預裂爆破在錦屏一級大壩右壩肩開挖施工中的應用

汪丹峰

(葛洲壩集團第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概述

錦屏一級水電站大壩為混凝土雙曲拱壩，壩高305m，是目前世界上在建的第一高拱壩，右岸壩肩最高開挖高程1885m，最低開挖高程1650m(一期開挖至1720m高程，二期開挖高程為

1720m～1650m)。

壩肩拱肩槽石方采取分層梯段開挖，層高為5m～10m，松動爆破，馬道預留2.5m～3m保護層。高程1850m以下主要采用QZJ－100B支架式鉆機鉆孔，輔以氣腿鉆和手風鉆造孔，人工裝藥，邊坡預裂或光爆。馬道保護層采用氣腿鉆造孔，水平光爆。梯段爆破采用R700液壓鉆機鉆孔。

2 開挖施工

2.1 開挖施工原則

所有石方邊坡開挖全部采用預裂爆破施工技術(shù)，以滿足設(shè)計開挖體形要求，開挖遵循自上而下分層進行，施工中按設(shè)計要求做成一定的坡勢，以利穩(wěn)定。在開挖過程中，開挖邊線外側(cè)部位和馬道內(nèi)側(cè)位置設(shè)置排水溝，排除坡積水，同時避免邊坡及馬道積水。對于邊坡易風化破碎或不穩(wěn)定的巖體，先做好施工安全技術(shù)措施后對該部位進行挖除，做到邊開挖邊支護。在有斷層和裂隙等地質(zhì)缺陷的部位，要等支護作業(yè)完成后才可以進行下一層的開挖。

在開挖面靠近馬道或平臺設(shè)計高程時，各級馬道及平臺預留2.5m～3.0m保護層，保護層采用氣腿鉆或手風鉆水平造孔，采用水平預裂爆破。在馬道的外側(cè)，分別設(shè)置馬道護欄，以免危石墜落危及下部施工人員。

2.2 施工方法

壩肩巖石開挖采取邊坡預裂、梯段微差爆破自上而下分層進行。馬道位置主爆孔預留3.0m厚保護層，保護層采用手風鉆造水平孔預裂爆破。

2.2.1 造孔

邊坡開挖厚度較大時按梅花形布孔，主爆孔采用R700液壓鉆或CM－351造孔，孔徑φ80mm～φ105mm，根據(jù)爆破試驗確定間排距為3.5m～5.0m×1.5m～3.0m;預裂孔孔徑φ90mm，采用QZJ－100B潛孔鉆造孔，間距80cm。巖石或梯段鉆孔深度≤4.0m時，采用人工用手風鉆淺孔爆破。

2.2.2 裝藥、堵塞、聯(lián)網(wǎng)

一個爆區(qū)梯段造孔全部完成后裝藥，均采用人工裝藥，主爆破孔以乳化炸藥為主，采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu);預裂孔采用乳化炸藥，為不耦合間隔裝藥;巖石爆破單耗藥量初按(0.4～0.55)kg/m3確定，后根據(jù)爆破試驗及多次爆破效果，確定單耗藥量為(0.45～0.5)kg/m3。梯段爆破采用非電毫秒微差爆破網(wǎng)絡，各孔用沙土良好堵塞，主爆孔堵塞長度2m～2.5m，預裂孔堵塞1.0m～1.5m。

分段起爆藥量按設(shè)計要求，拱壩壩基面預裂孔最大單響藥量不大于20kg;一般梯段爆破要求，距建基面30m以外單響藥量不大于200kg，30m～15m不大于100kg，15m以內(nèi)不大于50kg。

2.3 壩肩拱肩槽開挖施工

拱肩槽預裂孔主要采用QZJ－100B潛孔鉆造孔，由于QZJ－100B鉆機本身結(jié)構(gòu)尺寸，決定了需要一定空間滿足架鉆要求，故拱肩槽建基面開挖時采用超欠平衡的控制方法。即每一梯段預裂孔開口處欠挖10cm(手風鉆修順小錯臺)，孔底處終孔時，孔深5m以內(nèi)，超挖10cm;孔深5m～10m，超挖20cm控制;孔深10m～15m，超挖30cm，滿足拱肩槽開挖偏差不大于±35cm的技術(shù)要求。

