南水北調(diào)中線石渠段施工爆破及超挖原因分析

徐友奇

（河北省水利工程局，石家莊 050021）

1 工程概況

南水北調(diào)中線石渠工程是連接退水閘工程和崗頭隧洞工程的重要輸水建筑物，是中線京石段應(yīng)急供水工程的重要組成部分。

石渠工程位于河北省保定市滿城縣境內(nèi)，在漕河渡槽下游，與漕河退水閘相比鄰，下游連接崗頭進口明渠段。該工程為I級輸水建筑物，過水?dāng)嗝鏋榫匦停O(shè)計底寬26.5m，渠深6m。由221，182.1，5m三段直線渠段和134，202.9m兩段彎道渠段組成，分全挖方、左挖右填，左填右挖3種，最大挖深30m，填方最大高度20m。挖方渠道一級馬道以上內(nèi)坡面采取錨噴及漿砌石護坡支護形式。填方段渠道基礎(chǔ)采用混凝土砌石，渠堤采用漿砌石擋墻、墻后石渣填筑。渠道外坡為干砌石護坡。左岸邊坡上部設(shè)截流溝進行渠道左側(cè)邊坡排水。

2 石方開挖施工程序及施工方法

2.1 石方開挖施工程序

石渠段巖石主要為燧石條帶白云巖，石方開挖工程量較大。開挖施工程序如圖1。

圖1 開挖施工程序

2.2 石方開挖施工方法

2.2.1 開挖作業(yè)面

土方開挖完成至具備石方開挖施工條件后，用手風(fēng)鉆配合潛孔鉆進行淺孔爆破，修整巖面形成較平坦的開挖作業(yè)面。

2.2.2 梯段石方開挖

石方開挖采用淺孔爆破與深孔爆破相結(jié)合的方法進行，以深孔爆破為主。

淺孔爆破采用Y26型手風(fēng)鉆造孔，孔徑50mm；深孔爆破采用HQJ100潛孔鉆造孔，孔徑90mm。

深孔梯段微差爆破采用HQJ100潛孔鉆造孔，炸藥采用4#巖石銨梯炸藥，孔內(nèi)布設(shè)導(dǎo)爆索傳爆，孔外采用電雷管起爆，排間微差爆破，炸藥單耗控制在0.45～0.65kg/m3，施工時根據(jù)爆破效果及時調(diào)整爆破參數(shù)。爆破后石碴采用TY220推土機集料，1.0m3挖掘機配合裝載機裝料，用15t自卸汽車將石碴運至棄碴場。出碴后的作業(yè)面采用推土機進行清面，梯段爆破后形成的局部炮根，采用小炮爆除，在下次爆破前修整巖面形成較平坦的開挖作業(yè)面。

為保證爆破后形成的邊坡坡面平整，保證后續(xù)爆破施工質(zhì)量，邊坡開挖采用預(yù)裂爆破的施工方法成型。

為便于施工期間的自然排水，臺階開挖成1%的斜坡。

2.2.3 梯段開挖爆破參數(shù)

石渠段爆破設(shè)計原則是根據(jù)施工機具、地質(zhì)情況，結(jié)合類似施工爆破經(jīng)驗，并在施工中結(jié)合爆破效果進行爆破試驗，初步確定了爆破參數(shù)。根據(jù)爆破試驗的爆破效果對爆破參數(shù)進行調(diào)整優(yōu)化，以得到一個適用于本工程的合理的爆破參數(shù)。

2.2.4 保護層及邊坡排水溝開挖施工

為保證基巖和底板的完整性，接近建基面開挖時，需預(yù)留1.5m厚的保護層，保護層采用“一次爆除法”開挖。

（1）“一次爆除法”施工。根據(jù)爆破試驗，手風(fēng)鉆進行加密鉆孔，孔深1.5m （孔底不得進入建基面以下，應(yīng)在建基面水平面上），孔排距0.6m，間距1.0m，孔底30.0cm填軟墊層（鋸木屑、草團、小木塊），排間微差爆破。爆破后使用推土機集碴，1.6m3液壓挖掘機裝15t自卸汽車出碴。

（2）馬道截流溝開挖采用溝槽開挖施工。手風(fēng)鉆鉆孔，密集淺孔爆破，人工配合反鏟扒碴裝車運至棄碴場。

2.2.5 邊坡開挖施工

石質(zhì)邊坡開挖采用預(yù)裂爆破的施工方法，其爆破參數(shù)亦通過爆破試驗確定，在鉆孔前精確測量邊坡開挖線，并用紅油漆標(biāo)明預(yù)裂孔位。鉆孔時，采用水準(zhǔn)儀配以鉛錘和樣架控制鉆孔角度，鉆孔過程中，適當(dāng)降低鉆孔速度，以確保鉆孔的準(zhǔn)確無誤。裝藥時，先將藥卷按設(shè)計間隔裝藥結(jié)構(gòu)用膠布綁在竹片上，然后放入孔內(nèi)，封孔時先用紙團放置在藥卷頂部，最后用鉆孔巖屑封堵孔口密實。

孔網(wǎng)布置及裝藥結(jié)構(gòu)：采用間隔裝藥方式，孔內(nèi)采用導(dǎo)爆索引爆，孔外采用毫秒微差電雷管與導(dǎo)爆索聯(lián)接，電雷管采用串聯(lián)方式進行聯(lián)網(wǎng)。

