劉 亮，蔡聯(lián)鳴，張玉柱，胡浩然，劉 磊，余 偉

(1.湖北省水利水電規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院，武漢 430070；2.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，武漢 430010)

在我國(guó)水利水電工程建設(shè)中，大壩壩基、高陡邊坡、導(dǎo)流隧洞、地下廠房、溢洪道及渠道開挖等均離不開爆破施工技術(shù)[1]。鉆爆法施工具有施工靈活、安全高效、作業(yè)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)前水利水電工程領(lǐng)域巖石開挖中最為常用的施工手段。傳統(tǒng)的鉆爆法施工具有開挖效率高、開采量大、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也存在著諸多問題，比如施工管理水平不高、鉆孔作業(yè)精度偏低、爆破作業(yè)質(zhì)量差等，這會(huì)引發(fā)諸如爆破超欠挖嚴(yán)重、爆破安全事故頻發(fā)、施工質(zhì)量不合格等不利后果，甚至?xí)黾庸こ掏顿Y、拖延施工工期。

隨著爆破理論和爆破技術(shù)的飛速發(fā)展，爆破開挖正在由傳統(tǒng)的粗放型作業(yè)向現(xiàn)代化、精細(xì)化作業(yè)方向發(fā)展，炸藥能量的精細(xì)控制成為可能。精細(xì)爆破技術(shù)在我國(guó)工程爆破行業(yè)已經(jīng)被逐步推廣應(yīng)用，在基坑開挖、廠房開挖、礦山開采、高陡邊坡開挖等方面已取得不錯(cuò)的工程效果。張冬[2]結(jié)合精細(xì)爆破技術(shù)在水利水電工程巖石邊坡爆破開挖中的應(yīng)用，重點(diǎn)研究了保留巖體的精細(xì)爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)方法，在工程中取得了良好的施工效果。周祥洋等[3]在烏東德水電站高陡邊坡開挖中應(yīng)用精細(xì)爆破技術(shù)，通過差異化的爆破參數(shù)設(shè)計(jì)、個(gè)性化的裝藥結(jié)構(gòu)及可靠的網(wǎng)路優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了邊坡一次性爆破成型，確保了整個(gè)大壩的開挖進(jìn)度與安全。劉美山等[4]在溪洛渡水電站拱肩槽建基面開挖中，對(duì)爆區(qū)進(jìn)行合理分塊，對(duì)爆破技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，邊坡開挖效果達(dá)到了精細(xì)爆破的技術(shù)要求。丁銀貴等[5]針對(duì)大規(guī)模巖土爆破施工，采用等邊三角形布孔斜線起爆網(wǎng)路、徑向耦合-不耦合裝藥軸向孔底空氣間隔定向卸壓爆破裝藥技術(shù)、預(yù)留孔底保護(hù)層緩沖爆破等施工關(guān)鍵技術(shù)，提高了巖石破碎效果，有效地保護(hù)了邊坡和建基面巖體。

對(duì)于大型水利水電工程，高庫(kù)大壩的建基面是壩體和基巖銜接的關(guān)鍵部位，一旦出現(xiàn)問題將會(huì)造成難以估量的損失。對(duì)于建基面保護(hù)層的開挖，一方面要注意對(duì)巖體的損傷控制，盡可能降低對(duì)建基面巖體的損傷擾動(dòng)，另一方面又要提高爆破作業(yè)效率，節(jié)約施工成本。隨著精細(xì)爆破理論研究的不斷深入，巖石基礎(chǔ)開挖精細(xì)爆破施工技術(shù)得到了極大的發(fā)展，并在工程中逐步進(jìn)行推廣。針對(duì)建基面保護(hù)層開挖爆破技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，筆者將系統(tǒng)介紹幾種常用的巖石基礎(chǔ)開挖爆破成型技術(shù)，具體包括傳統(tǒng)的分層爆破開挖技術(shù)、預(yù)裂爆破和光面爆破相結(jié)合的輪廓爆破開挖技術(shù)、以及墊層爆破開挖技術(shù)，并詳細(xì)介紹一種最新的聚-消能復(fù)合墊層爆破技術(shù)。

