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(中國水利水電第十工程局有限公司，成都，610072)

水利樞紐工程，大部分建造在高山深谷的大江、大河上，利用擋水建筑物攔截河流，在壩前形成水庫，發(fā)揮其綜合作用。樞紐大壩兩岸邊坡穩(wěn)定是大壩穩(wěn)定的主要控制要點之一，邊坡施工時往往采用機械開挖和鉆爆法開挖。由于地質情況的復雜性和多樣性，做好爆破設計和爆破控制是保證邊坡施工質量的有效措施。筆者在本文中所提到的高邊坡為強風化閃長巖，風化程度嚴重，圍巖破碎，巖隙發(fā)育縱橫交錯，風化程度不一，存在斷層，圍巖具有特殊性和復雜性，因此爆破控制開挖成為了重點和難點，施工時除了采用常規(guī)預裂爆破和梯段爆破工藝外，通過對鉆孔時返渣返風情況進行觀察和記錄、分析并研究，采用了動態(tài)設計和調整爆破參數的方式，嚴格根據圍巖實際情況“一炮一設計”的理念，設計結構面的平整度和殘孔率達到了較理想的效果。

1　工程概述

1.1　工程概況

黃金峽水利樞紐位于漢江干流上游峽谷段，地處陜西南部漢中盆地以東的洋縣境內，為引漢濟渭工程主要水源之一，也是漢江上游干流河段規(guī)劃中的第一個開發(fā)梯級，壩址下游55km處為石泉水電站。該工程的建設任務是以供水為主，兼顧發(fā)電，改善水運條件。左岸邊坡高239m，每隔15m設置一級馬道，邊坡開挖坡比1∶1.2～1∶0.8，馬道寬度為3m，共有15級馬道。邊坡支護形式為系統(tǒng)錨桿+掛鋼筋網+噴C20混凝土+預應力錨索+格構梁等，在開挖范圍外5m處設置RX-050型柔性被動防護網和截水溝。

1.2　地質情況

左岸壩肩自然邊坡地形坡度37°～39°，邊坡走向315°左右，傾向225°，壩肩以上邊坡高239m，大部分基巖裸露，局部覆蓋少量殘坡積碎石土。邊坡基巖為閃長巖，強風化帶厚5m～34m，弱風化上帶厚5m～23m；弱風化下帶臨近坡腳部位厚5m～22m；弱風化下帶以下為微新巖體。

2　爆破試驗

2.1　爆破試驗的目的

爆破試驗的目的主要是選定合理的鉆爆設備及預裂孔、緩沖孔、主爆孔的孔深、間距、角度、線裝藥量、單耗、單響和梯段分級等相關爆破參數。依據《爆破手冊》相關爆破參數，編制爆破試驗大綱，經爆破試驗選取閃長巖地質條件下合理的爆破參數以指導邊坡開挖爆破施工。

2.2　造孔設備

預裂孔和緩沖孔采用QZJ-100B型支架式潛孔鉆造孔，梯段爆破孔采用志高430型全液壓履帶式鉆機造孔，邊角及零星范圍采用YT-28手風鉆造孔。

2.3　爆破參數選擇

通過對三次爆破試驗成果進行全面的分析，選擇爆破效果最優(yōu)的爆破參數作為邊坡開挖爆破設計的參考。對于以強風化為主，巖石較破碎，裂隙較發(fā)育，爆破單耗藥量設計為0.3kg/m3；弱風化上帶為主，巖石較完整，巖脈、裂隙發(fā)育，爆破單耗藥量設計為0.35kg/m3，預裂孔和緩沖孔按永久開挖結構面坡度設計成傾斜孔，采用不耦合裝藥，φ32的乳化炸藥牢固綁扎在竹片上，藥卷間隔長度為40cm～50cm；緩沖孔采用乳化炸藥連續(xù)將藥卷綁在竹片上，主爆孔設計為豎直孔，孔深7.5m，采用散裝硝銨炸藥，連續(xù)裝藥，底部加強。每級邊坡預裂孔一次成型，主爆孔分兩次梯段爆破成型。每級邊坡底部預留2m馬道保護層，采用水平光面爆破方法處理，確保馬道平整度滿足要求。爆破試驗確定最優(yōu)參數如下表1。

表1預裂及緩沖孔試驗成果參數

表2梯段主爆孔試驗成果參數

3　爆破設計

3.1　深孔梯段爆破

根據爆破試驗成果，爆破設計如下。

(1)臺階高度(H)

