預(yù)裂爆破在水布埡水利樞紐工程溢洪道泄槽段保護層開挖中的運用

摘要：預(yù)裂爆破是沿開挖邊界布置密集炮孔，采取不耦合裝藥或裝填低威力炸藥，在主爆區(qū)之前起爆，從而在爆區(qū)與保留區(qū)之間形成預(yù)裂縫，以減弱主爆區(qū)爆破時對保留巖體的破壞并形成平整輪廓面的爆破作業(yè)。本文通過對水布埡溢洪道泄槽段開挖難點的分析，介紹了預(yù)裂爆破技術(shù)在成功解決這些難點、并加快施工進度、確保開挖質(zhì)量方面所起的巨大作用。

關(guān)鍵詞：水布埡；預(yù)裂爆破；開挖；保護層

1 工程概述

水布埡溢洪道從樁號0+186.7開始往下游為泄槽段開挖，坡陡、長，槽挖較多，并且從s320平臺到5#路（s247.5）為高邊坡施工，沒有便利的施工道路。因現(xiàn)場施工條件有限，風管鋪設(shè)從s407平臺斜架到0+198處，再從泄槽段中心線1：1.273坡面處設(shè)接頭，往下游和兩邊延伸，方便快速鉆打鉆和手風鉆施工。泄槽段左右岸寬度為98m，現(xiàn)場施工中會經(jīng)常采用交叉作業(yè)的施工方法以提高工作效率。下游側(cè)5#路作為一個料源臨時堆放平臺等待石碴集滿后再用反鏟裝車上壩。溢洪道泄槽段開挖工程預(yù)裂鉆爆工作量大，建基面基礎(chǔ)輪廓復(fù)雜，施工難度大，建基面開挖質(zhì)量要求高。

2 保護層開挖技術(shù)要求

2.1 保護層開挖方案的確定

鑒于水布埡引水渠及控制段基礎(chǔ)開挖工程的特點，采用傳統(tǒng)的保護層分層爆破開挖已無法滿足建基面開挖工期和質(zhì)量要求。經(jīng)參建各方認真研究對比，決定采用水平預(yù)裂輔以垂直淺孔梯段爆破相結(jié)合的施工方案，快速開挖保護層。該方案主要利用水平預(yù)裂縫減小梯段爆破地震效應(yīng)對水平建基面的破壞延伸到建基面，從而減輕了建基面的整修清理工作量，大大加快了施工進度。

2.2 保護層厚度的確定

根據(jù)招標文件的有關(guān)規(guī)定，并結(jié)合水布埡溢洪道的實際地質(zhì)條件，巖體特性和現(xiàn)場生產(chǎn)性爆破試驗成果對比分析，最終確定保護層厚度為2～3m。

3 預(yù)裂爆破參數(shù)

3.1 孔徑

根據(jù)我國水利工程邊坡預(yù)裂爆破一般采用孔徑為80-110mm的施工經(jīng)驗，并結(jié)合水布埡工程的實際地質(zhì)條件及現(xiàn)有鉆孔機械設(shè)備的性能特點，選擇KQL-100型快速鉆為預(yù)裂，緩沖孔的主要鉆孔機具，鉆孔直徑為90mm，其次選擇手風鉆為輔助鉆孔機具，鉆孔直徑為42mm。

3.2 鉆孔間距

間距大小決定著鉆孔的數(shù)量，間距過大，不能保證預(yù)裂縫的形成，影響預(yù)裂面的效果；間距過小，將增加鉆孔數(shù)量，不經(jīng)濟，并且影響施工進度，我國水電施工預(yù)裂爆破的鉆孔間距為孔徑的8-12倍，經(jīng)過對溢洪道引水渠開挖的巖石結(jié)構(gòu)分析后，決定泄槽段的預(yù)裂孔孔距取孔徑的9倍。

3.3 孔深

水平預(yù)裂的鉆孔施工難度較大，當鉆孔深度超過10m時，鉆孔水平精度難以掌握，往往出現(xiàn)向下偏斜，造成孔口與孔底深度不在同一高程，以孔深15m為例，最大偏差達20cm以上，為保證建基面的開挖平整度，綜合現(xiàn)場實際施工經(jīng)驗，在現(xiàn)場施工過程中我們對開孔的孔位高程和角度都做了相應(yīng)調(diào)整，在下文中將具體介紹說明。

4 施工難點及對策

4.1 槽挖的控制

泄槽段的巖石為棲霞組巖性，并且施工過程是側(cè)面邊坡開挖后的二次爆破與開挖，巖石結(jié)構(gòu)已有不同程度的破壞，其巖石走向是順水流方向為切片狀，上下游方向的預(yù)裂不易成形，而左右岸方向的預(yù)裂因巖石的特性成型良好。結(jié)合這種特殊狀況，順水流方向的預(yù)裂線裝藥量控制在220-240g/m，左右岸方向的預(yù)裂線裝藥量為240-260g/m，孔底藥量以10m為例分別為1200-1400g、1400-1600g。預(yù)裂孔外的巖石剝離邊有相應(yīng)的調(diào)整，如圖1所示。為了減少爆破應(yīng)力對預(yù)裂面的破壞，先在中心部位用掏槽的形式爆破出一個臨空面，四周的預(yù)裂孔和緩沖孔用分段爆破的方式向這個臨空面起爆。其布孔的孔參數(shù)根據(jù)巖石走向為順水流方向的預(yù)裂孔參數(shù)2.0×1.2m，左右岸方向的預(yù)裂孔參數(shù)2.0×（0.7～1.0）m，而爆破孔的單耗控制在0.35Kg/m3。若巖石比較破碎或長期被水浸泡，則又采用不藕合裝藥的方法加以適當保護。

