保豐水庫擴建工程預裂爆破施工技術應用

陳 松

(江西省水利水電建設有限公司，南昌 330200)

1 工程概況

擬擴建的保豐水庫(原保豐水庫、佑塘水庫合并后統稱)地處上高縣翰堂鎮保豐村及釗田村附近，距縣城約23km，水庫所在河流為錦江二級支流斜口水，屬錦江水系。原保豐水庫位于翰堂鎮下山村境內，距翰堂鎮約5km，所在河流為贛江水系錦河支流。原佑塘水庫地處翰堂鎮釗田村境內，所在河流為贛江水系錦河斜口水支流釗田水。原保豐水庫與佑塘水庫緊密相鄰，佑塘水庫的1號副壩位于保豐水庫庫區尾端，兩水庫具備良好的連通條件。根據地形條件，拆除佑塘1號副壩，兩庫即連為一體，原保豐水庫的主壩仍作為本工程的主壩。本次保豐水庫擴建擬抬高現狀主、副壩壩高，通過抬高正常蓄水位至84.0m增加有效擴容，壩頂高程統一為86.8m(防浪墻頂高程88.0m)， 將其改造為中型水庫，在埡口部位新建副壩，對現有已建壩體進行加高加固；需增設保豐4號副壩、溢洪道、灌溉隧洞等建筑物。工程擴建后，水庫正常蓄水位為84.00m，水庫總庫容1524×104m3，水庫設計灌溉面積1000hm2，其中規劃煙田面積240hm2，水庫向翰堂鎮、蘆洲鄉轄區內6個行政村的大部分自然村及多年平均日供水量0.51×104m3，年供水量為186萬m3。

本工程石方明挖包含岸坡和4號副壩支洞洞室基礎、邊線開挖兩種類型，岸坡開挖采取淺孔梯段爆破及預裂爆破方法，岸坡石方開挖采取淺孔梯段爆破方法，洞室基礎及邊線控制采取預裂爆破方法。文章主要對4號副壩支洞洞室基礎及邊線石方開挖預裂爆破施工進行分析。

2 鉆爆施工方案設計

保豐水庫4號副壩支洞所控制主洞室為葫蘆形斷面，Ⅲa類圍巖和Ⅲb類圍巖中心位置水平開挖半徑分別為3254mm、3257mm，Ⅲ類圍巖和Ⅵ類圍巖斷面開挖高度分別為6798mm和7288mm，斷面底部平距分別為5346mm和4166mm。預裂爆破施工時必須將直徑Φ150cm的通風軟管布設于洞室頂部，并在洞室右壁布設供電、供排水、供風管路。

2.1 設備配置

保豐4號副壩支洞所控制主洞室預裂爆破施工平臺為自制臺車，鉆孔采用HF-145氣腿式鑿巖機，人工裝藥，主作業面供風主要通過3臺20m3空壓機進行，并采用20t自卸汽車配合XG-25裝載機械裝渣出渣。采用洞室外噴錨支護，具體由自卸車將支護材料運至洞內，再通過氣腿鉆機按設計要求鉆孔后向孔內機械注漿，鋼筋網通過人工掛設，最后由HSP-5型濕噴機進行錨固混凝土噴射。

通過在支洞外設置深水井進行施工供水，由水泵抽水并輸送至洞室內施工作業面；并采取階梯式施工抽排水方式，將集水井按照一定間隔設置于洞室內側壁位置，通過水泵將所匯集的施工作業面積水逐級抽排并輸送至洞室外污水受納池內。

保豐4#副壩支洞預裂爆破施工所需主要設備具體見表1。

表1 預裂爆破施工所需主要設備

2.2 開挖爆破設計

按照保豐4#副壩支洞所控制主洞室預裂爆破設計要求，應實施循環進尺3m的全斷面開挖，開挖過程中必須進行全面地質預報，對鉆進周圍地質情況預先準確判斷與處理，并加強圍巖支護穩定情況的實時監測[1]。預裂爆破設計孔徑45mm，鉆孔角度與邊坡坡度一致，孔深按邊坡高度和長度確定并一次鉆到位，采用不耦合間隔裝藥結構，藥卷直徑Φ32mm，堵塞長度≥1.0m，線裝藥密度200-350g/m。

