水庫高邊坡爆破開挖施工方案研究

江文強

(江西省水利水電開發(fā)有限公司，南昌 330000)

1 概 述

水庫大壩工程建設(shè)可改善區(qū)域水資源短缺、時空分布不均勻等問題。同時，可緩解下游洪澇災害等問題，生態(tài)、經(jīng)濟及社會效益顯著[1-3]。為了提高水庫蓄水量，水庫往往修建于山區(qū)，但高水位帶來的水壓力導致壩肩、壩基土強度要求較高，因此水庫壩址通常選取為基巖段[4]。然而高強度的基巖，開挖施工難度較高，一般情況下，為了提高開挖效率，往往采用爆破開挖的方式[5-7]。結(jié)合江西省銅鼓縣河湖水系生態(tài)保護與綜合治理工程葛藤坳水庫高邊坡開挖，對爆破開挖方案進行分析。

2 工程概況及基本地質(zhì)條件

銅鼓縣備用水源工程葛藤坳水庫壩址位于銅鼓縣城西大溈山林場附近，距銅鼓縣城約16 km，壩址以上控制流域面積8 km2，主河道長7.1 km，屬于武寧水支流大感橋水流域。擬建壩頂▽371.74 m，最大壩高37.44 m；水庫正常高▽367.00 m，總庫容為97.3×104m3，P=1%的校核洪水位為▽370.24 m，水庫P=5%的設(shè)計洪水位為369.51 m。

工程區(qū)域處于九嶺山脈，最高山峰為云臺山海拔826 m，一般山峰高程為400～700 m，為中低山和構(gòu)造剝蝕丘陵地貌。壩址區(qū)主要地層有第四系沖洪積層：砂卵石層，卵石成份主要為變質(zhì)砂巖，主要分布在河床內(nèi)。殘坡積層：黏土夾碎石土，碎石主要為強風化變質(zhì)砂巖變質(zhì)砂巖風化殘積形成，主要分布在山坡山麓處。中元古界雙橋山群(Ptsh)：變質(zhì)粉砂巖，青灰色，中厚層狀為主，局部薄層狀，巖質(zhì)較硬，風化后呈灰黃色，區(qū)內(nèi)分布廣泛。

根據(jù)設(shè)計方案，河床以上部分開挖最大高度約85.99 m，沿壩軸線方向共設(shè)有13級邊坡、12級馬道。其中，左岸部分開挖邊坡坡比1∶0.4～1∶0.85，馬道寬2.5 m，單級邊坡開挖高度9 m；右岸部分開挖邊坡坡比1∶0.7～1∶1.5，馬道寬2.5～4 m，單級邊坡開挖高度9 m。

河床以上部分開挖總量約6×104m3，其中石方開挖約5.5×104m3，土方開挖約0.5×104m3。

3 施工工藝技術(shù)

3.1 大壩、取水口基礎(chǔ)開挖分區(qū)與開挖順序規(guī)劃

大壩右岸開挖邊坡自422.79至334.4 m，高達88.6 m，設(shè)9級邊坡開挖，每級邊坡開挖高度9.0 m，每級邊坡設(shè)為一個開挖區(qū)，編號為右Ⅰ區(qū)、右Ⅱ區(qū)、……、右Ⅸ區(qū)；左岸開挖邊坡自369.3至334.4 m，高達35.0 m，設(shè)4級邊坡開挖，設(shè)5個開挖區(qū)。取水口基礎(chǔ)位于大壩左岸第3級馬道開挖之間。見圖1。

圖1 大壩開挖分區(qū)規(guī)劃示意圖

大壩基礎(chǔ)開挖主要集中于右岸，所以在開挖安排上，優(yōu)先安排右岸的開挖；左岸開挖作為調(diào)節(jié)工作面，其開挖順序見圖2。

圖2 大壩各區(qū)開挖順序流程圖

3.2 爆破施工

本工程石方開挖特點是：開挖工程量不大，但邊坡開挖高度較高，高達80 m，屬于狹長型坡面基礎(chǔ)開挖或溝槽開挖。對結(jié)構(gòu)尺寸要求高，預裂爆破、光面爆破或底板保護層開挖所占比重較大。

3.2.1 爆破方法和鉆爆手段

除邊坡、溝槽及建基面采取控制爆破外，其它部位主要采用梯段爆破。鉆孔設(shè)備采用YQ100B快速鉆，鉆孔孔徑為91 mm，孔排距根據(jù)爆破試驗成果確定，臨近建基面的梯段孔底高程控制在保護層頂面，其它部位孔深要深入下層0.5～0.8 m，即超深0.5～0.8 m。在裝藥方式上，邊坡預裂采用綁扎竹片實行間隔裝藥；梯段爆破的主爆孔采用孔內(nèi)連續(xù)裝藥，深孔梯段松動爆破。底板巖體保護層的預留厚度根據(jù)裝藥藥卷直徑擬定，初擬保護層厚度為2 m。