臺階高度設計為H=7.5。

(2)孔徑(d)

孔徑選擇d=90mm。

(3)孔距與排距(a、b)

孔距(a)2.5m～3.0m，排距(b)2.5m～3.0m。

(4)布孔方式

采用三角形布孔，這樣炸藥在被爆介質內分布比較均勻，有利于改善爆破效果。

(5)孔深(h)

h=H+△h(垂直孔)

式中：H為臺階高度；△h為鉆孔超深，根據經驗數據，超深取0.5m～1m。當孔距和排距較小、巖石較破碎時取下限值，反之，則取上限值。

(6)底盤抵抗線(W)

取W=2.5m～3.0m。

(7)炸藥單耗(q)

根據邊坡地質圍巖特性并結合爆破試驗效果，炸藥單耗取q=0.30kg/m3～0.40kg/m3，對于左壩肩邊坡上下游兩側較破碎巖體選擇0.30kg/m3～0.35kg/m3，中部較完整巖體選擇0.35kg/m3～0.40kg/m3。施工中專業(yè)爆破工程師根據實際爆破效果和圍巖情況進行動態(tài)調整。

(8)裝藥結構

梯段主爆孔采用連續(xù)裝藥，裝藥密度大于0.8kg/m3～1.2kg/m3，裝藥長度3m～5m，孔口堵塞長度2.5m～3.5m。

(9)單孔藥量(Q)

Q=a·b·H·q(kg)

按平均孔網參數計算，當孔徑為90mm時，Q=30kg。

(10)每次爆破總藥量(∑Q)

∑Q=n·Q(kg)

式中：n為爆區(qū)的炮孔數量。

3.2　淺孔爆破參數

(1)孔徑

采用42mm孔徑，YT-28手風鉆造孔。

(2)孔距與排距

孔距1.0m～1.5m，排距0.8m～1.0m。

(3)布孔方式

采用三角形布孔方式。

(4)孔深

h=H+△h

式中：H為臺階高度，取1.5m～3.0m；

△h為鉆孔超深，取0.2m～0.4m。

(5)爆破單耗

根據爆破試驗成果確定爆破單耗按q=0.3kg/m3～0.35kg/m3的取值進行爆破，專業(yè)爆破工程師根據開挖揭示的爆破效果進行適當調整。

(6)單孔藥量和總裝藥量同深孔梯段爆破計算方法確定。

3.3　預裂爆破

為了減少爆破開挖對永久預留邊坡的破壞和擾動，確保邊坡的穩(wěn)定、光滑和平整，減少邊坡修整工程量，永久邊坡開挖采用預裂爆破技術。預裂爆破參數為：

(1)預裂爆破炮孔間距a預

預裂炮孔間距的選取考慮到炮孔直徑，巖石力學特征，地質構造，炸藥種類等多種因素的影響?？组g距：a預=(8-12)d。

在節(jié)理裂隙比較發(fā)育的巖石中取小值，結合現場爆破試驗結果，取a預=1.0m，施工中結合實際爆破效果，專業(yè)爆破工程師進行適當調整。

(2)最小抵抗線W預

預裂孔的最小抵抗線W預是預裂層厚度或預裂孔到鄰近緩沖孔間的距離，是影響預裂爆破效果的關鍵參數。

W預=(1.2～1.8)a預

結合爆破試驗情況，預裂孔的最小抵抗線取W預=1.5m。

(3)線裝藥密度q預

裝藥密度過大，會破壞炮孔的孔壁，線裝藥密度過小，炮孔間裂縫不能貫通，巖壁表面留下巖埂難以開挖，坡面不平整，造成欠挖，為了控制裂隙的發(fā)育以保持新壁面的完整穩(wěn)固，在保證沿炮眼連心線破裂的前提下，盡可能少裝藥。取q預=0.2kg/m～0.3kg/m。為了克服炮孔底部的夾制作用，底部加大裝藥量，q底=(1.2～2.0)q預。

