深孔預(yù)裂爆破在溪洛渡右岸地下電站洞室開挖中的應(yīng)用

【摘 要】預(yù)裂爆破對開挖保留巖體的破壞影響主要表現(xiàn)為爆炸應(yīng)力破壞和振動破壞。深孔預(yù)裂爆破參數(shù)通過現(xiàn)場試驗、不斷總結(jié)、調(diào)整，在溪洛渡右岸地下電站洞室開挖施工中的得到廣泛應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】溪洛渡右岸地下電站；深孔預(yù)裂爆破；振動；破壞

1、工程概況

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣與云南省永善縣接壤的金沙江干流上，是金沙江下游梯級開發(fā)的第三級水電站，電站總裝機(jī)容量13860MW。溪洛渡水電站左右岸各設(shè)有一引水發(fā)電地下廠房。溪洛渡右岸地下電站廠房開挖工程規(guī)模宏大，體型復(fù)雜。開挖工程量之大，開挖強(qiáng)度之高是國內(nèi)水電工程建設(shè)中少見的，為了減少爆破對圍巖穩(wěn)定的影響，降低高邊墻的變形量，施工單位科學(xué)地應(yīng)用了深孔預(yù)裂控制爆破的施工方法，有效地確保了工程開挖進(jìn)度和工程質(zhì)量。

2、深孔預(yù)裂爆破設(shè)計

深孔預(yù)裂爆破是以控制周邊孔為主要手段來實現(xiàn)工程施工工藝質(zhì)量要求的控制爆破技術(shù)。在開挖土石方工程中，采用預(yù)裂爆破可以較好地控制爆破震動，從而使圍巖不受爆破震動，增強(qiáng)其強(qiáng)度和穩(wěn)固性。預(yù)裂爆破是在設(shè)計的界面上布置一排較密的炮孔，孔內(nèi)裝藥量比主爆孔少，炸藥爆炸時，各炮孔因裝藥量不同，爆破產(chǎn)生的破壞范圍也就不同。預(yù)裂爆破先于主炮孔起爆，利用形成的預(yù)裂縫來降低爆破地震的破壞范圍。

右岸地下電站頂拱開挖結(jié)束后，施工采用自上而下分層梯段爆破方法進(jìn)行，梯段高度7～10m，設(shè)計輪廓開挖采用預(yù)裂控制爆破的施工方法。

2.1預(yù)裂爆破設(shè)計的思路

預(yù)裂爆破就是在設(shè)計開挖輪廓線內(nèi)的巖體爆破之前，預(yù)先沿設(shè)計輪廓線用爆破方法形成一條裂縫。預(yù)裂爆破成縫機(jī)理為相鄰炮孔爆炸應(yīng)力波疊加產(chǎn)生初始徑向裂隙，繼之，在爆炸高壓氣體準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力的作用下，使徑向裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展。預(yù)裂爆破的優(yōu)點主要表現(xiàn)為：減少超欠挖量，節(jié)省工程投資；對保留巖體的破壞影響小，有利于保證巖基質(zhì)量、保持邊坡穩(wěn)定；擴(kuò)大開挖區(qū)的爆破規(guī)模，提高工效；簡化巖基清面工作，加快工程進(jìn)度。

2.2預(yù)裂爆破參數(shù)確定

預(yù)裂爆破的經(jīng)驗公式都是在大量現(xiàn)場應(yīng)用數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上結(jié)合理論歸類推演出來的，有效地指導(dǎo)預(yù)裂爆破前的試驗工作。對于具體的工程來說，影響爆破質(zhì)量的因素較多，本身每一個影響因素都具有模糊性質(zhì)，因此，在選取爆破參數(shù)時，除參考已有經(jīng)驗數(shù)據(jù)外，還必須結(jié)合實際情況，進(jìn)行試驗、調(diào)整。

2.3預(yù)裂爆破試驗

預(yù)裂爆破是形成建筑物輪廓的手段。在借鑒成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，施工單位進(jìn)行了深孔預(yù)裂爆破試驗工作。爆破試驗首先進(jìn)行了爆破參數(shù)的優(yōu)化，同時，著重進(jìn)行了以下兩方面的試驗：（1）獲取爆破振動沿不利斷面或不安全方向的振動傳爆規(guī)律。（2）了解爆破有害效應(yīng)對保留巖體和支護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。

2.3.1試驗參數(shù)及成果分析

100E鉆機(jī)豎向預(yù)裂爆破試驗根據(jù)現(xiàn)場施工情況分別在尾水調(diào)壓室Ⅱ?qū)?、廠房III1層和主變室Ⅱ?qū)庸舶才帕税舜卧囼?。其中尾水調(diào)壓室0+232～0+235、0+254～0+257樁號爆破試驗安排在下游側(cè)邊墻進(jìn)行，主要是進(jìn)行線裝藥密度試驗和質(zhì)點振動速度測試；尾水調(diào)壓室K0+69m、K0+127m樁號位置主要是進(jìn)行聲波測試。廠房III1層0+102樁號試驗安排在中槽部位進(jìn)行，廠房III1層0+200～0+237樁號段安排在槽邊位置進(jìn)行；這兩次試驗主要是對前期尾水調(diào)壓室所選定的線裝藥密度及其對應(yīng)的進(jìn)行質(zhì)點振動速度復(fù)核試驗。主變室0-32～0-35段、0-32～0-28段試驗安排在上游邊墻進(jìn)行，主要是在線裝藥密度確定后，在設(shè)計邊線上預(yù)裂進(jìn)行噴砼及巖壁的質(zhì)點振動速度測試。