緩沖孔與爆破孔平行，緩沖孔與預裂孔之間的垂直距離控制在1m～1.5m之間，以此保證建基面受到的爆破擾動最小。建基面范圍內(nèi)爆破孔采用R700液壓鉆或CM－351潛孔鉆造孔，爆破孔孔底距預裂面垂直距離不小于2.5m。

陡緩邊坡相接處開挖。當相鄰建基面變化由陡變緩時，考慮預裂縫底部的延伸，在孔底預留0.3m～0.4m保護層;當相鄰建基面變化由緩變陡時，孔底可不留保護層，鉆至設(shè)計高程。當一次預裂到設(shè)計開挖線底線時，預裂炮孔比梯段炮孔短5倍孔徑(一般0.5m);當一次預裂到設(shè)計開挖底線時，預裂炮孔與梯段爆孔超深相同。緩邊坡造預裂孔之前，用手風鉆在緩邊坡上開挖出能放置QZJ－100B鉆機的空間，之后用QZJ－100B鉆機造預裂孔。

最后在每梯段開挖完成后，使用手風鉆將梯段間的小錯臺修順。

2.4 開挖爆破設(shè)計

結(jié)合右岸壩基開挖的地質(zhì)條件，進行設(shè)計計算，類比選用，確定爆破參數(shù)。在施工之前，進行爆破試驗加以驗證，不斷調(diào)整、優(yōu)化爆破參數(shù)。

2.4.1 預裂爆破

2.4.1.1 孔距a=(8～12)D。其中，a為炮孔孔距(mm);D為鉆頭直徑(mm)。

QZJ－100B型潛孔鉆，鉆頭直徑為90mm，故a=(720～1080)mm，強風化巖石取小值800mm，微、新巖石取大值1000mm。保護層預裂孔采用氣腿手風鉆造孔，鉆頭直徑為42mm，炮孔孔距為450mm～500mm。

梯段預裂爆破孔藥卷直徑選用φ32mm，保護層預裂爆破孔藥卷直徑選用φ25mm。

2.4.1.2 線裝藥密度。錦屏一級水電站壩區(qū)工程巖體主要是大理巖、鈣質(zhì)綠片巖，平均飽和濕抗壓強度較大，根據(jù)經(jīng)驗潛孔鉆造孔預裂線裝藥密度為(300～350)g/m，氣腿手風鉆造孔水平預裂線裝藥密度為(280～300)g/m。線裝藥密度需根據(jù)試驗情況作調(diào)整。

2.4.1.3 裝藥結(jié)構(gòu)。底部1.0m～1.5m加強裝藥2～3倍，炮孔孔深中間以下部分與底部裝藥之間，線裝藥密度比上半部分多出100g/m左右，炮孔頂部1m～3m線裝藥密度適當減小?？卓诙斡门谀唷⑸匙踊驇r粉堵塞1.0m～1.5m。

2.4.1.4 起爆。預裂炮孔和梯段炮孔若在同一爆破網(wǎng)絡中起爆，預裂炮孔先于相鄰梯段炮孔起爆的時間，不得小于75ms～100ms。預裂孔最大單響藥量應通過試驗確定，拱壩壩基面預裂孔最大單響藥量暫按不大于20kg控制。當藥量超過規(guī)定時，應根據(jù)預裂部位的具體情況進行串聯(lián)分段起爆。

2.4.2 梯段爆破

2.4.2.1 主爆孔參數(shù)。本標工程主要梯段爆破高度按H=10m設(shè)計，超過10m應做相應調(diào)整。爆破孔徑d=80mm～105mm。超鉆c=0.5m～0.8m。巖石爆破單位耗藥量(0.4～0.55)kg/m3。

各梯段高度的爆破參數(shù)見表1。具體實施時，根據(jù)爆破監(jiān)測成果、爆破效果對參數(shù)不斷進行調(diào)整。

表1 梯段主爆孔爆破參數(shù)

