預(yù)裂爆破在呼和浩特抽水蓄能電站強風化巖質(zhì)邊坡開挖中的應(yīng)用

李忠彬，劉暢快，王堅

（1.內(nèi)蒙古呼和浩特抽水蓄能發(fā)電有限責任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特010010；2.中國長江電力股份有限公司，湖北宜昌443002；3.中國葛洲壩集團公司，湖北宜昌443000）

1 項目背景及地質(zhì)概況

呼和浩特抽水蓄能電站位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市東北部的大青山區(qū)，距離呼和浩特市中心約20 km。電站總裝機容量1200 MW，裝機4臺，單機容量300 MW。電站建成后接入蒙西電網(wǎng)，在電網(wǎng)中發(fā)揮調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相以及事故備用作用。電站樞紐主要由上水庫、水道系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、下水庫等建筑物組成，工程等別為一等，工程規(guī)模為大（1）型。主要建筑物按1級建筑物設(shè)計，次要建筑物按3級建筑物設(shè)計。

上水庫工程土石方明挖量約638萬m3，開挖量較大。上水庫庫區(qū)地表出露和鉆孔、平洞揭露的地層巖性主要為呂梁期片麻狀黑云母花崗巖和第四系殘坡積物及少量沖洪積物。工程區(qū)域內(nèi)存在大量強風化巖質(zhì)山體，山體斷面見圖1，主要以碎塊（粒）狀為主，部分呈土狀，片狀夾層和土夾石含量較高。在該區(qū)域采用常規(guī)梯段爆破方法施工經(jīng)常會出現(xiàn)爆破區(qū)域后排巖體拉動的現(xiàn)象，并且爆破的邊坡極為松動，經(jīng)常出現(xiàn)整片巖體塌落的現(xiàn)象，造成大量不必要的超挖，且有安全隱患。因此，考慮采用預(yù)裂爆破的開挖方式來對邊坡進行保護。

2 預(yù)裂爆破方案

巖石風化嚴重，為保證預(yù)裂質(zhì)量，一次性將預(yù)裂孔打到設(shè)計高程，即從高程1963 m到1947 m。鉆孔過程中對鉆機的控制十分重要，因此在鉆機架設(shè)完成后，由施工員測量鉆機的傾角、方向，確保鉆機無晃動、方向正確、傾角正確后才能開機。鉆孔過程中每換一根鉆桿，都要用測角儀測量鉆機傾角，實時校正。并且當鉆機冒出粉塵顏色發(fā)生變化時，及時記錄鉆桿深度，以便確定地面下地質(zhì)變更情況，然后根據(jù)地質(zhì)變化情況調(diào)整裝藥量。

工程施工現(xiàn)場距離呼和浩特706發(fā)射臺較近，為避免爆破對發(fā)射臺造成不良影響，需嚴格控制單響藥量。炮孔透水情況明顯，有炮孔的水甚至有十多米深，為使起爆可靠和炸藥完全爆破，盡量用空壓機將水從炮孔中吹出，同時在臨起爆前裝藥，以減少炸藥在潮濕環(huán)境中的時間，從而提高可靠性。

圖1 山體斷面情況Fig.1 Cross section of the mountain

由于預(yù)裂邊坡風化嚴重，巖體結(jié)構(gòu)極其破碎，若用反鏟直接清理，將會挖壞邊坡，造成超挖，所以在清理邊坡爆渣時采用“反鏟粗干，啄木鳥細雕”的方式，即先用反鏟將大部分爆渣清理干凈，并搭建工作平臺，然后將液壓破碎錘開上工作平臺，將貼坡部分的爆渣清理下來，這樣可以避免挖壞邊坡，使邊坡得到保護。

3 爆破參數(shù)設(shè)計[1-3]

預(yù)裂爆破區(qū)域分為兩大部分：直線段部分和圓弧段部分。直線段部分孔距為1.0 m，圓弧段部分孔距為0.8 m。

（1）預(yù)裂孔的定位

測量隊以高程1963 m的馬道外圍邊為參照，在此線上進行放線，然后測出上一臺階的高程，根據(jù)高程和預(yù)裂孔開鉆角度來計算預(yù)裂孔鉆孔線與所放的高程1963 m馬道外邊線的水平距離，定出孔位，然后進行打孔。

（2）所用炮孔直徑

預(yù)裂孔孔徑為90 mm，輔助孔孔徑為90 mm，主爆破孔孔徑為138 mm。

（3）所用炸藥類型

預(yù)裂孔裝藥：巖石乳化炸藥，不耦合裝藥，藥卷直徑32 mm。

主爆破孔裝藥：巖石乳化炸藥，耦合裝藥，裝藥直徑138 mm。

（4）炸藥單耗的選取

巖體風化情況較嚴重，炸藥單耗選用0.45 kg/m3。

（5）不耦合系數(shù)

選用藥卷直徑32 mm，預(yù)裂孔孔徑90 mm，所以不耦合系數(shù)為2.8。

（6）底部線裝藥密度增加系數(shù)

