水平預裂爆破開挖保護層施工技術

楊曉華 曹軍

摘要： 黃登水電站兩岸壩肩槽建基面均布置有馬道與平臺，馬道寬度為3.0m，左岸平臺寬度為8~28m；右岸壩平臺寬度為7~14.05m，為防止孔超深破壞建基面，兩岸壩肩槽建基面邊坡均采用預裂爆破一次到位，主爆孔與緩沖孔孔底預留2m保護層，使用水平預裂爆破的施工方法進行施工，3.0m寬馬道采用YT28手風鉆造孔，本文僅以黃登水電站兩岸壩肩馬道開挖實踐為例，研究預留保護層采用水平預裂爆破施工效果。

關鍵詞： 馬道保護層開挖水平預裂爆破施工技術

中圖分類號： TU74 文獻標識碼： A

1 前言

黃登水電站位于云南省蘭坪縣境內，采用堤壩式開發，是云南瀾滄江上游古水至苗尾河段水電梯級開發方案的第五級水電站，以發電為主，攔河大壩為碾壓混凝土重力壩，壩頂高程1624.5m，建基面最低高程1422m，最大壩高203m，壩頂長度464m。大壩共分20個壩段，其中1#～7#壩段為右岸非溢流壩段；8#～11#壩段為溢流表孔及泄洪放空底孔壩段；12#～15#壩段為河中非溢流壩段，其中14#壩段為轉折壩段（壩軸線方位角為SE152°和SE114°30）；16#～19#壩段為進水口壩段，布置電站進水口；20#壩段為左岸非溢流壩段，兩岸壩肩經調整優化后，左岸壩肩槽建基面共分8層邊坡，每13m～25m設置一臺馬道或平臺，馬道寬度3.0m，平臺寬度8～28m；右岸壩肩槽建基面共分8層邊坡，每11.5m～30m設置一臺馬道或平臺，馬道寬度3.0m，平臺寬度7～14.05m。

2 水平預裂爆破參數的選擇與確定

2.1 鉆孔直徑D

兩岸壩肩槽建基面邊坡均采用預裂爆破一次到位，主爆孔與緩沖孔孔底預留2m保護層，使用水平預裂爆破的施工方法進行施工，3.0m寬馬道采用YT28手風鉆造孔，根據我國水利水電工程手風鉆爆破一般采用鉆孔直徑為42mm。

2.2 鉆孔間距a

鉆孔間距a和鉆孔直徑D的關系可用間距系數n來表示：a＝nD；n值的大小決定著鉆孔的數量，n值過大，不能保證預裂縫的形成，影響預裂效果；n值過小，將增加鉆孔數量，不經濟，并且影響施工進度。根據經驗—般認為n值取7～12較合適。

經多次生產性試驗和施工總結，目前水利水電深孔預裂開挖中通常取8～10。采用手風鉆(相應鉆孔直徑42mm)施工時，設計鉆孔間距40～50cm，n值為10。

2.3 不耦合系數E

根據鉆孔直徑D的大小選擇藥卷直徑d。不耦合系數E是指鉆孔直徑與藥卷直徑的比值，可用E＝D/d表示。用于本工程預裂爆破的藥卷直徑為25mm，手風鉆鉆孔直徑為42mm時，E值為1.68。

2.4 鉆孔深度L

水平預裂的鉆孔施工難度較大，當鉆孔深度過大時，鉆孔水平精度難以掌握，往往出現向下偏斜，造成孔口與孔底不在同一高程上，將產生很大偏差，為保證建基面的開挖平整度，實際鉆孔過程中除嚴格控制開孔孔位高程和角度外，還必須控制鉆孔深度，再加之CM351鉆機無法就位，故采用手風鉆鉆孔，鉆孔深度以≤3m為宜。因此，較寬部位采取施工預裂前后分區的施工方法。

2.5 水平預裂線裝藥密度

根據經驗公式為：

Δ線=0.034[σ壓]0.63a0.67

式中：Δ線——線裝藥密度（kg/m）

[σ壓]——巖石極限抗壓強度（MPa）

a——鉆孔間距（m）

根據上式計算的結果，結合高纜地基梁基礎的巖性，在實際的生產施工中不斷地調整，最終得出水平預裂孔的線裝藥密度可取400～450g/m。一般邊坡預裂爆破是在無限體中進行的，底部夾制作用較大，而水平預裂爆破是在3.0m厚的有限體中進行，類似于光面爆破，底部夾制作用小。所以，底部加強段為乳化炸藥φ32mm藥卷連續2節裝藥，正常裝藥段為竹皮綁扎乳化炸藥φ25mm藥卷間隔裝藥結構，孔口堵塞段以下0.5m長度設為藥量減小一半，堵塞長度0.5m。

