峰強度進行配置，各配置一臺22m3/min螺桿式空壓機。

施工供水直接從河道抽至兩岸壩肩高位水箱內，再分流至各施工面。

施工供電采用國家電網系統，在右岸設置集中變壓站，通過三級配電系統向各工作面供電。

3.3 施工準備

施工準備主要包括人員、機械設備、施工材料、施工方法、施工環境條件等方面的工作。首先要選擇專業的作業隊伍，對施工管理人員進行培訓，提高質量、安全意識。做好機械設備投入和零配件的采購計劃，加強機械設備的維修保養，提高機械設備的完好率和出勤率。做好材料的采購計劃、驗收計劃和資金安排，保證工程材料的及時供應。做好施工組織設計、施工方案及措施的編制報審和交底指導工作。做好與外部相關單位、當地村民的協調配合工作，減少施工干擾，為施工創造良好的環境條件。

4 壩肩開挖施工程序及方法

4.1 爆破設計

4.1.1 爆破設計參數選取

a.火工材料選擇。火工材料主要指炸藥、雷管、導爆索、非電導爆管雷管等。炸藥選用常用的乳化藥卷，周邊預裂孔(光爆孔)采用φ32藥卷，主爆孔采用φ70藥卷。網路起爆采用8號瞬發電雷管，周邊預裂孔(光爆孔)采用導爆索引爆，主爆孔采用不同段位的非電毫秒導爆管雷管引爆。

b.炸藥單耗選取。根據地質資料，木瓜溪水庫壩肩巖體均為厚層白云巖，單軸飽和抗壓強度標準值為47.75MPa，巖石容重2860kg/m3。計算可得炸藥單耗值為0.5kg/m3。

c.微差間隔時間確定。為充分利用炸藥相繼爆炸產生的應力波能量，增加爆渣相互碰撞時間，達到擠壓破碎效果，從而減少石渣塊度。同時也可利用爆破產生的能量，將爆渣拋擲河床內，便于裝車運渣。若微差間隔時間過短，將影響石渣拋擲，不能為下一孔位提供有效的臨空面，影響爆破效率。若微差間隔時間過長，則不能發揮擠壓破碎的作用，石渣塊度較大，出渣成本較高。根據工程經驗，本工程的微差間隔時間確定為50ms。

d.梯段高度確定。根據設計圖紙，壩肩大致按照每7～10m高程設置一個開挖坡度，坡度由高至低逐步變緩。為保證一次開挖成型，每層梯段高度與該層邊坡的設計高度相同，底部超深0.8m。

4.1.2 爆破設計成果

a.預裂孔裝藥結構。預裂孔采用KQD70型鉆機鉆孔，孔徑76mm，孔間距100cm，孔深10m，堵塞長度1.0m。預裂孔采用間隔裝藥結構，孔內裝φ32藥卷，線裝藥密度為300g/m，孔底加強段藥量為0.6kg，藥卷采用膠帶纏繞在竹片上，導爆索引爆。預裂孔裝藥結構見圖1。

圖1 預裂孔裝藥結構 (單位：cm)

b.主爆孔裝藥結構。主爆孔采用KQD70鉆機鉆孔，孔徑76mm，孔距2.8m，排距2.3m，孔深10m，堵塞長度為3.0m。主爆孔采用連續裝藥結構，孔內裝φ70藥卷，炸藥單耗控制在0.45～0.55kg/m3范圍內，預裂孔采用非電毫秒導爆管雷管引爆。主爆孔裝藥結構見圖2。

圖2 主爆孔裝藥結構(單位：cm)

c.爆破網絡。為達到減震、減小爆渣塊度的要求，壩肩開挖主要采用排間、孔間延時爆破網絡。孔內采用高段位導爆管雷管引爆；孔間采用低段位導爆管雷管串聯，逐孔引爆；排間采用低段位的導爆管雷管調整時差，確保臨空面的形成和爆渣擠壓破碎效果。預裂孔采用導爆索引爆，為避免預裂孔爆破時的爆渣將主爆孔網路打斷，造成啞炮事故，需要計算好預裂孔與主爆孔引爆的時間差，確保預裂效果。根據本工程壩肩開挖斷面尺寸，孔內采用MS15的高段位非電導爆管引爆，孔間、排間采用MS3的低段位非電導爆管雷管來控制時差。爆破網路連接示意圖見圖3。