1 傳統(tǒng)爆破開挖技術(shù)

1.1 建基面開挖步驟

在水利水電工程中，對(duì)于巖石建基面的開挖通常包含如下幾個(gè)步驟(見圖1)：①清除表層風(fēng)化巖體；②采用常規(guī)爆破開挖保護(hù)層以上部位巖體；③巖石建基面保護(hù)層開挖；④建基面的清理和保護(hù)。在以上步驟中，保護(hù)層巖體的開挖是整個(gè)施工方法中的重中之重。根據(jù)爆破施工規(guī)范，保護(hù)層的厚度應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)損傷監(jiān)測(cè)成果確定，如果現(xiàn)場(chǎng)不具備爆破試驗(yàn)監(jiān)測(cè)的條件，建議根據(jù)保護(hù)層以上開挖時(shí)的藥卷直徑大小來確定[6]，具體的確定方法如表1所示。而根據(jù)已有的工程經(jīng)驗(yàn)，建基面保護(hù)層厚度通常為3～6 m[7]，具體的保護(hù)層厚度應(yīng)根據(jù)保護(hù)層頂面爆破的損傷深度來確定，爆破損傷區(qū)越大預(yù)留的保護(hù)層厚度越大，國(guó)內(nèi)部分大型水利水電工程的壩基保護(hù)層厚度取值如表2所示。在傳統(tǒng)的爆破作業(yè)中，對(duì)建基面的開挖通常采用“預(yù)留基巖保護(hù)層，淺孔爆破分層開挖”的方法。

圖1 建基面保護(hù)層爆破開挖方法Fig.1 Blasting excavation method of foundation protective layer

表1 規(guī)范建議的保護(hù)層厚度和藥卷直徑的比值

表2 部分大型水利水電工程的壩基保護(hù)層厚度

1.2 分層爆破開挖

傳統(tǒng)的巖石建基面開挖中，保護(hù)層分層爆破開挖技術(shù)目前依然是最為穩(wěn)妥可靠的開挖方法。根據(jù)《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》[6]，一般將保護(hù)層分為3層進(jìn)行開挖，并嚴(yán)格控制各層爆破參數(shù)，典型的分層爆破開挖方法如圖2所示。

圖2 保護(hù)層分層爆破開挖Fig.2 Layered blasting excavation of protective layer

第1層開挖采用淺孔臺(tái)階爆破，臺(tái)階高度、炮孔直徑、單孔藥量等參數(shù)都比常規(guī)爆破要低，臺(tái)階高度一般為3～4 m，藥卷直徑應(yīng)不大于40 mm。第1層開挖后，剩余保護(hù)層厚度應(yīng)不小于1.5 m。第2層開挖采用傾斜孔爆破，鉆孔傾角應(yīng)不小于60°，裝藥直徑不大于32 mm。第2層爆破開挖之后剩余保護(hù)層厚度由巖性決定，當(dāng)巖性較好時(shí)剩余厚度不小于0.5 m，巖性較差時(shí)不小于0.7 m。第3層開挖采用手風(fēng)鉆鉆孔爆破，對(duì)于較為完整的巖體，鉆孔不能超過建基面；對(duì)于節(jié)理巖體以及裂隙較為發(fā)育的巖體，鉆孔底部距離建基面的距離不小于0.2 m，最后預(yù)留0.2 m的撬挖層。

淺孔分層爆破開挖法采用低臺(tái)階、小裝藥的爆破方法，能夠極大地減小爆破損傷區(qū)的范圍，保證建基面巖體的完整性。然而，這種分層開挖方法工序繁瑣、效率低下，大大降低了保護(hù)層開挖的施工速度，在大規(guī)模開挖中仍然存在著諸多問題。

