張俊峰

（山西省水利建筑工程局，太原 030006）

1 工程概況

龍華口水庫位于盂縣龍華河上。壩址區(qū)河谷呈寬“U”字型，為碾壓混凝土重力壩，最大壩高66m，壩軸線長353m。壩底上游側開挖長度190.8m，寬39.04m，下游側開挖長度193.5m，寬9.9m，保護層開挖厚度約為2.0m，保護層石方開挖工程量約為1.9萬m3。壩基為黑色斜長片麻巖，巖層為斜層走向，開挖巖石較為堅硬，堅固系數等級f=8。

2 開挖方案確定

壩基預留保護層石方開挖厚度為2.0m，工程量約為1.9萬m3。傳統(tǒng)保護層開挖方法采用淺孔小炮爆破方式，分三層進行開挖，并需預留0.2～0.3m厚的巖體進行人工撬挖，該方法鉆爆次數多，成本高，巖體完整性得不到保證。保護層一次性爆破方法嚴格控制鉆孔質量，保證高精度，合理選用墊層材料，采用控制爆破技術，能保證工程質量，降低成本，加快施工進度。根據地質條件與壩基開挖工程量大、工期緊等特點，確定壩基采用保護層一次性開挖，直接鉆孔到基巖設計開挖線，爆破裝藥底部加柔性墊層（竹節(jié)）的保護措施，進行微差控制爆破，保護基巖完整、穩(wěn)定。

3 爆破參數選定

保護層一次開挖爆破參數主要包括鉆孔深度、孔徑、孔距、排距及單位巖體裝藥量、裝藥結構、柔性墊層、網路形式等，采取經驗與實際相結合，根據現場試驗來確定孔距、排距、裝藥結構等的施工爆破參數，以滿足壩基開挖質量要求。結合本工程地質情況擬定爆破參數如下：

（1）孔徑的確定

保護層一次開挖屬淺孔爆破，采用鉆孔機械為風動手持式鑿巖機。

一般鉆頭的直徑為40～42mm，取d=42mm。

（2）孔距、排距的選定

根據工程地質確定孔距a、排距b，

保護層一次性開挖取：a=1.0m、b=1.0m。

（3）底盤抵抗線w的確定

取W=1.0m。

每次爆破前應處理好作業(yè)面，否則因前排推不出去，影響爆破效果。

（4）單位耗藥量q

巖石的爆破性能與巖石物理力學性質和結構特征有關，巖石越硬，越完整，風化程度越弱，單耗越高；使用的炸藥威力越小，單耗越高。根據地質資料，巖石的堅硬度系數f=8，選取q=0.45kg/m3。

（5）鉆孔深度H

預留保護層開挖厚度為2.0m，取H=2.0m。

（6）超鉆孔深h的選定

保護層一次性爆破開挖中鉆孔深度不得超過水平建基面。

（7）單孔裝藥量Q

計算公式如下：Q=abqH（kg）

（8）堵塞長度L

取 15～20 倍的孔徑，即 L=0.5～0.8m

（9）柔性墊層

柔性墊層材料的選擇與厚度的確定是保證建基面不受破壞的關鍵所在。用于制作柔性墊層的材料，按綜合指標（波阻抗值小、易制作、經濟性等）的優(yōu)劣排序為：泡沫→鋸沫→兩端帶節(jié)竹筒（或礦泉水瓶）→木材。柔性墊層厚度取小將影響建基面完整性，造成保留巖體破壞，取大將留下根坎，造成欠挖，需再次撬挖。龍華口壩基巖石較堅硬、地下水位高，各炮孔均有水，結合便于制作、就地取材與經濟原則，選取柔性墊層材料為兩端帶節(jié)竹筒，厚度選取為20～30cm。

保護層一次性開挖爆破參數見表1。

表1 保護層一次開挖參數

4 保護層開挖施工工藝

施工工序：施工準備及測量放線→鉆孔→裝藥→封堵→爆破→挖運。

（1）施工準備及測量放線

在保護層石方開挖之前，先行進行風、水、電、路布置與安裝設備，同時根據設計對邊線、炮孔及開挖深度進行精確測量放線。測量放線精度符合有關技術條款和水利水電工程施工測量技術規(guī)范的規(guī)定。

