預裂爆破技術在溢洪道出口消力池石方開挖中的應用

張細闖

（武警水電一總隊，云南普洱 665625）

1 預裂爆破機理

進行石方開挖時，在主爆區(qū)爆破之前沿設計輪廓線先爆出一條具有一定寬度的貫穿裂縫，以緩沖、反射開挖爆破的振動波，控制其對保留巖體的破壞影響，使之獲得較平整的開挖輪廓，此種爆破技術為預裂爆破。預裂爆破不僅在垂直、傾斜開挖壁面上得到廣泛應用;在規(guī)則的曲面、扭曲面、以及水平建基面等也采用預裂爆破[1]。

預裂爆破采用不耦合裝藥結構，其特征是藥包和孔壁間有環(huán)狀空氣間隔層，該空氣間隔層的存在削減了作用在孔壁上的爆炸壓力峰值。因為巖石抗壓強度遠大于抗拉強度，因此可以控制削減后的爆壓不致使孔壁產生明顯的壓縮破壞，但切向拉應力能使炮孔四周產生徑向裂紋。加之孔與孔間彼此的聚能作用，使孔間連線產生應力集中，孔壁連線上的初始裂紋進一步發(fā)展，而滯后的高壓氣體的準靜態(tài)作用，使沿縫產生氣刃劈裂作用，使周邊孔間連線上的裂紋全部貫通成縫。

2 預裂爆破要求

2.1 預裂縫要貫通

預裂縫要貫通且在地表有一定開裂寬度。對于中等堅硬巖石，縫寬≥1.0 cm，堅硬巖石縫寬應達到0.5 cm左右，但在松軟巖石上縫寬達到1.0 cm以上時，減振作用并未顯著提高，應多做些現(xiàn)場試驗，以利總結經驗。

2.2 預裂面開挖后的不平整度

預裂面開挖后的不平整度≤15 cm。預裂面不平整度通常是指預裂孔所形成之預裂面的凹凸程度，它是衡量鉆孔和爆破參數合理性的重要指標，可依此驗證、調整設計數據。

2.3 預裂面上的炮孔痕跡

預裂面上的炮孔痕跡保留率應≥80%，且炮孔附近巖石不出現(xiàn)嚴重的爆破裂隙。

預裂爆破主要技術措施為：

1）炮孔直徑一般為50～200 mm，對深孔宜采圍較大的孔徑。

2）炮孔間距宜為孔徑的8～12倍，堅硬巖石取小值。

3）不耦合系數（炮孔直徑d與藥卷直徑d0的比值）建議取2～4，堅硬巖石取小值。

4）線裝藥密度一般取250～400 g/m。

5）藥包結構形式，目前較多的是將藥卷分散綁扎在傳爆線上。分散藥卷的相鄰間距≤50 cm和不大于藥卷的殉爆距離?？紤]到孔底的夾制作用較大，底部藥包應加強，約為線裝藥密度的2～5倍。

6）裝藥時距孔口1 m左右的深度內不要裝藥，可用粗砂填塞，不必搗實。填塞段過短，容易形成漏斗，過長則不能出現(xiàn)裂縫。

3 工程實例

3.1 工程概況

本工程為開敞式溢洪道出口設挑流鼻坎及消力池，水流挑入消力池內消能。消力池縱橫剖面均為梯形斷面，底板高程575.00 m，消力池底板寬 176.5～191.05 m，長 311～331 m，左槽挑流鼻坎末端至消力池末端長400 m。消力池出口底板高程608 m，該高程以下消力池深33 m。消力池末端608 m高程設置2 m高攔沙坎，坎頂高程610 m。消力池左側開挖邊坡最高達235 m。

本文研究此消力池開挖第一期工程，第一期開挖于2007年12月15日～2008年5月31日，歷時5.5個月，開挖作業(yè)面分布高程710～740 m，計劃完成開挖197.9萬m3，月強度36萬m3，計劃提供圍堰填筑Ⅰ區(qū)料28.1萬m3，轉存Ⅱ區(qū)料128萬 m3，棄料41.8萬 m3。

3.2 施工方法

采取“先剝離，后開采”的施工方法施工。先在需要剝離清理地段規(guī)劃好鉆爆的范圍和規(guī)模，然后進行φ89～105 mm的中小直徑小規(guī)模梯段鉆爆;每層次的巖石鉆爆完成后，立即合同監(jiān)理人及相關部門對現(xiàn)場的料渣進行鑒定，對需要清理的軟巖及污染石渣用1.6 m3配32 t自卸汽車進行仔細分選清理。