2 輪廓爆破一次成型技術(shù)

輪廓爆破一次成型技術(shù)是當(dāng)前建基面保護(hù)層開挖中應(yīng)用最為廣泛的施工技術(shù)。該技術(shù)在進(jìn)行建基面開挖時(shí)，采用光面爆破或者預(yù)裂爆破，通過嚴(yán)格控制徑向不耦合爆破裝藥參數(shù)、提高預(yù)裂或者光面孔的鉆孔精度等方法，對(duì)開挖輪廓面進(jìn)行一次爆破成型，同時(shí)降低對(duì)基巖的損傷，提高工程施工效率。隨著我國(guó)水利水電事業(yè)的發(fā)展，眾多學(xué)者和工程師在工程應(yīng)用中不斷改進(jìn)輪廓爆破技術(shù)，逐步提出了水平預(yù)裂爆破、水平光面爆破、雙層水平光面爆破以及預(yù)裂、光面組合爆破技術(shù)。

2.1 輪廓爆破損傷機(jī)理

預(yù)裂爆破和光面爆破的成縫原理相似，均是利用不耦合裝藥爆破產(chǎn)生的氣仞效應(yīng)，將小間距炮孔之間的巖體劈裂成縫，進(jìn)而與基巖面分離，形成平整的開挖輪廓面，其不同之處主要是起爆順序(見圖3)。預(yù)裂爆破起爆順序?yàn)椤拜喞?預(yù)裂)孔→主爆孔→緩沖孔”，光面爆破起爆順序?yàn)椤爸鞅住彌_孔→輪廓(光面)孔”。預(yù)裂爆破中，預(yù)裂孔率先起爆，在主爆孔和緩沖孔起爆之前先形成一個(gè)預(yù)裂面，從而很好地起到隔振效果；而光面爆破中，光面孔在主爆孔和緩沖孔起爆之后起爆，由于臨空面的存在，能夠形成更加平整的開挖面。由于起爆順序不同，其對(duì)基巖面的損傷破壞程度也不相同[8]。

圖3 預(yù)裂爆破和光面爆破起爆順序Fig.3 The steps of pre-split blasting and smooth blasting

為了研究預(yù)裂爆破和光面爆破2種輪廓爆破技術(shù)對(duì)基巖面的損傷情況，并分析其對(duì)不同巖石條件下的適用性，胡英國(guó)等[9]基于ANSYS有限元?jiǎng)恿Ψ治鲕浖M(jìn)行巖石爆破累計(jì)損傷效應(yīng)的二次開發(fā)，通過自定義巖石爆破拉壓損傷模型，對(duì)光面爆破和預(yù)裂爆破2種不同爆破方式下的開挖損傷全過程進(jìn)行數(shù)值仿真，重點(diǎn)分析2種爆破開挖方式對(duì)圍巖的損傷機(jī)制，研究結(jié)果表明：預(yù)裂爆破孔先于主爆孔和緩沖孔起爆，能夠預(yù)先形成一條預(yù)裂縫，很好地起到隔振效果，進(jìn)而降低主爆孔和緩沖孔對(duì)圍巖的損傷，但是預(yù)裂爆破孔由于沒有臨空面，炸藥能量完全作用在基巖上，爆破本身會(huì)形成一定范圍的的高度損傷區(qū)；而光面爆破孔由于最后起爆，主爆孔和緩沖孔爆破時(shí)會(huì)對(duì)保留巖體造成明顯的累計(jì)損傷，從而形成大片的輕度損傷區(qū)，主爆孔累計(jì)損傷最嚴(yán)重，同時(shí)光爆孔在起爆時(shí)已經(jīng)形成了爆破臨空面，抵抗線小，其本身對(duì)基巖造成的損傷反而較小。通過對(duì)預(yù)裂和光面爆破的損傷機(jī)理分析，可以根據(jù)巖石的特性及對(duì)基巖面的要求，在不同的工程條件下組合選擇合適的輪廓爆破方法。