圖3 微差擠壓爆破網絡連接示意

4.2 鉆孔清孔

壩肩開挖鉆孔采用KQD70型潛孔鉆機，濕法鉆孔，孔徑76mm，鉆孔深度可達15m。為防止鉆孔時移位，將潛孔鉆固定在鋼管搭設的鉆架上，鉆架與地面錨筋焊接，開鉆前由測量員對鉆架的方向進行復核，每鉆進1m左右采用角度尺校核鉆進方向，及時糾偏，保證鉆孔精度。鉆孔結束后，采用高壓水沖孔至清水返流，再采用高壓風將孔吹干后，用錐形棉布塞將孔口堵塞，防止碎渣掉入孔內。

4.3 裝藥

炮孔采用人工裝填乳化炸藥，裝藥時每個炮孔的裝藥長度、藥包直徑、藥包(藥卷)間距等按照爆破設計進行。連續裝藥時，每節藥包(藥卷)的聚能穴朝下，用竹竿將每節藥包壓緊。非電毫秒導爆管雷管和導爆索安裝時，將導爆管雷管、導爆索端部等插入藥包中心部位。深孔藥包應根據需要增加導爆管雷管的數量，導爆管雷管等間距布置。周邊預裂孔(光爆孔)采用間隔裝藥時，選用長度相同的藥卷，相鄰藥包的間隔長度應準確測量，用膠帶將導爆索固定在每節藥包上。

4.4 炮孔堵塞

炮孔的堵塞材料一般采用當地材料，如黃黏土、干砂土、鉆孔時留下的鉆渣等，也有采用專用炮泥堵孔的，效果較好，但成本較高，一般的小型工地很少采用。黃黏土的堵孔效果較好，但必須控制好黃黏土的含水量，以硬塑狀態較佳，否則將不利于操作。干砂土、鉆渣等的堵孔效果不如黃黏土，但取材容易、操作便利，為本工程采用的堵孔材料。采用干砂土、鉆渣等堵孔時，應將干砂土、鉆渣等進行灑水濕潤，手捏可成團，裝填堵孔材料時，應分層夯實，以提高堵孔的質量。同時將孔內的導爆索、導爆管等理順，避免振搗砂土時將其損壞。

4.5 網路連接

可靠、穩定的網路連接既能確保爆破安全，又能提高開挖質量。在聯網前，必須熟悉爆破設計圖紙，將現場的炮孔布置情況簡繪在圖紙上后，確定炮孔間的時間差和起爆順序，再推算各個炮孔的導爆管雷管段數，最后根據圖紙上確定的雷管段數和順序進行聯網。導爆管雷管連接時，應用膠帶將接頭處纏緊，導爆索連接時，接頭長度、連接方向等必須符合規范要求，并用膠帶纏緊。網路連接好以后，應逐孔檢查。若周邊孔起爆時主爆孔孔外網路還未完全起爆，則必須對未起爆的網路進行覆蓋保護，以免導爆索起爆時的飛石砸斷網路，造成啞炮事故發生。

4.6 起爆及出渣

爆破網路采用電力起爆，爆破過程中按照不同時段分別拉響預警、起爆和解除等過程的音響信號，并在爆區200m范圍外設置安全警戒，對各個路口進行臨時交通管制。爆破后，派有經驗的炮工對爆破情況進行檢查，確認無盲炮后方可進行出渣作業。由于壩肩開挖采用拋擲爆破方法，爆破后不用大型設備進行翻渣，只需對下一茬炮孔的孔位處進行清理即可。出渣時，采用1.4m3挖掘機裝20t自卸汽車出渣。

5 結 語

通過采用深孔梯段微差擠壓爆破施工技術，嚴格控制各工序的施工質量，一次開挖成型，壩肩邊坡爆破殘孔率達到80%以上，開挖質量達優良等級。渣料的拋擲效果較好，未使用大型機械進行翻渣作業，節約了施工成本，加快了施工進度。未發生任何安全事故，取得了較好的社會和經濟效益。