新疆AETS水利樞紐巖質高邊坡大孔距預裂爆破施工技術

孔德謙，柴韜

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610000)

1 概述

1.1 工程概況

新疆AETS水利樞紐工程是葉爾羌河干流山區下游河段的控制性水利樞紐工程，開發主要目的為塔里木河生態供水和灌溉，兼顧防洪、發電。葉爾羌河流域地處新疆西南部喀什地區，塔里木盆地西南邊緣，河流發源于喀喇昆侖山，流域面積8.56萬km2，全長1289km。AETS水利樞紐是葉爾羌河流域內最大的山區水庫工程，水庫總庫容22.49億m3，正常蓄水位1820m，壩型為混凝土面板砂礫石堆石壩，壩高164.8m，電站裝機容量755MW，屬大(1)型工程。工程由攔河壩、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔放空排沙洞、發電引水系統、電站廠房、生態基流引水洞及過魚設施等主要建筑物組成。

1.2 工程地質

兩岸山體雄厚，基巖裸露，坡高565m～610m，邊坡坡度55°～75°?；鶐r巖性為中石炭統阿孜干組(C2a)的薄層灰巖、巨厚層白云質灰巖，以及上石炭統塔合奇組(C3t)的灰色巨厚層狀白云質灰巖。邊坡整體穩定，局部存在穩定問題，分布有31個危巖體以及邊坡表面的淺層卸荷體，對工程的施工及運行安全有一定影響，需采取處理措施。危巖體處理石方開挖量達23.8萬m3，主要包括W1-W9、W17-W24、W27、W31。其中W1-W9位于右岸邊坡頂部，W17、W19、W20、W21位于邊坡1960m邊坡陡立部位(邊坡坡度75°～80°)，W18、W22-W24位于1960m工程邊坡相對較緩部位(邊坡坡度50°～55°)。

1.3 采用預裂爆破的必要性

AETS大壩工程工期緊，各部位石方明挖工程相關性大，需要保證較為高效的開挖進度。根據設計復核結果，大壩兩個料場合計需開采合格堆石料928萬m3，工程開挖高差大，石方明挖量大，為保證邊坡穩定，需要采用預裂爆破，尤其是高邊坡大體量破碎巖質邊坡爆破施工。通過改變藥包結構，利用聚能效應(門羅效應)原理，能夠進一步增大預裂孔孔距，提高施工速度，有效地降低施工成本和確保邊坡預裂爆破質量，節約施工成本，并且進一步保證工程進度，進而形成具有推廣應用的成熟施工成果[1-3]。

2 大孔距預裂爆破工藝原理

2.1 裝藥塑料管設計

通過研究雷管聚能穴的聚能作用，為使炸藥爆破產生的能量能夠起到聚能的作用，將炸藥裝在帶有弧形聚能凹槽的橢圓形塑料管內。橢圓形塑料管兩側帶有三角形聚能凹槽，兩側的弧形聚能凹槽與雷管的聚能穴一樣起聚能作用。根據炸藥能量容易向薄弱方向運動的原理，設計的橢圓形塑料管兩側的弧形聚能凹槽較薄，其他的地方比聚能凹槽厚，這樣有利于能量向聚能凹槽方向釋放[4]。每根塑料管的長度為6m，其制作材料與普通的PVC管相同，裝藥塑料管的形狀見圖1和圖2所示。

圖1 裝藥塑料管立體

圖2 聚能裝藥管斷面

2.2 支架和套管設計

支架的作用是將裝藥塑料管固定在預裂孔的中心位置，使炸藥與邊坡面的孔壁相隔一定的距離，從而減少炸藥爆炸對邊坡巖石的損壞[5-6]。該支架由一個小直徑的內圓、一個外半圓形構成，其形狀見圖3和圖4。套管的作用是連接裝藥塑料管，該套管長約10cm，形狀與裝藥塑料管相同，管徑為套緊裝藥塑料管為宜。

圖3 支架平面

圖4 支架立體

2.3 鉆爆設備與耗材選型

根據不同地形地貌和各施工部位實際狀況選擇不同鉆爆設備。高邊坡危巖體、左右岸趾板主要采用的爆設備有YT-28手風鉆(φ42)和YQ-100B潛孔鉆機；P1、P2爆破料場開采面形成以后，具備大型鉆孔設備進行作業，主要以宣化CM351潛孔鉆進行施工。根據工程所在地的火工材料管控及供應情況，本工程的爆破用火工材料主要有二號巖石乳化炸藥(φ32、φ60、φ80三種規格)和巖石膨化硝銨炸藥(25kg/袋)。

3 施工工藝

3.1 預裂爆破參數

為保證開挖后邊坡巖面的穩定及邊坡巖層結構的完整，當各平臺的主體爆破距離永久邊坡還剩約30m時，先進行大孔距預裂爆破施工，再進行主體爆破施工。根據開挖高邊坡實際情況，并結合已有預裂爆破的數據與經驗，提出預裂爆破參數，見表1。

表1 高邊坡大體量巖質邊坡大孔距預裂爆破參數

3.2 鉆孔和自檢

機械鉆孔是決定預裂質量的重要環節，也是最難控制的環節，成孔質量、位置、孔深及角度偏差直接決定了后續塑料管安裝的難易程度和坡面平整度，施工中應嚴格控制。施工過程中應注重：(1)設立平行于預裂線的導向線，鉆孔操作人員須嚴格按布孔圖和現場測量標定位置進行施工。(2)鉆孔前，清除雜物，避免堵塞鉆孔。鉆孔時，校核下鉆位置，不能隨意改變鉆桿姿態，若發現有偏差，應立即糾正。(3)設置專職質檢員，全過程跟蹤和巡視成孔過程，確保鉆孔角度和位置符合設計要求。