2.2 水平預(yù)裂爆破法

水平預(yù)裂爆破開挖方法是一種在建基面高程布置水平預(yù)裂孔的施工方法，保護(hù)層通過淺孔臺(tái)階爆破配合水平預(yù)裂爆破一次開挖成型[10]。水平預(yù)裂爆破法的典型結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括水平預(yù)裂孔和垂直主爆孔。水平預(yù)裂爆破可以在建基面預(yù)先形成一條預(yù)裂縫，降低主爆孔對(duì)基巖面的損傷，起到保護(hù)基巖的作用。水平預(yù)裂爆破方法自首次應(yīng)用于東江水電站壩基開挖以來，在三峽引水隧洞、巖灘水電站等水電工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

圖4 水平預(yù)裂爆破施工方法Fig.4 The method of horizontal pre-split blasting

水平預(yù)裂爆破法適用于巖石結(jié)構(gòu)完整性較好的基巖面，通過預(yù)先形成的預(yù)裂縫進(jìn)行隔振，同時(shí)獲得較為平整的地基表面。但是，水平預(yù)裂爆破法在施工時(shí)要安裝水平預(yù)壓孔鉆機(jī)鉆設(shè)水平孔，必須要有完整的臨空面。因此，要事先開挖先鋒槽，在進(jìn)行下一次爆破時(shí)，也要清理出完整的臨空面。

2.3 水平光面爆破法

水平光面爆破開挖方法是保護(hù)層開挖的另一種輪廓爆破一次成型技術(shù)，典型施工方法如圖5所示。水平光面爆破法包括3種水平鉆孔，即主爆孔、緩沖孔和光爆孔。與預(yù)裂爆破法不同，光面爆破法的起始順序是“主爆孔→緩沖孔→光爆孔”。

圖5 水平光面爆破施工方法Fig.5 The method of horizontal smooth blasting

水平光面爆破方法已被證明能夠控制爆破引起的破壞，并獲得平坦的地基表面。然而，工程實(shí)踐表明，水平孔的鉆進(jìn)效率要比垂直孔低得多，如果控制不好，水平孔的鉆桿很容易漂移。有些項(xiàng)目也采用與預(yù)裂爆破相似的鉆孔工藝，將主爆孔采用豎直鉆孔的方法。水平光面爆破法在施工時(shí)同樣需要開挖先鋒槽。

2.4 雙層水平光面爆破法

已有的研究表明，預(yù)裂爆破依然會(huì)對(duì)基巖面產(chǎn)生一定程度的損傷，而光面爆破由于不具有隔振效果，主爆孔會(huì)對(duì)基巖造成累計(jì)損傷。這種損傷對(duì)于完整性較好的基巖面可以忽略，而對(duì)于裂隙較為發(fā)育的巖體，這種損傷依然不容忽視。對(duì)此，已有學(xué)者提出改進(jìn)方法——雙層光面爆破法，并在溪洛渡水電站工程中進(jìn)行了應(yīng)用[11]。該方法針對(duì)壩基底板建基面薄層角礫熔巖，提出預(yù)留5.5 m保護(hù)層，并分為2層開挖，上層3.5 m首先采用淺孔臺(tái)階爆破開挖，之后下層2 m保護(hù)層采用垂直孔配合雙層光面爆破孔開挖。第一層光面孔位于底板建基面，第二層光爆孔距離建基面0.5 m，垂直孔距離第二排光爆孔0.8 m。該方法在溪洛渡水電站河床壩基底板保護(hù)層開挖中得到了成功的運(yùn)用，薄殼狀角礫熔巖基本完整地保留下來，建基面巖體完整性較好。

