深孔梯段爆破技術(shù)在口上水庫的應用

沈林平，牛秀嶺

（1.山西省水利建筑工程局，山西 太原 030006；2.山西省水利建設開發(fā)中心，山西 太原 030002）

1 工程概況

口上水庫位于晉中市昔陽縣東冶頭鎮(zhèn)口上村附近松溪河下游河道上，距昔陽縣城約30 km。水庫攔河大壩采用堆石混凝土重力壩，壩頂長120.7 m，壩軸線為曲線。壩頂高程647.9 m，最大壩高58.4 m，分6個壩段，壩頂寬6 m，大壩中部布置溢流表孔泄洪，堰頂高程637.0 m，共5孔，每孔寬8 m，設平板檢修門和弧形工作門。溢流表孔下部壩體內(nèi)布置泄流沖砂底孔，進口底高程610.0 m，進口設平板檢修門，孔口尺寸8.0 m×5.5 m（寬×高）。

壩址區(qū)河谷呈“U”字型，河谷寬18～40 m，河床高程608.2～609.3 m，兩岸山體宏厚，山梁最高770 m，相對高差150 m，兩岸懸崖陡壁。壩肩中下部及壩基下部為深灰、灰白色中厚層鮞狀灰?guī)r，間夾青灰色薄層灰?guī)r和薄層含硅質(zhì)致密灰?guī)r。壩址兩岸壩肩上部為青灰色致密狀含白云質(zhì)灰?guī)r。

2 爆破方案

大壩壩肩接近垂直，開挖厚度約5～10 m，設計開挖臺階最高25 m，如果對臺階分層開挖，將會改變設計結(jié)構(gòu)尺寸，增加臨時施工道路的修筑，造成壩肩石方的超挖和壩體混凝土的超填，因此采用結(jié)合周邊預裂的深孔微差控制爆破方案，將高25 m的壩肩臺階一次爆破成型。

壩肩鉆孔采用履帶式單臂液壓鉆孔臺車，供風設備為20 m3油動空壓機，通過高壓風管與鉆孔臺車相連。選用傾斜鉆孔為主和垂直鉆孔為輔的鉆孔方法，重點控制傾斜孔的鉆孔精度。采用直徑90 mm的鉆頭進行鉆孔。起爆網(wǎng)絡采用非電起爆網(wǎng)絡，所用火工用品為2號巖石散裝炸藥、乳化炸藥、導爆索、毫秒導爆管和電雷管。

3 爆破參數(shù)選取

根據(jù)口上水庫壩肩開挖厚度較小且岸坡巖壁陡峭的特點，設計邊坡采用預裂爆破保護基巖面，梯段前部為主炮孔，主要控制巖石的破碎塊度，在主炮孔和預裂孔之間設置緩沖孔以減弱主炮孔對預裂面的影響。通過前期爆破試驗確定主炮孔、緩沖孔和預裂孔的炸藥單耗、炮孔間距和裝藥結(jié)構(gòu)等爆破參數(shù)。

3.1 主炮孔爆破參數(shù)

底盤抵抗線 W0=（25～40）d，取 2.5 m；

炮孔間、排距：通過前期爆破試驗確定炮孔間距和排距均為2.5 m；

鉆孔深度：鉆孔底部距離臺階下層建基面2 m，下部巖體采用保護層分層爆破開挖方案；

單位體積耗藥量q：根據(jù)前期爆破試驗確定為0.45 kg/m3；

裝藥量：通常采用體積原理計算，前排孔Q=q×W0×H×a，后排孔 Q=q×a×b×H。其中 W0，H，a，b 單位以m計，單孔總裝藥量Q以kg計。

裝藥結(jié)構(gòu)和堵塞長度：因炮孔長度較大和炮孔間距較小，單孔總裝藥量很少，如果采用連續(xù)裝藥會導致炸藥都裝在炮孔底部，堵塞長度過大，爆破作業(yè)后，炮孔上部形成大塊巖石，不利于控制破碎塊度和挖裝作業(yè)，因此采用分段間隔裝藥。為減少飛石的產(chǎn)生，提高炸藥能量利用率，經(jīng)前期試驗，確定堵塞長度為3 m，堵塞材料就地取材，使用鉆孔產(chǎn)生的石粉即可。

3.2 緩沖孔爆破參數(shù)

在主炮孔和預裂孔之間設緩沖孔，炮孔間距和單位體積炸藥耗量均小于主炮孔。通過前期爆破試驗確定參數(shù)為：孔距和排距均為2 m；鉆孔底部距離預裂面不小于2 m；單位體積炸藥耗量0.35 kg/m3；堵塞長度不少于3 m；裝藥結(jié)構(gòu)為耦合間隔裝藥結(jié)構(gòu)。