2.3 鉆孔作業

采用HF-145氣腿式鉆風鉆預裂孔，并采取樣架及拉坡度線控制鉆孔角度，同時由人工配合進行鉆孔周邊巖屑的清理，并通過木楔堵塞孔口，防止巖屑、石渣等落入鉆孔內。將鉆孔位置和設計孔位偏差控制在鉆頭直徑尺寸范圍內，每孔開孔進尺10-20cm后，復核鉆孔角度，若鉆孔角度或參數超出誤差設計值，必須及時調整，以滿足設計要求。嚴格控制相鄰于裂隙縫面的松動爆破孔所對應爆破參數，防止其對保留圍巖可能造成的破壞。

2.4 裝藥、連網

保豐4號副壩支洞所控制主洞室預裂爆破實行間隔裝藥，為保證按設計裝藥結構裝藥，采用膠布將藥卷按設計間距綁扎在預先準備好的竹片上，并與導爆索串聯，采取人工方式緩慢放入鉆孔內，先用紙團堵塞深度部位，然后回填孔口鉆孔巖屑，堵塞段一定要回填密實。為方便施工，保證預裂爆破施工質量，用導爆索將6-10孔串聯成一組，由導爆管分組起爆[2]。一般情況下，預裂孔單獨起爆；若預裂孔與周邊主爆孔一次爆破時，預裂爆破先于主爆孔至少100ms。預裂爆破后開挖輪廓面所殘留炮孔痕跡分布必須均勻；相鄰兩炮孔間巖面的不平整度應≤15cm。

2.5 開挖循環

Ⅲ類圍巖測放循環時間、通風時間及安全處理時間均設計為30min，并保證在鉆孔時間內完成圍巖支護，圍巖開挖循環設計具體見表2。

表2 圍巖開挖循環設計(循環進尺3m)

2.6 出渣方式

保豐4號副壩支洞所控制主洞室通過段在上下游處長度分別為1894m和1635m，Ⅲ類圍巖設計循環進尺為3m，橫斷面面積最大為57.46m2。支洞上游段最大運距2032m，按其長度的70%計，則主洞室內運距均值為2032m×70%=1422.4m。根據開挖斷面面積、運距均值、松散系數(1.5)及循環進尺所確定的洞室開挖出渣量最大值應為254.5m3/次，所采用20t自卸汽車配合XG-25裝載機械一次裝渣出渣平均耗時4h。

3 鉆爆施工質量控制

3.1 預裂爆破參數控制

根據保豐4#副壩支洞所控制主洞室地質情況，應對具體地層節理采取針對性強的控制措施，跟隨開挖進度加強地質觀測，并根據觀測結果進行預裂爆破設計參數的調整，合理確定裝藥結構與不耦合系數，本工程不耦合系數取1.4-3.1，并充分利用爆破破巖能量，控制爆破引起的周圍圍巖不利振動，有效控制超欠挖的發生。為加強不耦合系數取值的控制，周邊孔導爆索應采取串聯方式，周邊孔孔距誤差應控制在50mm內，孔偏斜率應不超過50mm/m，其孔深及孔位誤差均應在100mm內。預裂爆破后，必須及時監測爆破效果，并根據監測結果進行設計爆破參數的調整[3]。

3.2 作業質量控制

鉆孔精確度以及測放質量對預裂爆破施工質量影響較大，為此保豐4號副壩支洞應通過全站儀對隧洞輪廓快速測放，并進行鉆孔的精準定位，還應加強對周邊孔外插角開口角度的控制，確保全部炮孔孔底均能落在平面設計圖規定位置。由技術人員嚴格按照設計爆破方案進行炮孔裝藥、堵塞及線路引爆施工。

4 結 論

保豐水庫4號副壩支洞所控制主洞室預裂爆破施工主要參數均根據經驗和現場試驗得到，施工結果表明，預裂爆破設計參數、裝藥結構及起爆要求等均較為合理，爆破開挖后隧洞輪廓面較為完整，爆破石方明挖效果較為理想。本工程預裂爆破施工對類似工程石方明挖具有參考借鑒價值。