2.5 預(yù)裂-光面組合爆破法

為做到保護(hù)層一次開挖成型，針對(duì)裂隙較為發(fā)育的建基面，有學(xué)者提出預(yù)裂-光面組合爆破開挖方法[12]，該方法采用在建基面布置1層水平光面爆破孔，第2層為水平預(yù)裂孔，距離光面爆破孔0.5 m，上部為淺孔臺(tái)階爆破層。該方法首先起爆預(yù)裂孔，由于預(yù)裂孔距離建基面仍有一定的深度，可以減小對(duì)基巖面的損傷。之后起爆主爆孔，由于預(yù)裂孔預(yù)先形成一條預(yù)裂縫，可以阻斷爆破振動(dòng)向基巖面?zhèn)鞑?，減小主爆孔的累計(jì)損傷。最后起爆光爆孔，形成平整的基巖面。該方法在白鶴灘水電站壩基開挖中得到成功的應(yīng)用，有效地解決了柱狀節(jié)理玄武巖的開挖問題。

3 墊層爆破開挖技術(shù)

輪廓爆破在用于巖石基礎(chǔ)開挖一次成型時(shí)，往往需要開挖先鋒槽創(chuàng)造工作面，同時(shí)由于預(yù)裂孔或者光爆孔的數(shù)量多，鉆孔精度要求高，鉆設(shè)水平孔操作復(fù)雜，施工的成本和效率仍難以令人滿意。對(duì)于巖石基礎(chǔ)開挖，往往采用臺(tái)階爆破，柱狀藥包起爆時(shí)產(chǎn)生的沖擊波在到達(dá)孔底時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力波的透射和反射，增大對(duì)炮孔近區(qū)巖石的破碎作用；在炮孔遠(yuǎn)區(qū)，爆炸應(yīng)力波迅速衰減，由于孔底夾制作用較大，往往容易產(chǎn)生爆破根底。對(duì)于巖石鉆孔爆破，通過調(diào)整柱狀藥包炮孔底部的裝藥結(jié)構(gòu)，增加保護(hù)措施，能夠有效地提高炸藥能量利用率，改善孔底巖體的破碎效果。隨著柱狀藥包軸向不耦合技術(shù)的發(fā)展，眾多爆破工程師逐步提出了空氣墊層爆破、水墊層爆破、柔性(軟弱)墊層爆破、以及一種最新的聚-消能爆破技術(shù)，用以改善爆破效果，提高對(duì)巖石基礎(chǔ)開挖面的保護(hù)。

3.1 空氣墊層爆破

對(duì)于深孔臺(tái)階爆破，為了克服孔底巖石的夾制作用，往往要進(jìn)行鉆孔超深，裝藥藥柱重心往往偏向于炮孔下部，容易造成炸藥能量分布不均。林德余等[13]認(rèn)為，通過調(diào)整裝藥結(jié)構(gòu)能夠有效地改善炸藥能量的分布，進(jìn)而提高巖石爆破效果，并提出了炮孔底部空氣墊層裝藥結(jié)構(gòu)，通過空氣間隔器將柱狀藥包與孔底巖石隔離開(見圖6)，孔底墊層的高度一般等于鉆孔超深。根據(jù)爆轟波理論，柱狀藥包起爆時(shí)，爆炸沖擊波不會(huì)直接作用在孔底巖石上，而是會(huì)先劇烈壓縮孔內(nèi)空氣柱，從而降低爆破峰值壓力，同時(shí)波陣面在通過空氣段到達(dá)孔底巖石面時(shí)會(huì)發(fā)生反射形成反射沖擊波，波陣面顯著增強(qiáng)，增強(qiáng)的壓力對(duì)孔底巖石產(chǎn)生劇烈的壓縮作用，從而破壞巖石。由于空氣柱的存在，爆轟壓力更加均勻地作用在炮孔壁上，爆破作用時(shí)間也會(huì)增加，從而提高炸藥能量的利用率，降低大塊率，改善巖石破碎效果。該技術(shù)在赤峰平莊礦山進(jìn)行了工程應(yīng)用，取得不錯(cuò)的爆破效果[14]。