2.3 石渠施工爆破影響

整個石渠段爆破后，從巖石爆破面觀察，爆破孔殘留率低，巖石表面平整性差，爆破面凹凸不平，超挖地段較多，該段石方超挖4200m3。

3 超挖原因分析

3.1 地質(zhì)條件較差

該段巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育，巖石完整性差，且發(fā)育有寬大破碎帶。

3.1.1 樁號377+621.0～377+877.360

（1）該段基巖為薊縣系霧迷山組含燧石條帶白云巖：灰白色，弱風(fēng)化，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，中厚層～厚層，局部夾薄層，層厚40～70cm，薄層一般厚度5～15cm。巖層產(chǎn)狀為：走向NE75°～85°、傾向NW、傾角6°～13°。

（2）發(fā)育F1斷層，正斷層，產(chǎn)狀。走向NW280°、傾向SW、傾角30°～40°，寬0.6～1.0m，斷層帶為黃褐色含碎石黏土，碎石含量10%，此斷層延伸較大，影響帶不明顯。

（3）發(fā)育有兩組節(jié)理。①走向NE55°～65°、傾向SE、傾角82°，節(jié)理間距30～40cm，節(jié)理張開，張開寬度3～7mm，節(jié)理面銹染嚴(yán)重，呈棕褐色，本組節(jié)理較發(fā)育，延伸較大。②走向NW265°～285°、傾向SW、傾角68°，節(jié)理間距8～20cm，節(jié)理閉合，節(jié)理面銹染。

該區(qū)域局部分布有小面積的坡殘積含壤土碎石，碎石塊徑2～4cm，巖性為白云巖。裂隙L1走向NE40°、傾向NW、傾角80°～85°，裂隙寬度5～10cm，充填有黏土碎石，呈黃褐色、碎石塊徑5～30mm，裂隙L1、L2之間局部巖層有褶皺現(xiàn)象。裂隙L2走向NE37°、傾向SW、傾角80°，寬20～30cm，充填有黃褐色含碎石黏土。

3.1.2 樁號377+810～377+860段

（1）走向NE60°～85°、傾向SE、傾角60°～70°，節(jié)理張開，張開度1～3cm，節(jié)理延伸一般不穿層，間距15～25cm。

（2）走向NW330°～350°、傾向SW、傾角70°～85°，節(jié)理張開，張開度2～3cm，節(jié)理延伸一般不穿層，間距30～50cm。

（3）在樁號377+840發(fā)育一條輝綠巖脈，產(chǎn)狀：走向正N、傾向正W、傾角85°，黃綠色、輝綠結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，寬度40～70cm，巖脈與巖層接觸面可見烘烤面。

該區(qū)域巖石表面大部可見小溶孔，巖層面銹染呈紅褐色，存在數(shù)條層間夾泥，夾泥厚度一般10～20cm，局部可達30cm，大部為紅褐色含碎石紅黏土，碎石含量一般30%～45%，局部可能更高。少數(shù)層間夾泥為黃紅～紅褐色黏土。該區(qū)節(jié)理裂隙大部較寬大，充填有紅褐色黏泥。

3.1.3 樁號377+877.360～378+011.556

該段基巖為薊縣系霧迷山組含燧石條帶白云巖?；野咨躏L(fēng)化，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，中厚層～厚層，局部夾薄層，層厚50～80cm，薄層一般厚度5～10cm。巖層產(chǎn)狀：走向NE60°～75°、傾向NW、傾角6°～12°。有兩組節(jié)理發(fā)育：

（1）走向NE50°～70°、傾向SE、傾角60°～70°，節(jié)理延伸一般不穿層，間距15～25cm，在右壁間距變短，節(jié)理張開，張開寬度2～5mm。

（2）走向NW290°～320°、傾向SW、傾角70°～80°，節(jié)理延伸一般不穿層，間距30～50cm，在右壁間距變短，節(jié)理張開，張開寬度2～5mm。

3.2 施工爆破不當(dāng)

邊坡開挖采用預(yù)裂爆破的施工方法成型，其爆破參數(shù)亦通過爆破試驗確定，施工中未嚴(yán)格控制各項爆破參數(shù)，導(dǎo)致巖石表面爆破孔殘留率低，巖石表面平整性差。

4 工程處理措施

4.1 樁號377+825～377+878

該段存在一條天然沖溝，施工清除地表覆蓋層后，巖面線較原地質(zhì)勘察資料降低，本次對左側(cè)墻做漿砌石擋墻，形式與右側(cè)墻相同，截流溝頂高程以下做回填處理。

4.2 樁號377+878～378+180

該段邊墻部分巖石由于層間夾泥和節(jié)理密集帶影響，導(dǎo)致巖石破碎。施工采用清除破碎巖石并砌筑漿砌石擋墻。

4.3 樁號378+180～378+396.545

該段兩側(cè)邊墻存在多條破碎帶，原設(shè)計噴8cm混凝土護坡，現(xiàn)調(diào)整為錨桿、掛網(wǎng)噴厚10cm混凝土護坡，錨桿采用φ25二級鋼筋，長3.5m，間距2cm×2m；網(wǎng)筋φ8，間距20cm×20cm。

4.4 樁號378+160～378+340

該段與原設(shè)計土巖分界線不符，部分巖石土分界線比原設(shè)計分界線降低，施工采用漿砌石擋墻砌筑。

5 結(jié)語

中線石渠段施工爆破后，出現(xiàn)了大面積塌方，爆破面凹凸不平，超挖地段較多，石方超挖4200m3，究其原因是該段地質(zhì)條件差，巖石節(jié)理、裂隙發(fā)育、巖石完態(tài)性差，且發(fā)育有寬大破碎帶。為保證施工順利進行，本工程對地質(zhì)進行了勘察，探明了工程地質(zhì)條件及巖土分界線，以不增加永久占地原則，采用原設(shè)計邊坡。