3 垂直淺孔梯段爆破參數的選擇

3.1 鉆孔直徑與藥卷直徑

根據黃登水電工程現有可利用的鉆孔機械和藥卷品種規格，選用YT28手風鉆作為鉆孔設備，鉆孔直徑為42mm，相應藥卷直徑為乳化炸藥32mm。

3.2 鉆孔深度

鉆孔深度視保護層厚度而定，但必須控制鉆孔底部在距建基面0.8～1.0m處終孔，當保護層厚度為3.0m時，鉆孔深度一般為2.2～2.0m。見圖1。

3.3 炮孔間距

參照垂直梯段爆破的經驗，采用手風鉆鉆孔時，孔距一般為1.0～1.2m，排距0.5～0.6m，梅花型布置。

3.4 單位耗藥量

左右岸壩肩槽地質條件復雜、巖性不均一，高程1475.0m以上設計體形以內，巖體以Ⅱ類～Ⅲ2類為主，局部Ⅳ1類；的巖性特點，單位耗藥量q值控制在0.40～0.45kg/m3之間。

爆破參數的確定原則，一般根據鉆孔機具的性能、巖石性質，并參照以往的工程經驗選定其基本參數，施工中根據爆破效果不斷進行調整和修正。典型布孔示意圖見圖1。

4 施工工藝及技術要求

4.1 施工準備

當進行保護層厚度范圍內鉆孔作業前，首先根據爆破分區的施工需要，進行測量放樣，以確定水平預裂和淺孔梯段爆破的作業范圍，并用紅油漆標明水平預裂孔的開孔高程線，水平預裂開孔高程線以上70cm處為垂直淺孔梯段爆破孔的孔底高程。

4.2 鉆孔作業

水平預裂爆破孔和垂直淺孔梯段爆破孔可同時作業。水平預裂孔利用高纜地基梁基礎的設計臺階作為施工作業面。水平預裂孔開孔誤差要求不大于5cm，水平預裂孔的角度適當下傾0.2°。鉆孔時要根據地形變化，嚴格控制鉆孔深度和方向。

為減小梯段爆破地震效應對水平建基面的作用，阻止梯段爆破在巖體中產生的爆破裂隙和節理裂隙面、層面的破壞延伸到建基面巖體中，要求爆破分區分界線的孔按照施工預裂形式進行裝藥。

鉆孔完畢后，要對鉆孔孔位、孔深和孔斜進行認真檢查，并作好記錄，對未滿足設計要求的鉆孔，必須進行補鉆(欠深)或充填(超深)。

4.3 裝藥聯網

保護層開挖采用2#巖石硝銨乳化炸藥，導爆索或導爆管傳爆，毫秒微差雷管起爆技術。垂直淺孔梯段爆破孔一般采用自孔底向上連續裝藥結構，反向起爆。起爆順序沿抵抗線最小的方向依次分段起爆，控制最大一段起爆藥量小于100kg。

水平預裂孔采用間隔不耦合裝藥。為阻止預裂縫延伸至預裂范圍以外的保留巖體內，在水平預裂孔兩端各預留一孔不裝藥，作為導向孔。水平預裂一般控制最大一段起爆藥量小于50kg。

總之，水平預裂爆破和垂直淺孔梯段爆破均按爆破設計的裝藥結構分別裝藥，并在同一網絡內聯接，控制預裂爆破先于梯段爆破的起爆時差為75～100ms。

4 結束語

以水平預裂爆破和垂直淺孔梯段爆破相結合的開挖形式，比傳統的保護層分層爆破效果更好，尤其采用手風鉆造孔，開挖后的平整度均在10cm以內，半孔率很高，避免了分層爆破孔對建基面的裂隙破壞，真正起到了保護的作用，對傳統保護層分層爆破孔底采取柔性墊層而預留20cm厚的巖層而言，有效地減少了預留巖層的后期人工撬挖工程量。