圖6 空氣墊層裝藥結(jié)構(gòu)Fig.6 The charge structure with air cushion

3.2 水墊層爆破

深孔臺(tái)階爆破在遇到地下水或雨季時(shí)，往往在炮孔內(nèi)會(huì)存有積水，從而形成水耦合爆破。針對(duì)這一情況，宗琦、林德余等[15-16]認(rèn)為炮孔內(nèi)水的存在會(huì)對(duì)爆破沖擊波起到緩沖作用，同時(shí)由于水的可壓縮性遠(yuǎn)小于空氣，水中沖擊波壓力要高于空氣，同時(shí)作用時(shí)間也長(zhǎng)于空氣。根據(jù)這一原理，林德余等[16]提出一種水墊層爆破裝藥結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與空氣墊層裝藥結(jié)構(gòu)類似，將其中空氣墊層換成水墊層，深孔臺(tái)階爆破水墊層的高度一般為1.0～1.5 m。在工程應(yīng)用中，對(duì)于不透水炮孔，可在孔底放置間隔器，并注水至設(shè)計(jì)深度；對(duì)于有裂隙的透水炮孔，一般采用中通的竹筒代替間隔器并在竹筒中裝滿水或者采用密封的水袋子。

3.3 柔性(軟弱)墊層爆破

柔性墊層爆破是近些年根據(jù)炸藥與巖石的波阻抗理論而提出的一種新型爆破裝藥結(jié)構(gòu)(也有學(xué)者稱之為軟弱墊層)，相比于空氣墊層和水墊層，該方法在工程應(yīng)用中的可操作性更強(qiáng)。根據(jù)波阻抗理論，一般認(rèn)為炸藥與巖石的波阻抗相匹配時(shí)，炸藥在巖石界面上沖擊波的入射和反射效應(yīng)更強(qiáng)，能量利用率最高。而柔性墊層爆破的基本原理就是在炮孔底部填充波阻抗小于炸藥爆轟產(chǎn)物的材料作為緩沖墊層，以降低孔底的爆炸峰值壓力，同時(shí)利用爆炸應(yīng)力波在墊層與巖石之間的透射和反射，增強(qiáng)反射波的壓力，改善孔底巖石的破碎效果[17]。王學(xué)兵等[18]在防城港核電項(xiàng)目的核島爆破開挖中，采用預(yù)留保護(hù)層孔底設(shè)柔性墊層爆破技術(shù)，淺孔臺(tái)階一次爆破成型，建基面未產(chǎn)生裂隙，巖體質(zhì)量完好，取得了良好的爆破效果。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，常用的墊層緩沖材料有泡沫、鋸末、竹筒、巖屑等，軟弱墊層的厚度、布置位置和材料選擇要根據(jù)保護(hù)層厚度、巖石強(qiáng)度以及炸藥特性等多方面因素共同確定。

3.4 聚-消能復(fù)合墊層爆破

傳統(tǒng)的空氣墊層、水墊層以及柔性墊層爆破方法，能夠通過應(yīng)力波的透射和反射增強(qiáng)孔底巖石面反射應(yīng)力波的壓力，有效地改善孔底巖石的破碎效果，但是對(duì)保留基巖的保護(hù)僅僅通過墊層的緩沖作用來實(shí)現(xiàn)，保留基巖仍然會(huì)受到有較大的損傷。盧文波、胡浩然等[19-20]在深入研究壩基開挖方法的基礎(chǔ)上，提出一種在豎直炮孔中設(shè)置聚-消能復(fù)合墊層的裝藥結(jié)構(gòu)，形成一套基于損傷控制理論的聚-消能爆破開挖一次成型技術(shù)。