2.4.2.2 緩沖孔參數(shù)。緊鄰設(shè)計邊坡的2～3排梯段炮孔應作為緩沖炮孔，其孔距、排距和每孔裝藥量，應較前排梯段炮孔減少1/3～1/2。輔助孔因間排距較密，單孔裝藥量較小，為了獲取較好的爆破效果，堵塞長度分兩段進行。其中，第一段封堵布置于輔助孔中部，第二段封堵布置于孔口，裝藥結(jié)構(gòu)采用分兩層連續(xù)不耦合裝藥結(jié)構(gòu)，采用石渣分層堵塞。

3 拱肩槽預裂質(zhì)量控制措施

3.1 鉆機老化，鉆孔沒有導向裝置

根據(jù)現(xiàn)場跟蹤檢查鉆機易磨損，鉆機滑動導軌因長時間使用間隙過大，直接影響鉆孔質(zhì)量，鉆機孔向不易控制。根據(jù)此種情況對鉆機進行技術(shù)改造或更換，對鉆機改進，增加兩套導向裝置，第一套導向環(huán)可以減小沖擊器的開孔誤差，第二套待沖擊器鉆進1m后安裝，可以減小鉆桿擺動影響預裂面效果。

3.2 鉆桿剛度不夠

在右壩肩開挖中，采用的φ50cm鉆桿易彎曲，樣架變形，致使鉆孔易出現(xiàn)飄鉆現(xiàn)象，影響預裂面質(zhì)量。對常規(guī)使用的φ50cm鉆桿改換為剛度較好的φ60cm鉆桿，并在施工中對彎曲鉆桿進行清理，及時更換。消除了鉆桿彎曲造成的鉆孔偏差，保證不因鉆孔偏差造成平整度偏差。

3.3 量角器精度不夠

原采用自制手工量角器，精度偏差較大，鉆桿角度不易控制，造成開挖面平整較差。采用數(shù)顯量角器，滿足過程控制精度要求，確保了不因檢驗誤差而影響鉆孔誤差，保證了開挖平整度。

3.4 根據(jù)圍巖變化調(diào)整爆破參數(shù)

開挖面圍巖變化較大，主要分為Ⅱ類、Ⅲ類大理巖，巖面局部布有斷層破碎帶，在施工過程中應根據(jù)圍巖變化進行參數(shù)調(diào)整。針對未根據(jù)巖石變化調(diào)整爆破參數(shù)問題，根據(jù)設(shè)計地質(zhì)預報和開挖巖石情況以及爆破振動監(jiān)測階段成果報告，對右壩基爆破設(shè)計參數(shù)優(yōu)化，預裂孔距由80cm改為60cm，線裝藥密度由350g/m改為300g/m，φ32mm直徑的藥卷改成φ25mm，并隨時根據(jù)開挖地質(zhì)情況進行微調(diào)，避免了不因爆破藥量偏大造成的超挖。

3.5 施工樣架搭設(shè)

在進行預裂爆破準備工作時，樣架搭設(shè)固定錨筋較少，扣件連接不牢固，造成施工過程中樣架變形較大，直接影響了預裂面效果。因此，采用質(zhì)量較好的標準鋼管與［10槽鋼搭設(shè)鉆孔樣架，樣架下部和上部使用手風鉆鉆孔打入一50短鋼管扣件與樣架進行固定，使樣架牢固不變形。

4 右岸拱肩槽預裂開挖效果

在預裂爆破開挖施工前，有爆破設(shè)計進行指導，根據(jù)爆破效果不斷調(diào)整參數(shù)，對鉆孔機具預裂樣架進行技術(shù)革新，使預裂面質(zhì)量不斷提高。經(jīng)階段性驗收和專家咨詢檢查，我部施工的壩基開挖施工質(zhì)量得到肯定，認為在同類型高拱壩壩基開挖中，質(zhì)量達到國內(nèi)較高水平。壩基1780m～1650m高程開挖，被業(yè)主、監(jiān)理評為錦屏工程“樣板工程”。

〔1〕劉殿中．工程爆破使用手冊．北京:冶金工業(yè)出版社，1999.