由于消力池開挖方量大、工期緊、強度高，石方開挖約1 581.32萬m3，平均月強度約60萬m3，鉆孔設備以作業(yè)效率高、自帶吸塵裝置的高風壓履帶式露天液壓鉆為主，挖裝設備主要采用4.0～6.0 m3液壓正鏟及1.6～2.5 m3反鏟，相應配備32 t自卸汽車運輸。

永久邊坡采用預裂爆破，邊坡預裂深度按邊坡馬道高程控制，邊坡馬道和底板建基面采用柔性保護層一次爆除技術。爆破孔采用人工全耦合裝散狀2#巖石硝銨炸藥或4#防水銨油炸藥，緩沖爆破孔及靠近預裂邊的拉裂爆破孔采用φ70 mm乳化炸藥，爆破孔網參數、單位耗藥量將依據不同巖性按照爆破試驗后的參數確定，采用非電毫秒雷管分段起爆。邊坡預裂孔及水平光爆孔采用φ25～32 mm乳化炸藥不耦合串裝裝藥。

3.3 施工流程

預裂爆破施工工藝流程見圖1。

圖1 預裂爆破施工工藝流程圖

3.3.1 鉆孔

首先按照設計圖紙進行現(xiàn)場放線，標出邊坡開挖線、馬道平臺范圍，確定開挖范圍輪廓和鉆孔深度、角度，便于技術交底和工人操作。其次根據作業(yè)指導書要求，安排鉆機設備就位，按照現(xiàn)場放樣的孔間距依次排開鉆機，擬采用10臺YQ-100B型支架式鉆機同時作業(yè)。鉆機就位時，采用樣架尺對鉆機、鉆孔角度和定位點進行校對，開孔后進行中間過程的深度和角度校對，以便及時調整偏差。

鉆孔在馬道上時，鉆孔深度不超鉆，爆破時，在底部放置0.5 m柔性墊層后，再進行爆破開挖，爆破后，個別欠挖部位采用風鎬處理。

3.3.2 裝藥

預裂爆破的裝藥結構采取空氣間隔不耦合裝藥結構，選用φ32 mm的乳化炸藥，線裝藥密度擬采用300～400 g/m。為保證永久邊坡不受爆破破壞，預裂孔的主爆體前排緩沖的松動爆破方式，采用φ55～70 mm的乳化炸藥進行不耦合柱狀裝藥。

在現(xiàn)場施工時，先擬定爆破方案，經監(jiān)理工程師批準后進行試驗，并根據爆破的效果和不同巖石級別調整線裝藥密度、孔底及孔口的裝藥密度，以保證最佳的爆破效果。

預裂爆破起爆網絡采用非電導爆系統(tǒng)、導爆索傳爆、電力起爆方式。

3.3.3 挖裝與運輸

開挖料主要采用6.0 m3液壓挖掘機裝渣，推土機集渣，32 t或42 t自卸汽車運輸;或采用1.6～2 m3液壓挖掘機裝渣，推土機集渣，20 t或32 t自卸汽車運輸。

每次爆破后，先由人工配合反鏟對坡面松動巖體和塊進行清理，并對爆堆的泥團及無用料以反鏟配以人工進行分選裝車分別運至棄料場，然后進行出渣作業(yè)。

3.4 爆破結果

根據設計確定的預裂爆破參數，每次試爆后均對其爆破后的外觀效果進行了檢查，檢查的主要內容有：預裂爆破面的表面縫寬、開挖輪廓面的殘留孔痕跡的分布和保存率、不平整度、炮孔壁是否有大量的爆破裂隙以及保留巖體的破壞情況等。經檢查，預裂爆破效果較好，預裂面半孔率均在90%以上，取得了良好的經濟效益和社會效益。

4 結論

通過上述工程施工驗證，要想采用預裂爆破開挖石方其外觀效果好，成孔率高，要做到以下幾點：

1）采用鉛錘配以水準儀或采用樣架控制鉆孔角度。

2）適當放慢預裂孔的鉆進速度，確保預裂孔的鉆孔質量。

3）在預裂孔鉆進過程中，定期檢查鉆孔角度是否有偏移，及時調整。

4）孔完成后，采用紙團或木楔堵塞孔口，防止鉆孔巖屑或孔口石碴滾落孔內，堵塞鉆孔。

5）嚴格按設計裝藥結構，將藥卷用膠布綁扎在竹片上，然后再裝入孔內，并將藥柱保持在孔中間。

6）堵塞時，先用紙團覆蓋在藥柱頂部，然后再回填鉆孔巖屑堵塞密實。

7）預裂爆破兩炮孔間巖面的不平整度＞15 cm，孔壁表層不產生明顯的爆破裂隙，炮孔痕跡保存率控制在規(guī)定范圍內。

[1]邢健，李小會.預裂爆破技術在西金溝電站廠房邊坡開挖中的應用[J]. 黑龍江水利科技，2009，37（5）：35-36.