根據(jù)應(yīng)力波理論和波阻抗匹配理論，在爆轟作用面上2種介質(zhì)的波阻抗對(duì)透射波與反射波的強(qiáng)弱起著重要作用，胡浩然等[19]由此提出一種在豎直炮孔中設(shè)置聚-消能復(fù)合墊層的裝藥結(jié)構(gòu)(見圖7)。該結(jié)構(gòu)由以鑄鐵或高波阻抗混凝土為材料的圓錐形聚-消能裝置和以松砂為材料的柔性墊層組合而成。當(dāng)爆轟作用發(fā)生時(shí)，爆炸沖擊波首先會(huì)在高波阻抗材料的錐形界面發(fā)生一次反射和透射，反射波將會(huì)呈水平向，從而加強(qiáng)對(duì)孔底水平向巖體的破碎作用，有利于形成平整的開挖面；透射波穿過錐形高波阻抗材料后到達(dá)低波阻抗的柔性墊層界面時(shí)，將會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的二次反射，僅有少量能量透射入墊層。爆炸沖擊波的能量經(jīng)過多次透射和反射，大部分被高波阻抗材料、孔底松砂墊層以及水平向巖石吸收，從而改善孔底巖石的破碎效果。該技術(shù)能夠充分利用爆炸沖擊波在高波阻抗材料界面之間的反射，將爆炸應(yīng)力波能力導(dǎo)向水平向，并利用松砂墊層吸收透射的沖擊波，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石基礎(chǔ)的快速開挖以及對(duì)基巖面的保護(hù)。

圖7 聚-消能復(fù)合墊層結(jié)構(gòu)應(yīng)力波透、反射Fig.7 Transmission and reflection of stress wave in the energy shaped and dissipation composite cushion

為驗(yàn)證聚-消能復(fù)合墊層爆破技術(shù)的可行性，該技術(shù)在白鶴灘水電站壩基開挖中得到了大規(guī)模推廣應(yīng)用[20]。經(jīng)過對(duì)開挖過程的跟蹤監(jiān)測(cè)、開挖后的巖石損傷聲波監(jiān)測(cè)以及建基面平整度測(cè)量、超欠挖測(cè)量，結(jié)果顯示，各個(gè)壩段的平均爆破損傷深度、平整度及超欠挖情況均滿足設(shè)計(jì)要求。利用該技術(shù)進(jìn)行白鶴灘水電站建基面的開挖，加快了施工進(jìn)度，直接和間接經(jīng)濟(jì)效益明顯。

4 結(jié)語(yǔ)

精細(xì)爆破在水利水電工程巖石基礎(chǔ)開挖中應(yīng)用越來越廣泛。預(yù)留保護(hù)層開挖是保護(hù)建基面最有效的方法。傳統(tǒng)的保護(hù)層開挖方法將保護(hù)層分為3層，采用淺鉆孔、小裝藥的施工方法，這種方法存在著工序繁瑣、效率低下等諸多問題。工程中最為常用的是輪廓爆破一次成型技術(shù)，該方法采用預(yù)裂爆破、光面爆破以及二者的組合使用，充分利用預(yù)裂縫的隔振作用以及光面爆破成型平整的優(yōu)點(diǎn)，高效快速地完成基礎(chǔ)面的開挖。對(duì)于垂直孔爆破開挖，通常采用墊層爆破開挖技術(shù)，該方法包括空氣墊層、水墊層柔性墊層爆破技術(shù)，以及最新的聚-消能復(fù)合墊層爆破技術(shù)。聚-消能復(fù)合墊層爆破技術(shù)利用應(yīng)力波在不同介質(zhì)面的透射和反射原理，在炮孔底部安裝聚-消能座和柔性墊層，充分利用爆炸沖擊波在高波阻抗材料界面之間的反射，將爆炸沖擊波能量導(dǎo)向水平向，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石基礎(chǔ)的快速開挖以及對(duì)基巖面的保護(hù)。隨著爆破損傷控制理論和爆破施工技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)巖石基礎(chǔ)開挖的精細(xì)爆破施工技術(shù)會(huì)越來越多地應(yīng)用到工程實(shí)踐中去。