兩河口水電站砂板巖壩肩開挖爆破試驗(yàn)研究

張 偉

(中國葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

1 概述

1.1 工程概況

兩河口水電站大壩心墻混凝土蓋板基礎(chǔ)邊坡從高程2615m至2875m，高差260m，其中左岸壩肩開挖高程為2615m至2995m，2875m以下坡比為1∶1.3。

1.2 地質(zhì)條件

兩河口水電站左壩肩開挖邊坡地形坡度約55°，出露巖性主要以變質(zhì)粉砂巖夾粉砂質(zhì)板巖為主，局部為粉砂質(zhì)板巖和薄層狀變質(zhì)砂巖夾粉砂質(zhì)板巖。邊坡巖體主要位于弱卸荷、弱下風(fēng)化帶，局部位于強(qiáng)卸荷、弱上風(fēng)化帶內(nèi)，上游側(cè)邊坡出露斷層與坡面相交角度較大、陡傾下游，破碎帶主要由碎裂巖、片狀巖及糜棱巖組成。

2 試驗(yàn)?zāi)康募霸囼?yàn)內(nèi)容

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

通過對比試驗(yàn)，根據(jù)預(yù)裂爆破、光面爆破后效果及爆破聲波檢測成果，確定兩河口砂板巖質(zhì)壩肩開挖爆破采取的方式、線裝藥密度及裝藥結(jié)構(gòu)。

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

在左壩肩坡比1∶1.3的邊坡，高程2820m～2810m進(jìn)行預(yù)裂爆破和光面爆破試驗(yàn)。以壩軸線為界，上游側(cè)(壩)0-028.37～(壩)0±000.00范圍邊坡采用預(yù)裂爆破，下游側(cè)(壩)0±000.00～(壩)0+025.93范圍邊坡采用光面爆破，并對爆破聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定適用于左壩肩2875m以下1∶1.3坡比邊坡開挖的爆破方式及參數(shù)。

3 試驗(yàn)過程

3.1 測量放樣

由測量隊(duì)對每個(gè)預(yù)裂孔、光爆孔孔位放樣，孔距均為80cm。

3.2 鉆孔樣架

預(yù)裂孔、光爆孔鉆孔前搭設(shè)鉆孔樣架。樣架貼開挖坡面搭設(shè)，坡面設(shè)置C25@1m插筋，固定樣架鋼管。為滿足下一臺(tái)階鉆機(jī)架鉆要求，采用技術(shù)性超欠挖進(jìn)行開挖，孔口欠挖10cm，孔底超挖50cm，故鉆孔角度(即鋼管導(dǎo)向夾角)為38.22°，樣架由測量放樣后，利用量角器和坡度尺等進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)整，最后再由測量儀器進(jìn)行校核。鉆孔樣架設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 鉆孔樣架設(shè)計(jì)

3.3 鉆孔

3.3.1 預(yù)裂、光爆孔

預(yù)裂、光爆鉆孔采用QZJ-100B潛孔鉆，鉆孔直徑φ89。預(yù)裂孔及光爆孔間距均為80cm，孔底超深50cm。

開鉆前先由測量人員按爆破設(shè)計(jì)布孔參數(shù)放出開孔位置，采用紅油漆在現(xiàn)場做好標(biāo)識(shí)，由現(xiàn)場管理員對鉆孔人員發(fā)出鉆孔任務(wù)書(鉆孔位置、角度、深度、孔數(shù))，鉆孔人員按照鉆孔任務(wù)書所示角度將鉆機(jī)采用鋼管樣架固定，采用扣件將鉆機(jī)導(dǎo)軌和樣架連接穩(wěn)固，鉆機(jī)就位后用坡度尺和其他測量儀器檢查鉆孔傾角和孔向，鉆孔鉆進(jìn)30cm左右時(shí)調(diào)校鉆孔偏斜度，確保在設(shè)計(jì)輪廓面內(nèi)鉆孔成孔，鉆孔過程中隨時(shí)對鉆孔深度和角度進(jìn)行糾偏調(diào)整。

3.3.2 緩沖、主爆孔

緩沖孔、主爆孔采用CM351鉆機(jī)或D7液壓鉆機(jī)鉆孔，鉆孔直徑φ115，預(yù)裂爆破區(qū)域間排距4.0m×4.5m，光面爆破區(qū)域間排距3.0m×4.0m，孔深均為13.2m，鉆孔時(shí)若出現(xiàn)飄孔，需將成孔深度減少至10m～12m，孔底超深80cm。

在鉆孔布孔時(shí)需避開軟弱夾層，由質(zhì)檢員對鉆孔孔網(wǎng)參數(shù)及質(zhì)量進(jìn)行檢查，要認(rèn)真檢查鉆孔間排距、角度及深度等控制性技術(shù)指標(biāo)是否滿足要求。

鉆機(jī)就位后用自制量角器或地質(zhì)羅盤及坡度尺檢查鉆孔孔向和傾角，鉆孔鉆進(jìn)50cm左右時(shí)檢查和調(diào)校鉆孔偏斜度，確保鉆孔質(zhì)量。鉆孔完成后采用水泥紙將孔口堵好，以防石渣落入孔內(nèi)堵孔。若出現(xiàn)嚴(yán)重塌孔導(dǎo)致無法成孔時(shí)需進(jìn)行換位鉆孔。

3.3.3 鉆孔質(zhì)量要求。

(1)鉆孔孔位應(yīng)根據(jù)爆破設(shè)計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場放樣。