臺階高度為11 m，炮孔深13.75 m，底部線裝藥密度增加系數(shù)取3，加強段為1.5 m，裝藥長度7.5 m。

（7）預(yù)裂孔單孔裝藥結(jié)構(gòu)

底部加強區(qū)，長度1.5 m，線裝藥密度為0.9 kg/m。

中部正常區(qū)，長度6.0m，線裝藥密度為0.3kg/m。

上部減弱區(qū)，長度1.0 m，線裝藥密度為0.06 kg/m。

堵塞段，1 m，采用細沙或壤土進行堵塞。

單個藥包用導(dǎo)爆索連接起來。

（8）主爆孔參數(shù)

孔深為10.5 m?？讖綖?38 mm，采用耦合裝藥，孔距為4 m。

（9）緩沖孔參數(shù)

孔深為13.75 m，孔徑為138 mm，采用耦合裝藥，孔距為3 m。

4 起爆網(wǎng)路設(shè)計

起爆網(wǎng)路24 m長度為一個區(qū)，以區(qū)為單位采用毫秒延期導(dǎo)爆管雷管進行起爆。預(yù)裂孔提前25 ms起爆，隨后緩沖孔起爆，最后主爆孔起爆，即由后向前逐次起爆，這樣可以使震動降到最低，保證邊坡不會被震壞。

5 安全分析及技術(shù)措施［4］

因距離呼和浩特706發(fā)射臺較近（平均300m），且環(huán)境復(fù)雜，故應(yīng)對可能產(chǎn)生的爆破危害予以足夠的重視。通常露天爆破需控制的爆破危害主要是爆破震動、空氣沖擊波、飛石和噪音。本次爆破的裝藥點多，藥量較為分散，單個藥包藥量不大，預(yù)裂孔堵塞長度小，所以空氣沖擊波和爆破噪音對706發(fā)射臺影響較大，主爆孔的堵塞長度足夠長，而且是采用預(yù)裂爆破，所以主爆孔的爆破震動對706發(fā)射臺的影響較小。

中華人民共和國國家標準GB6722－2003《爆破安全規(guī)程》及DL/T 5389-2007《水利水電工程爆破施工技術(shù)規(guī)范》中沒有明確針對發(fā)射臺、氣象臺的震動安全控制標準，參照“水電站及發(fā)電廠中心控制室設(shè)備”震動控制標準，被保護建筑物地質(zhì)點震動速度按不大于0.5 cm/s進行控制。

按經(jīng)驗公式：

其中，V=0.5 cm/s，R=300 m。

求得單響最大段起爆藥量Qmax=563 kg。

本次設(shè)計所有單響藥量均遠遠小于Qmax，因此是安全的。

6 爆破效果分析

通過預(yù)裂爆破全過程控制情況以及爆破挖運后結(jié)構(gòu)面整體效果情況觀察，整體質(zhì)量均在相關(guān)文件控制要求以內(nèi)。從爆破挖運后所暴露的預(yù)裂面情況看，在圍巖破碎及風化較為嚴重的情況下，殘留爆破孔痕跡保存率仍達到61%。目前已完成邊坡開挖驗收單元一個，圍巖類別Ⅳ～Ⅴ類，共檢測超欠挖點位27個，其中合格點位25個，合格率92.6%，不平整度7～15 cm。

直觀看，預(yù)裂面保存完好，在破碎帶依然可看到半孔，在巖石條件好的地方，半孔率在90%以上。經(jīng)過噴砂漿處理，預(yù)裂面得到有效保存，見圖2。

7 結(jié)語

西北地區(qū)常年干旱少雨，巖石風化嚴重，山體含有大量的破碎帶，采用預(yù)裂爆破可以保證邊坡的完整，是一種非常經(jīng)濟有效的方法。工程實踐也證明了該方法成效顯著，為類似項目施工提供了有益的借鑒，以后施工中應(yīng)重點注意：

圖2 預(yù)裂爆破完成后效果圖Fig.2 Effect picture after the pre-splitting blasting

（1）應(yīng)采用有效的起爆網(wǎng)路和起爆方式。爆破炮眼密集，一次爆破炮孔較多，極易形成漏爆，必須精心施工，嚴格按要求連線，防止漏聯(lián)。

（2）預(yù)裂爆破的成功與否很大程度上受鉆孔的影響，所以對鉆孔環(huán)節(jié)要嚴格把關(guān)。

（3）雖然地面以下的地質(zhì)情況無法用肉眼直接觀測，但可以通過鉆機冒出的粉塵顏色加以判斷，所以在復(fù)雜地質(zhì)條件下施工時應(yīng)做好記錄，以便確定地面以下地質(zhì)情況。

（4）裝藥時應(yīng)根據(jù)鉆孔記錄進行有針對性的裝藥調(diào)整。另外炸藥藥卷要捆綁結(jié)實，避免掉藥?！?/p>

[1]鄧飛.礦山工程爆破[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.

[2]林德余.礦山爆破工程[M].河北:冶金工業(yè)出版社,1993.

[3]顧毅成,史雅語,金驥良.工程爆破安全[M].合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社,2009.

[4]郭興明.爆破安全技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009.