保豐水庫擴建工程預(yù)裂爆破施工技術(shù)應(yīng)用

陳 松

(江西省水利水電建設(shè)有限公司，南昌 330200)

1 工程概況

擬擴建的保豐水庫(原保豐水庫、佑塘水庫合并后統(tǒng)稱)地處上高縣翰堂鎮(zhèn)保豐村及釗田村附近，距縣城約23km，水庫所在河流為錦江二級支流斜口水，屬錦江水系。原保豐水庫位于翰堂鎮(zhèn)下山村境內(nèi)，距翰堂鎮(zhèn)約5km，所在河流為贛江水系錦河支流。原佑塘水庫地處翰堂鎮(zhèn)釗田村境內(nèi)，所在河流為贛江水系錦河斜口水支流釗田水。原保豐水庫與佑塘水庫緊密相鄰，佑塘水庫的1號副壩位于保豐水庫庫區(qū)尾端，兩水庫具備良好的連通條件。根據(jù)地形條件，拆除佑塘1號副壩，兩庫即連為一體，原保豐水庫的主壩仍作為本工程的主壩。本次保豐水庫擴建擬抬高現(xiàn)狀主、副壩壩高，通過抬高正常蓄水位至84.0m增加有效擴容，壩頂高程統(tǒng)一為86.8m(防浪墻頂高程88.0m)， 將其改造為中型水庫，在埡口部位新建副壩，對現(xiàn)有已建壩體進行加高加固；需增設(shè)保豐4號副壩、溢洪道、灌溉隧洞等建筑物。工程擴建后，水庫正常蓄水位為84.00m，水庫總庫容1524×104m3，水庫設(shè)計灌溉面積1000hm2，其中規(guī)劃煙田面積240hm2，水庫向翰堂鎮(zhèn)、蘆洲鄉(xiāng)轄區(qū)內(nèi)6個行政村的大部分自然村及多年平均日供水量0.51×104m3，年供水量為186萬m3。

本工程石方明挖包含岸坡和4號副壩支洞洞室基礎(chǔ)、邊線開挖兩種類型，岸坡開挖采取淺孔梯段爆破及預(yù)裂爆破方法，岸坡石方開挖采取淺孔梯段爆破方法，洞室基礎(chǔ)及邊線控制采取預(yù)裂爆破方法。文章主要對4號副壩支洞洞室基礎(chǔ)及邊線石方開挖預(yù)裂爆破施工進行分析。

2 鉆爆施工方案設(shè)計

保豐水庫4號副壩支洞所控制主洞室為葫蘆形斷面，Ⅲa類圍巖和Ⅲb類圍巖中心位置水平開挖半徑分別為3254mm、3257mm，Ⅲ類圍巖和Ⅵ類圍巖斷面開挖高度分別為6798mm和7288mm，斷面底部平距分別為5346mm和4166mm。預(yù)裂爆破施工時必須將直徑Φ150cm的通風(fēng)軟管布設(shè)于洞室頂部，并在洞室右壁布設(shè)供電、供排水、供風(fēng)管路。

2.1 設(shè)備配置

保豐4號副壩支洞所控制主洞室預(yù)裂爆破施工平臺為自制臺車，鉆孔采用HF-145氣腿式鑿巖機，人工裝藥，主作業(yè)面供風(fēng)主要通過3臺20m3空壓機進行，并采用20t自卸汽車配合XG-25裝載機械裝渣出渣。采用洞室外噴錨支護，具體由自卸車將支護材料運至洞內(nèi)，再通過氣腿鉆機按設(shè)計要求鉆孔后向孔內(nèi)機械注漿，鋼筋網(wǎng)通過人工掛設(shè)，最后由HSP-5型濕噴機進行錨固混凝土噴射。

通過在支洞外設(shè)置深水井進行施工供水，由水泵抽水并輸送至洞室內(nèi)施工作業(yè)面；并采取階梯式施工抽排水方式，將集水井按照一定間隔設(shè)置于洞室內(nèi)側(cè)壁位置，通過水泵將所匯集的施工作業(yè)面積水逐級抽排并輸送至洞室外污水受納池內(nèi)。

保豐4#副壩支洞預(yù)裂爆破施工所需主要設(shè)備具體見表1。

表1 預(yù)裂爆破施工所需主要設(shè)備

2.2 開挖爆破設(shè)計

按照保豐4#副壩支洞所控制主洞室預(yù)裂爆破設(shè)計要求，應(yīng)實施循環(huán)進尺3m的全斷面開挖，開挖過程中必須進行全面地質(zhì)預(yù)報，對鉆進周圍地質(zhì)情況預(yù)先準確判斷與處理，并加強圍巖支護穩(wěn)定情況的實時監(jiān)測[1]。預(yù)裂爆破設(shè)計孔徑45mm，鉆孔角度與邊坡坡度一致，孔深按邊坡高度和長度確定并一次鉆到位，采用不耦合間隔裝藥結(jié)構(gòu)，藥卷直徑Φ32mm，堵塞長度≥1.0m，線裝藥密度200-350g/m。

2.3 鉆孔作業(yè)