4.2 垂直預(yù)裂中陰角和陽角的開挖及保護在泄槽段的開挖中，因巖石脆弱和爆破的原因，垂直預(yù)裂的陰角一直存在不同程度的欠挖；而陽角卻難以成形，存在超挖的現(xiàn)象，無法達到較理想的開挖結(jié)構(gòu)面。如圖2所示。在水布埡溢洪道泄槽段的開挖過程中，我們結(jié)合現(xiàn)場實際情況，對陽角處預(yù)裂孔外的保護層加大預(yù)留距離，采用預(yù)裂密集鉆孔，同時增加導(dǎo)向孔，小藥量爆破。反鏟最后挖除的時候用斗面順其預(yù)裂孔的方向開挖，避免對著拐角處強行硬挖。對陰角的處理則采用減小孔距，最后用小藥量放殘孔的方式減小欠挖量和保護導(dǎo)向孔。如圖3所示。預(yù)裂孔的孔距為孔徑的10倍，而陰角的開挖則是拐角處的相鄰一個孔距調(diào)整為0.5m，這樣可以減少此拐角的欠挖量和欠挖處理難度。

在陰角的預(yù)裂爆中，拐點這個孔是不裝藥的，在爆破前要堵塞好，待預(yù)裂爆破完畢，大方量的爆破炮碴挖除之后，再對拐點這個孔進行殘孔爆破，此時臨空面又好，抵抗線又小，即保護了結(jié)構(gòu)面，又減小了欠挖量和欠挖難度。

4.3 對坡面預(yù)裂的開挖及保護

泄槽段在距中樁號33-44.5，上下游0+205.5-0+250.04為一個1：1.2487的坡面，坡面總長57.062m，寬11.5m，高差35.67m，(s311.53-s275.86)。要一次施工成型不可能，我們經(jīng)過現(xiàn)場討論決定分四次預(yù)裂造孔，每次鉆孔的孔深在15m左右，前三次造孔由往下造孔，最后一次由下往上游，開挖方法如圖4所示。若第一輪開始造孔的角度為設(shè)計角度1：1.2487（38.68°），第二輪則無法架快速鉆，現(xiàn)場使用的快速鉆厚度約為30cm，搭排架的鋼管為5cm，再加上搭排架的扣件5cm，因此在放1：1.2487開口線的時候，我們對第一輪造孔架鉆的角度及開口都進行了調(diào)整，入孔角度由原38.68°調(diào)整為39.5°在原開口線(0+205.5)垂直坡面方向抬高40cm開孔，孔深不大于15m，終孔高程按原設(shè)計面控制，但在實際的操作中快速鉆自身沖擊器和鉆桿的重量，加上經(jīng)過一定的鉆孔孔深后，都有一定程度的下垂，這樣在預(yù)裂孔的終孔段就會形成20cm的超挖區(qū)(20cm的超欠挖屬允許范圍) ，頂部的40cm欠挖區(qū)最后用手鉆光爆剝離。我們在第二輪架鉆的時候可以充分利用第一輪超挖的20cm，在原設(shè)計坡面再抬高20cm架鉆造孔，我們的入孔角度就由原設(shè)計坡面的38.68°調(diào)整為39.3°，終孔按照原設(shè)計面控制，鉆孔過程中鉆頭的自然下垂，在孔底又回會成20cm的超挖區(qū)。第三輪造孔，我們依舊以設(shè)計面抬高20cm開孔，此輪我們只需按原設(shè)計角度鉆孔，終孔高程就可以控制在設(shè)計面左右。第四輪造孔由下至上，我們在開孔的同時適當抬高入孔角度（即39.3°），便可達到預(yù)想效果。我們在每次開孔的同時，還要放三到四個方向點，以免鉆孔方向不準確，造成傷及兩側(cè)垂直預(yù)裂面。

結(jié)語

預(yù)裂爆破技術(shù)在現(xiàn)代水電建筑施工中已經(jīng)扮演著舉足輕重的角色，預(yù)裂爆破在今后的研究與實踐中，應(yīng)向著精細化、科學(xué)化和數(shù)學(xué)化方向發(fā)展，使我國的預(yù)裂爆破技術(shù)提高到一個新的水平。

參考文獻

[1]《工程爆破理論與技術(shù)》，于亞倫主編，2004年2月第1版，冶金工業(yè)出版社，260-264頁.

[2]《水平預(yù)裂爆破在基礎(chǔ)保護層開挖中的運用》，李祥金張貴科著，1999年12月，1-2頁.

[3]《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》，主編單位：中國水利學(xué)會施工專業(yè)委員會爆破學(xué)組，1994年11月第1版，水利電力出版社19頁.