（2）鉆孔

石方保護層開挖時，采用YT-28型手風鉆進行鉆孔，鉆孔要求如下：

1）布孔：根據爆破設計，依據測量放線，按孔距、排距由專人負責。

2）鉆孔：按設計深度鉆孔，保護層開挖時鉆孔不得深入基巖面。

3）炮孔保護：鉆孔達到設計深度后，經檢查合格后，吹凈孔內殘渣，用編織袋或木塞將孔口塞緊，蓋土封頂。

（3）裝藥、堵塞

1）裝藥結構：為了保護基巖，保護層一次開挖的裝藥底部加柔性墊層（20～30cm竹筒）的保護措施，以保護保留巖體不受破壞，保護層開挖裝藥結構見圖1。

2）裝藥與堵塞：裝藥時，將孔內的粉渣及積水用吹風管吹沖干凈后，先按要求加入設計厚度的柔性墊層，然后按照設計裝藥量和堵塞長度進行裝藥、封堵。

（4）爆破網路

起爆網路是能否達到爆破效果的關鍵，設計起爆網路時，應充分考慮對建基面的影響及飛石影響，保護層開挖采用毫秒延時分段起爆技術，控制單響藥量，避免對被保護物體造成破壞。起爆網路設計為非電毫秒導爆管雷管孔內延時孔外微差控制爆破，孔外毫秒雷管采用導爆索連接起爆，段與段之間相差50～75ms起爆，搭接傳爆采用MS3非電雷管，起爆采用電雷管。

圖1 保護層開挖裝藥結構圖

（5）石渣挖運

采用2m3反鏟挖掘機挖裝，配合20t以上的自卸汽車通過石方開挖施工道路直接運往棄渣場，TY160推土機進行散料。

5 爆破安全

一個成功的爆破，保障安全是必要的條件，安全也是爆破工程永恒的主題，因此在進行爆破設計時，必須進行安全設計。按爆破安全規(guī)程需從爆破飛石、沖擊波、振動等方面進行安全設計。

（1）飛石安全距離

目前常用下述公式計算飛石安全距離：

式中：Rf——飛石安全允許距離，m；

n——爆破作用指數，按加強拋擲爆破計，n=1.5；

W——最小抵抗線，單位為米，根據爆破設計，W=1.0m；

Kf——安全系數，通常取1.0、1.5，風大順風時，拋擲正方向取1.5，山坡下方向取1.5、2.0，按現場情況取Kf=2.0。

（2）爆破沖擊波安全距離

爆破沖擊波作用下的安全距離主要與爆炸藥量有關，一般可用下式計算：

式中；Rk——空氣沖擊波對掩體人員最小允許距離，m；

Q——爆破的炸藥量，毫秒延時爆破按一次爆破的總藥量計算，kg。

（3）爆破安全震動

采用地面質點震動速度公式：

R=（K/V）1/αQ1/3

V=K（Q1/3/R）α

式中：R——爆破振動安全距離，m；

V——保護對象所在地質點振動安全允許速度，cm/s；

Q——炸藥量，延時爆破為最大一段藥量，kg；

K、a——與爆破點至計算保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減系數。

大壩爆區(qū)遠離村莊，爆區(qū)范圍內沒有重要及保護建筑物，保護層開挖采用嚴格控制單響藥量的毫秒微差爆破技術，爆破沖擊波與爆破安全震動在此不進行計算，因此只計算飛石安全距離，按公式計算飛石安全允許距離Rf=90m，但根據爆破安全規(guī)程，露天巖土爆破飛石安全距離取300m。

6 結論

爆破完成后，經機械清渣，設計及監(jiān)理共同對保護層一次爆破開挖質量進行檢查驗收。由于設計孔距、排距較小，鉆孔時嚴格控制孔底高程，選取柔性墊層為兩端帶節(jié)竹筒，厚度為20～30cm，采用孔間微差控制爆破技術。清面后經測量統(tǒng)計，平均不平整度基本在15cm內，局部最大不平整度接近25cm。炮根處殘孔清晰可見，未見輻射狀爆破裂隙，個別巖脈經過處的裂隙稍有擴張，通過鑿除完全可以滿足基礎建基面的要求。保護層一次開挖爆破方法取得了良好的效果，同時縮短工程工期、降低工程造價，還能保證建筑物的安全可靠運行，可在水利、水電等建基面保護層施工中廣泛應用。