3.3 裝藥堵塞

裝藥堵塞要點如下：(1)先將半圓形的裝藥管分成為三類，即正常段、加強段和減弱段。按照《預裂爆破參數表》中各段裝藥量，炸藥裝好后，將另一半圓形的塑料管安裝在已裝好炸藥的塑料管上，然后用塑料綁扎絲扣牢。對于加強段，按照設計的藥量，在裝藥管內裝完后，其余的炸藥均勻綁扎在塑料管外。(2)裝完炸藥后，將支架安在每根塑料管端部，然后用連接套連接塑料管，再用膠帶將連接套和支架纏繞牢固，支架的半圓必須位于坡面一側；導爆索綁扎在塑料管的外面，導爆索要平直緊貼塑料管。每個孔塑料管的安裝按加強段、正常段和減弱段的順序逐根連接并裝入預裂孔內。(3)在進行孔內裝藥塑料管安裝時，要注意塑料管兩邊的聚能凹槽必須與邊坡坡面平行，相鄰孔內的聚能凹槽必須在一條軸線上，支架的半圓應緊貼邊坡側的孔壁。(4)在堵塞前，先檢查塑料管兩邊的聚能槽是否與坡面平行，否則必須重新校正。

3.4 網絡連接及起爆

網絡連接主要采用導爆索連接，連接形式為搭接或水手接，具體操作時應符合：(1)兩根導爆索的長度不得小于15cm，中間不得夾有異物和炸藥卷；(2)支線和主線傳爆方向的夾角不得大于90°；(3)用雷管起爆導爆管網絡時，雷管的集中穴應反向導爆管的傳爆方向，避免雷管引爆時將導爆管炸斷，導爆管應均勻地敷設在雷管周圍，并用膠布捆扎牢固；(4)爆破網絡連接時應特別小心，保證網絡不擠壓、拉斷等破壞。

3.5 爆破效果評價

根據巖體堅硬程度、完整性和結構面切割程度，預裂爆破效果應符合：硬巖、巖石完整邊坡，半孔率不小于85%；中硬巖、巖石節理發育的邊坡，半孔率不小于70%；軟巖、巖石節理發育的邊坡，半孔率不小于50%。

4 工程應用效果

4.1 施工進度提高

采用大孔距預裂爆破，提高了預裂爆破施工進度，進一步保障了大壩的填筑工程進度。原爆破施工方案中，預裂爆破采用傳統預裂爆破施工。按照投標計劃，大壩填筑在2016年2月1日-2017年10月31日期間，進行I期斷面填筑，總填筑量為1123.36萬m3，平均月強度53.44萬m3/月，高峰強度73.89萬m3/月；采用大孔距預裂爆破施工，根據大壩填筑進度統計，在2016年3月20日-2017年6月31日(2016年12月30-2017年2月23日為冬季休工期)，總填筑工程量為1166.21萬m3，平均月強度129.58萬m3/月，高峰強度171.58萬m3/月，進一步保障了大壩填筑進度。

4.2 施工質量良好

根據現場實施情況，不同的地質地形條件，進行適當的爆破參數調整，保證了各預裂面的半孔率，其中硬巖、巖石完整邊坡，其半孔率不小于85%；中硬巖、巖石節理發育的邊坡，其半孔率不小于70%(見圖5)；軟巖、巖石節理發育的邊坡，其半孔率不小于50%。同時，大孔距預裂爆破相對傳統預裂爆破，裝藥量少，極大地降低了爆破對巖層的破壞，避免施工過程再生成次生危巖邊坡。開挖后的邊坡經過長期的監測，邊坡穩定，無垮塌、滑坡等情況出現，保證了安全施工的需要。

圖5 巖石節理發育大孔距預裂爆破情況

4.3 投資成本降低

采用大孔距預裂爆破進行施工，有效地減少了鉆孔工程量、炸藥用量，節約了施工成本。大孔距預裂爆破改變藥包結構，增大了預裂孔孔距，提高了施工速度，確保了邊坡預裂爆破質量。與傳統的預裂方法相比，其經濟效果主要體現在成本投入上，在邊坡長度相同的情況下，大孔距預裂爆破技術施工成本費用顯著降低。同時，保證了工程進度，提高了生產效率。

4.4 妥善保護生態環境

采用本大孔距預裂爆破施工，減少了炸藥用量，符合節能環保的要求，為生態環境保護做出了一定的貢獻。施工過程中使用過的導爆管，產生的紙箱、編織袋、廢棄裝藥塑料管(PVC管)等集中處理。施工現場維修機械時，應進行防滴、漏油措施，避免造成土體污染。另外，應保持施工區環境衛生，安排專人及時清除垃圾和廢棄物，并到指定的地點處理。

5 結語

(1)本文以新疆AETS水利樞紐工程巖質高邊坡開挖為分析對象，阿爾塔什大壩工程石方明挖工程量大，為保證邊坡穩定，控制超欠挖量，需采用預裂爆破進行施工；

(2)采用大孔距預裂爆破施工工藝，提高了爆破施工進度和施工質量，同時降低了工程投資成本，工程建設過程中妥善保護了生態環境；

(3)采用大孔距預裂爆破，工程質量很好地滿足了設計和規范要求，目前累計石方明挖570萬m3，累計石方預裂爆破66000m2，節省爆破成本共計109萬元，經濟及進度效益顯著，值得推廣應用。