邊坡開挖區(qū)的第一層開挖、底部保護層石方開挖、各類石方槽挖以及其它邊角小范圍內(nèi)石方開挖適宜采用淺孔爆破。左岸邊坡由于開挖厚度較薄，梯段爆破與邊坡控制均采用手風鉆造孔，邊坡實施光面爆破。

光面爆破采用間隔裝藥，裝藥結(jié)構(gòu)一般分為孔口堵塞段、正常裝藥段及底部加強段，孔底部放1～2個標準藥卷，堵塞段一般為炮孔深度的1/4～1/5。手風鉆造孔，孔徑42 mm。孔內(nèi)采用經(jīng)沿軸向?qū)Π肫实摩?2 mm乳化炸藥間隔綁扎在竹片上，光面爆破后于主爆區(qū)起爆。光爆孔采用導爆索同時起爆，但在需要控制一次起爆藥量的部位，可進行分段起爆。

邊坡開挖區(qū)的第一層開挖，主要是由于開挖區(qū)原始山坡陡峭，為形成施工作業(yè)平臺或形成簡易施工道路而采取的開挖手段。施工時采用手風鉆造孔，依地形情況孔深為1.5～4.0 m，淺孔梯段爆破，靠近設(shè)計邊坡輪廓線采取光面或預裂爆破開挖，見圖3。

圖3 各區(qū)首層開挖鉆爆手段示意圖

需實施底部保護層石方開挖的部位在主爆破區(qū)開挖時，臨近建基面部位均預留厚約2 m的垂直保護層(具體厚度根據(jù)爆破試驗確定)，根據(jù)施工進度需要，底部保護層擬采用保護層一次爆破成型技術(shù)，齒槽等溝槽部位擬采用手風鉆造孔分層爆破或?qū)嵤┧筋A裂爆破。見圖4。

圖4 底板巖體保護層鉆爆示意圖

溝槽開挖屬掏槽爆破，擬用預裂爆破法或光面爆破法進行施工。預裂爆破法先在兩側(cè)設(shè)計坡面進行預裂，預裂孔可一次鉆到設(shè)計高程，爾后按預留垂直保護層進行中部分層梯段爆破。光面爆破法，先進行中間梯段爆破，最后進行溝槽兩側(cè)緩沖爆破或光面爆破，采用非電毫秒雷管聯(lián)網(wǎng)起爆。

3.2.2 爆破參數(shù)

根據(jù)各層開挖梯段高度、邊坡斜長、巖石地質(zhì)情況及爆破開挖方式，暫定爆破參數(shù)見表1-表3。實際施工中，將根據(jù)爆破試驗和爆破效果進一步調(diào)整爆破參數(shù)。

表1 淺孔梯段爆破參數(shù)表

表2 深孔梯段爆破參數(shù)表

表3 邊坡預裂或光面爆破參數(shù)表

3.2.3 爆破網(wǎng)路

石方開挖鉆爆工作面多處與混凝土施工工作面間距離較近。這些部位在石方爆破開挖過程中，為減少爆破震動，防止破壞新澆混凝土的質(zhì)量，須采用單孔毫秒微差網(wǎng)路起爆。利用孔間分段的方法，控制最大單響起爆藥量、創(chuàng)造后排工作面，確保邊坡、建基面和新澆混凝土的安全以及控制爆破飛石，減少開挖部位之間、開挖和其它工序之間的影響。有些部位需要從中間先開工作面時，采用V形起爆網(wǎng)路，預裂前沿一般采用排間起爆網(wǎng)路，鄰近開挖區(qū)邊界一般采用單孔微差起爆網(wǎng)路，如泄水閘閘室齒槽等各槽挖部位的中間成槽。V形起爆網(wǎng)路見圖5；一般排間起爆網(wǎng)路見圖6；鄰近開挖區(qū)域邊界部分的起爆網(wǎng)路見圖7。

圖5 V形起爆網(wǎng)路示意圖

圖6 一般排間起爆網(wǎng)路示意圖

圖7 單孔微差起爆網(wǎng)路示意圖

4 結(jié) 語

1) 葛藤坳水庫高邊坡基巖強度高，采用機械開挖難度大，結(jié)合工程經(jīng)驗，采用爆破開挖方式可提高工程施工效率。在施工過程中，需要嚴格按照施工工序進行，以保證工程安全。

2) 根據(jù)工程經(jīng)驗，提出了相關(guān)爆破開挖試驗參數(shù)。在工程實施過程中，需通過爆破試驗，進一步優(yōu)化爆破參數(shù)。

3) 爆破開挖施工具備一定的風險，需要總結(jié)爆破試驗中飛石距離、震動衰減等參數(shù)，為工程設(shè)計及施工安全措施提供參考。