3.3 預裂孔爆破參數(shù)

根據(jù)設計要求，在壩肩開挖中采用預裂爆破。預裂爆破可有效減弱主炮孔爆破地震波對壩肩巖體的沖擊，減小對壩肩巖石的破壞，以利于平整基巖面的形成。經(jīng)前期爆破試驗確定爆破參數(shù)為：炮孔間距1 m；單位線裝藥密度分別為：頂部減弱裝藥100 g/m，中部正常裝藥250 g/m，底部加強裝藥440 g/m，全孔平均線裝藥密度250 g/m；堵塞長度2.0 m；裝藥結(jié)構(gòu)為不耦合間隔裝藥結(jié)構(gòu)，不耦合系數(shù)取3。

3.4 爆破安全允許震動距離校核

口上水庫大壩距離口上村房屋最近156 m，為保證房屋安全，必須校核爆破安全允許距離，控制最大段爆破藥量。根據(jù)《爆破安全規(guī)程》中土窯洞和毛石房屋的爆破震動安全振速選定為1 cm/s，爆破安全允許震動距離為：

式中：Q——最大一段的裝藥量（齊發(fā)爆破為總裝藥量），kg；

R——距爆源中心的距離，m；

K——與介質(zhì)特性、爆破方式及其他因素有關的系數(shù)，取160；

V——距最近建筑（構(gòu)）物發(fā)包方允許的地面質(zhì)點振動速度，不大于1 cm/s；

α——與傳播途徑、距離、地質(zhì)、地形等因素有關的系數(shù)，取1.6。

計算得：R=150 m。

壩肩距被保護的土窯洞和毛石房屋建筑物最近為156 m，嚴格限制同段爆破的一次最大裝藥量不大于250 kg。起爆時嚴格采用分組和多段接力的分段方式，使爆破振動控制在安全范圍內(nèi)，且爆破方向盡可能控制在背離被保護物的方向。

3.5 炮孔布設及起爆方式

預裂孔按照設計坡度鉆傾斜孔，主炮孔和緩沖孔鉆垂直孔，梅花型布置。預裂孔和主炮孔間采用3段毫秒導爆管傳爆，預裂孔先爆破，超前于主炮孔50 ms，沿壩肩設計開挖面形成一道裂隙，保護壩肩基巖。主炮孔分組后采用毫秒導爆管分段爆破，以控制單響藥量，保護大壩周邊建筑安全。

4 施工技術(shù)

4.1 鉆孔

在壩肩鉆孔過程中，因工作面高低不平，且預裂孔有1∶0.3的坡度，孔口定位容易出現(xiàn)誤差。為保證鉆孔精度，在鉆孔前，由測量人員對每個炮孔高程進行測量，標示出孔口位置、孔深和鉆孔角度后，由爆破施工人員進行鉆孔工作。在鉆孔過程中要加強對鉆孔角度的檢查。

4.2 炮孔裝藥和封堵

預裂孔裝藥時先用電膠帶將乳化炸藥捆扎在導爆索上，然后將乳化炸藥和導爆索采用漆皮鐵絲綁扎在竹片上輕放于孔內(nèi)，孔內(nèi)導爆索和孔外傳爆導爆索連接。主炮孔和緩沖孔采用導爆管連接導爆索后使用電膠帶綁扎在竹竿上，將竹竿放置于孔底后按照計算出的裝藥間隔填裝炸藥和石粉，孔內(nèi)導爆管和孔外分組的導爆管聯(lián)接。

裝藥完成后，將炸藥的包裝塑料袋用炮桿塞入炮孔堵塞位置，然后填入石粉，用炮桿搗實。

4.3 聯(lián)網(wǎng)爆破

壩肩深孔梯段爆破采用電雷管引爆的非電毫秒微差延時起爆混合網(wǎng)絡。電雷管引爆導爆索，導爆索連接預裂孔孔內(nèi)導爆索引爆，因控制最大單響，將預裂孔分組后采用2段毫秒導爆管進行分組延時接力。預裂孔和主炮孔間采用3段毫秒導爆管延時傳爆，主炮孔和緩沖孔孔內(nèi)采用5段毫秒非電導爆管延時引爆，孔外分組后聯(lián)接2段毫秒導爆管延時接力。

5 結(jié)語

口上水庫大壩壩肩開挖嚴格按照爆破設計完成爆破作業(yè)后，預裂邊坡坡面上殘留炮孔痕跡保存率大于90%，炮孔壁沒有明顯的爆破破壞裂隙，大壩周邊口上村村民房屋沒有受到影響，完全達到了預計效果，該施工工藝可為類似高邊坡深孔梯段爆破工程積累一些經(jīng)驗。