2.3.2試驗結(jié)論及鉆爆參數(shù)確定

(1)爆破振動衰減規(guī)律

圍巖壁面某處的爆破振速峰值大小，雖受到圍巖巖性、地質(zhì)構(gòu)造特征、爆破條件及邊界條件等諸多因素的影響 ，但振動傳播總的規(guī)律主要還是取決于該點至爆源的距離及爆破最大單段藥量的大小。由于測點與爆源中心的高差相對于其水平距離差較小，因此，建議采用以下經(jīng)驗公式進(jìn)行計算：V=K(Q1/3/R) α

式中：V—質(zhì)點振動速度（cm/s）；Q—單段藥量（kg）；R—測點至爆源距離（m）；

K、α—與場地條件、爆破條件有關(guān)的因子。

根據(jù)廠房三大洞室?guī)r錨梁開挖前階段性預(yù)裂爆破試驗所取得的現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)，長科委推薦適用于右岸地下電站施工的爆破振動衰減規(guī)律的參數(shù)為：K=39，α=1.2。

(2)推薦鉆爆參數(shù)及裝藥結(jié)構(gòu)

根據(jù)本階段現(xiàn)場生產(chǎn)性試驗情況，綜合考慮爆破后的開挖成型質(zhì)量、爆破質(zhì)點振動速度控制以及爆破對保留巖體的松弛影響范圍等主要因素；我部建議以下鉆爆參數(shù)可適用于右岸地下電站的現(xiàn)場施工。

100E鉆機(jī)預(yù)裂，孔徑φ90mm、孔距0.7m、全孔平均線裝藥量660g/m～682g/m、底部1.0m加強(qiáng)裝藥、上部孔口段減弱裝藥、堵塞長度1.35 m～1.45m，單孔藥量為5.2～5.8kg（根據(jù)鉆孔深度變化）；最大單響藥量建議按照長科委推薦的不大于32kg進(jìn)行控制。

(3)實際施工過程中不斷總結(jié)調(diào)整的最終爆破參數(shù)

鉆具選用100E鉆機(jī)，鉆頭直徑D＝76mm。炸藥采用乳化炸藥。

3、深孔預(yù)裂爆破施工

預(yù)裂爆破施工工序包括測量放樣、鉆機(jī)腳手架搭設(shè)、鉆孔角度控制、裝藥和起爆。嚴(yán)格控制各工序施工環(huán)節(jié)是確保預(yù)裂爆破質(zhì)量的關(guān)鍵。

測量放樣：洞內(nèi)導(dǎo)線控制網(wǎng)和施工測量采用全站儀進(jìn)行。炮后進(jìn)行設(shè)計規(guī)格線測放，并根據(jù)爆破設(shè)計參數(shù)布置孔位。

鉆機(jī)腳手架搭設(shè)：設(shè)計輪廓線預(yù)裂孔采用1.5\"鋼管樣架定位，定位鋼管嚴(yán)格按照現(xiàn)場測量放線位置進(jìn)行定位，導(dǎo)向管的間距與爆破設(shè)計孔位參數(shù)一致。樣架搭設(shè)結(jié)束后，由測量人員檢查是否滿足要求，若不滿足要求，現(xiàn)場調(diào)整，并用短錨筋加固。鉆孔過程中現(xiàn)場技術(shù)人員用垂球隨時檢查，若不合要求及時調(diào)整。

鉆孔角度控制：嚴(yán)格按測量定出的開挖輪廓線和測量布孔進(jìn)行造孔作業(yè)。分區(qū)、分部位定人定位施鉆。每排炮由值班工程師按“平、直、齊”的要求進(jìn)行檢查，做到炮孔的孔底落在爆破規(guī)定的同一個水平斷面上；為了減少超挖，周邊孔的外偏角控制在設(shè)備所能達(dá)到的最小角度。預(yù)裂爆孔偏差不得大于5cm，其它孔位偏差不大于20cm。炮孔裝藥之前，質(zhì)檢員對炮孔進(jìn)行檢查，如有遺漏，則需要補(bǔ)鉆；并對設(shè)計輪廓線預(yù)裂孔進(jìn)行仔細(xì)檢查，對偏角不符合要求的炮孔，則需要進(jìn)行補(bǔ)鉆，以控制欠挖和過量超挖。

預(yù)裂孔造孔時現(xiàn)場技術(shù)人根據(jù)測量提供高程，鉆孔前計算出每孔鉆孔深度，現(xiàn)場技術(shù)人員在最后一根鉆桿上作出標(biāo)記，并實時監(jiān)督。孔向主要采用垂球和地質(zhì)羅盤進(jìn)行檢查，在施鉆前根據(jù)控制角度，用羅盤每鉆一根鉆桿檢查一次，并時時校核。

裝藥：按照設(shè)計裝藥密度將乳化炸藥和導(dǎo)爆索一起綁在長竹片上，竹片靠洞室輪廓線一側(cè)，并將其緩緩送入孔內(nèi)，孔口段按設(shè)計要求進(jìn)行堵塞。

起爆：預(yù)裂爆破孔內(nèi)采用導(dǎo)爆索起爆，在孔口用非電毫秒雷管進(jìn)行分段，控制單響，降低預(yù)裂爆破本身對保留巖體的振動。

4、結(jié)論

深孔預(yù)裂爆破在溪洛渡右岸地下電站廠房開挖施工中得到了成功應(yīng)用，預(yù)裂爆破是控制周邊孔的一項爆破技術(shù)，由于具有明顯的降震作用，又能使工程施工達(dá)到良好的效果，因此值得在類似巖石區(qū)域開挖施工中推廣。