采用HF-145氣腿式鉆風(fēng)鉆預(yù)裂孔，并采取樣架及拉坡度線控制鉆孔角度，同時由人工配合進行鉆孔周邊巖屑的清理，并通過木楔堵塞孔口，防止巖屑、石渣等落入鉆孔內(nèi)。將鉆孔位置和設(shè)計孔位偏差控制在鉆頭直徑尺寸范圍內(nèi)，每孔開孔進尺10-20cm后，復(fù)核鉆孔角度，若鉆孔角度或參數(shù)超出誤差設(shè)計值，必須及時調(diào)整，以滿足設(shè)計要求。嚴格控制相鄰于裂隙縫面的松動爆破孔所對應(yīng)爆破參數(shù)，防止其對保留圍巖可能造成的破壞。

2.4 裝藥、連網(wǎng)

保豐4號副壩支洞所控制主洞室預(yù)裂爆破實行間隔裝藥，為保證按設(shè)計裝藥結(jié)構(gòu)裝藥，采用膠布將藥卷按設(shè)計間距綁扎在預(yù)先準備好的竹片上，并與導(dǎo)爆索串聯(lián)，采取人工方式緩慢放入鉆孔內(nèi)，先用紙團堵塞深度部位，然后回填孔口鉆孔巖屑，堵塞段一定要回填密實。為方便施工，保證預(yù)裂爆破施工質(zhì)量，用導(dǎo)爆索將6-10孔串聯(lián)成一組，由導(dǎo)爆管分組起爆[2]。一般情況下，預(yù)裂孔單獨起爆；若預(yù)裂孔與周邊主爆孔一次爆破時，預(yù)裂爆破先于主爆孔至少100ms。預(yù)裂爆破后開挖輪廓面所殘留炮孔痕跡分布必須均勻；相鄰兩炮孔間巖面的不平整度應(yīng)≤15cm。

2.5 開挖循環(huán)

Ⅲ類圍巖測放循環(huán)時間、通風(fēng)時間及安全處理時間均設(shè)計為30min，并保證在鉆孔時間內(nèi)完成圍巖支護，圍巖開挖循環(huán)設(shè)計具體見表2。

表2 圍巖開挖循環(huán)設(shè)計(循環(huán)進尺3m)

2.6 出渣方式

保豐4號副壩支洞所控制主洞室通過段在上下游處長度分別為1894m和1635m，Ⅲ類圍巖設(shè)計循環(huán)進尺為3m，橫斷面面積最大為57.46m2。支洞上游段最大運距2032m，按其長度的70%計，則主洞室內(nèi)運距均值為2032m×70%=1422.4m。根據(jù)開挖斷面面積、運距均值、松散系數(shù)(1.5)及循環(huán)進尺所確定的洞室開挖出渣量最大值應(yīng)為254.5m3/次，所采用20t自卸汽車配合XG-25裝載機械一次裝渣出渣平均耗時4h。

3 鉆爆施工質(zhì)量控制

3.1 預(yù)裂爆破參數(shù)控制

根據(jù)保豐4#副壩支洞所控制主洞室地質(zhì)情況，應(yīng)對具體地層節(jié)理采取針對性強的控制措施，跟隨開挖進度加強地質(zhì)觀測，并根據(jù)觀測結(jié)果進行預(yù)裂爆破設(shè)計參數(shù)的調(diào)整，合理確定裝藥結(jié)構(gòu)與不耦合系數(shù)，本工程不耦合系數(shù)取1.4-3.1，并充分利用爆破破巖能量，控制爆破引起的周圍圍巖不利振動，有效控制超欠挖的發(fā)生。為加強不耦合系數(shù)取值的控制，周邊孔導(dǎo)爆索應(yīng)采取串聯(lián)方式，周邊孔孔距誤差應(yīng)控制在50mm內(nèi)，孔偏斜率應(yīng)不超過50mm/m，其孔深及孔位誤差均應(yīng)在100mm內(nèi)。預(yù)裂爆破后，必須及時監(jiān)測爆破效果，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進行設(shè)計爆破參數(shù)的調(diào)整[3]。

3.2 作業(yè)質(zhì)量控制

鉆孔精確度以及測放質(zhì)量對預(yù)裂爆破施工質(zhì)量影響較大，為此保豐4號副壩支洞應(yīng)通過全站儀對隧洞輪廓快速測放，并進行鉆孔的精準定位，還應(yīng)加強對周邊孔外插角開口角度的控制，確保全部炮孔孔底均能落在平面設(shè)計圖規(guī)定位置。由技術(shù)人員嚴格按照設(shè)計爆破方案進行炮孔裝藥、堵塞及線路引爆施工。

4 結(jié) 論

保豐水庫4號副壩支洞所控制主洞室預(yù)裂爆破施工主要參數(shù)均根據(jù)經(jīng)驗和現(xiàn)場試驗得到，施工結(jié)果表明，預(yù)裂爆破設(shè)計參數(shù)、裝藥結(jié)構(gòu)及起爆要求等均較為合理，爆破開挖后隧洞輪廓面較為完整，爆破石方明挖效果較為理想。本工程預(yù)裂爆破施工對類似工程石方明挖具有參考借鑒價值。