(4)裝藥結構

預裂炮孔采用不耦合間隔裝藥，將炸藥卷間隔綁在竹片上，間隔距離為40cm～50cm，藥卷緊靠導爆索，孔底適當加大藥量，孔口部位適當減少藥量。

(5)堵塞長度

預裂爆破孔口預留1.0m～1.5m為炮孔堵塞長度，堵塞時先用炮棍將塑料團或布團送入炮孔內1.0m～1.5m處，再采用鉆屑或炮泥堵塞，嚴禁采用石塊堵塞孔口。

3.4　起爆網路設計與爆破器材選擇

3.4.1起爆網路設計

本工程采用電起爆網路系統(tǒng)，選用瞬發(fā)電雷管起爆。淺孔爆破和深孔爆破的起爆網路均為排間微差起爆，采用控制爆破控制飛石方向及爆渣塊度，便于清渣。

3.4.2爆破器材選擇

本工程的爆破施工中，根據不同的地形條件和體形開挖要求，采用不同的爆破方式，因此對應于不同的爆破器材和起爆器材。

淺孔爆破以及預裂(光面)孔爆破采用φ32mm乳化炸藥，梯段深孔爆破采用成品炸藥(硝銨炸藥或乳化炸藥)，淺孔爆破采用1～5段的毫秒延期電雷管，深孔爆破采用1～15段的毫秒延期非電導爆管雷管，起爆爆破網絡采用瞬發(fā)電雷管，預裂孔爆破采用導爆索。

4　爆破負效應分析與控制

4.1　常見爆破負效應

炸藥在炮孔內爆炸后，一部分能量用來對巖石做功，破碎和移動巖石，另一部分能量以應力波的形式在地表和巖體內傳播引起擾動，也就是爆破振動，剩余的能量以空氣沖擊波的形式傳播到空氣中形成爆破沖擊波。因此，爆破施工必須對負效應進行控制，必要時采取安全防護措施。

4.2　爆破飛石的控制

(1)裝藥量是影響爆破飛石的主要因素之一。對于鉆孔爆破，結合爆破試驗確定合理的炸藥單耗，正確計算藥量，合理進行藥量的分布。

(2)采用微差爆破技術，妥善安排起爆順序，飛石控制要求甚嚴的地方，切忌齊發(fā)爆破。

(3)保證堵塞長度，孔內積水必須清除干凈，受水飽和的堵塞土，容易沖炮。同時，堵塞填土應分層搗實。

(4)在靠近公路或附近有需要保護的設施處進行爆破時，除控制炸藥單耗和合理選擇起爆順序外，根據爆區(qū)環(huán)境，采取必要的防護措施，如：采用沙袋在孔口覆蓋、覆蓋荊芭防護等，控制爆破飛石，最大限度地保證爆破安全。

4.3　爆破警戒及安全分析

4.3.1爆破警戒

在爆破警戒范圍以外路口張貼放炮公告，明確每日爆破時間和警戒范圍，爆破時嚴格按照預設的警戒區(qū)設防，根據爆破影響范圍在左邊坡上游柳樹溝橋頭和下游戴母雞溝口設置交通疏導和管制，嚴格根據明挖爆破300m安全范圍實行嚴格的交通管制，指派專職安全員負責信息溝通及聯絡工作，從爆破警戒到解除警戒全過程由專人統(tǒng)一指揮，爆破后專業(yè)炮工進行安全性檢測確認安全后，方通知警戒人員解除警戒開放交通。

4.3.2爆破安全分析

考慮到本工程施工現場環(huán)境，周圍200m范圍內無重要設施及建筑物，現場的施工機械均為可移動式設備，加之本工程的單次爆破藥量不大，所以爆破飛石及爆破振動均能得到很好的控制，不會對周圍的設備、設施造成損害。本工程中，嚴格按《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2014)，對人員的警戒半徑要求為300m，現場施工設備的警戒距離為200m，確保人員和設備的安全。爆破作業(yè)的單次起爆總藥量控制在1t以內。

5　爆破效果

本工程經過爆破試驗、爆破設計、爆破控制，邊坡爆破成型效果較好，設計結構面殘孔率滿足設計要求，預裂爆破相鄰兩炮孔間巖面的不平整度不大于15cm，爆破塊度控制在100cm以內，大塊率小于3%，二次解爆量小。

6　結語

爆破開挖目前屬于水利工程石方開挖的主要開挖施工方法之一，不同的圍巖需要選擇不同的爆破參數，對于復雜的圍巖做好爆破試驗，并在施工過程中做好鉆孔記錄，分析每個炮孔地質圍巖真實情況，是爆破設計參數控制和調整的關鍵；堅持“一炮一設計、一炮一總結”的原則進行動態(tài)設計調整，是保證開挖質量的關鍵。