(2)主爆孔鉆孔實(shí)際孔位與設(shè)計(jì)孔位的偏差不宜大于孔間排距的8%。

(3)鉆孔傾角與方向偏差，主爆孔不宜大于2°，預(yù)裂爆破和光面爆破孔不宜大于1°。

(4)鉆孔開鉆角度應(yīng)符合爆破設(shè)計(jì)的規(guī)定。緩沖、主爆孔深允許偏差宜為+20cm，預(yù)裂、光面爆破孔宜為±5cm。

(5)鉆孔完成后清除孔內(nèi)積水和巖渣，并對孔口簡易封堵進(jìn)行保護(hù)。

(6)對鉆孔堵塞后不能裝藥的孔進(jìn)行掃孔或重鉆。

3.4 驗(yàn)孔

每個(gè)鉆孔完畢后，進(jìn)行孔深的檢查。預(yù)裂孔超深時(shí)先回填，后裝藥。在鉆孔鉆進(jìn)過程中，進(jìn)行孔的方位角和傾角的檢查；在所有的鉆孔工作完畢后，進(jìn)行孔深、孔位角、傾角等孔網(wǎng)參數(shù)的檢查。所有鉆孔的參數(shù)誤差需在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，否則需重新進(jìn)行鉆孔或掃孔處理。

3.5 裝藥及裝藥結(jié)構(gòu)

3.5.1 預(yù)裂爆破

預(yù)裂孔采用不耦合間隔裝藥，底部加強(qiáng)裝1200g，每30cm裝1/3節(jié)φ32藥卷，按裝藥設(shè)計(jì)間隔布置在竹片和導(dǎo)爆索上，竹片和藥串放入預(yù)裂孔內(nèi)，藥串面向巖體開挖一側(cè)。標(biāo)準(zhǔn)段線裝藥密度為223g/m，孔口段每30cm裝1/4節(jié)φ32藥卷，共3支，堵塞長度為201cm，單孔裝藥量為4.23kg，平均線裝藥密度257g/m。預(yù)裂爆破孔設(shè)計(jì)裝藥結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 預(yù)裂爆破裝藥結(jié)構(gòu)

緩沖孔及主爆孔采用耦合連續(xù)裝藥，緩沖孔單孔裝藥量為53kg，主爆孔單孔裝藥量為133kg，堵塞長度均為260cm，炸藥單耗為0.45kg/m3。

3.5.2 光面爆破

光爆孔采用不耦合間隔裝藥，底部加強(qiáng)裝藥800g，每33cm裝1/3節(jié)φ32藥卷，按裝藥設(shè)計(jì)間隔布置在竹片和導(dǎo)爆索上，竹片和藥串放入光爆孔內(nèi)，藥串面向巖體開挖一側(cè)。標(biāo)準(zhǔn)段線裝藥密度為203g/m，孔口段每30cm裝1/4節(jié)φ32藥卷，共3支，堵塞長度為203cm，單孔裝藥量為3.7kg，平均線裝藥密度219g/m。光面爆破孔設(shè)計(jì)裝藥結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 光面爆破裝藥結(jié)構(gòu)

緩沖孔及主爆孔采用耦合連續(xù)裝藥，緩沖孔單孔裝藥量為55kg，主爆孔單孔裝藥量為137kg，堵塞長度均為260cm，炸藥單耗為0.45kg/m3。

3.5.3 堵塞

預(yù)裂孔及光爆孔藥串安裝入孔后，用紙團(tuán)等松軟物質(zhì)壓在藥柱上，孔口段采用細(xì)巖砂堵塞搗實(shí)，堵塞長度2m左右，緩沖孔和主爆孔堵塞長度不小于2.5m～3.0m。

3.6 起爆網(wǎng)絡(luò)

預(yù)裂孔、光爆孔、緩沖孔、主爆孔起爆網(wǎng)絡(luò)采用孔內(nèi)延時(shí)，孔外分段，電雷管一同起爆。預(yù)裂爆破，預(yù)裂孔先于主爆孔起爆；光面爆破，主爆孔先于光爆孔起爆。

3.6.1 預(yù)裂爆破

預(yù)裂爆破采用非電導(dǎo)爆索起爆，毫秒導(dǎo)爆管繼爆，10孔一響，最大單響藥量為42.3kg，預(yù)裂孔與主爆孔同一網(wǎng)絡(luò)起爆，預(yù)裂孔先行起爆，起爆時(shí)間超前相鄰主爆孔100ms以上。緩沖孔、主爆孔采用雙導(dǎo)爆管反向起爆，最大單響藥量為266kg。起爆網(wǎng)絡(luò)采用電雷管起爆。

3.6.2 光面爆破

光面爆破采用非電導(dǎo)爆索起爆，毫秒導(dǎo)爆管繼爆，10孔一響，最大單響藥量為37kg，光爆孔與主爆孔同一網(wǎng)絡(luò)起爆，光爆孔最后起爆，起爆時(shí)間較相鄰主爆孔晚100ms以上。緩沖孔、主爆孔采用雙導(dǎo)爆管反向起爆，最大單響藥量為274kg，起爆網(wǎng)絡(luò)采用電雷管起爆。

3.7 爆破聲波檢測

在爆破試驗(yàn)期間，對左壩肩預(yù)裂與光面爆破對比試驗(yàn)進(jìn)行了聲波檢測。共布置了6組爆前爆后單孔聲波和3組爆前爆后對穿聲波測試進(jìn)行檢測。

4 爆破效果對比分析

預(yù)裂爆破試驗(yàn)段為心墻基礎(chǔ)下游側(cè)，邊坡巖體強(qiáng)風(fēng)化、大部分較為破碎，爆破后殘孔率為25%，不平整度小于15cm。

光面爆破試驗(yàn)段為心墻基礎(chǔ)上游側(cè)，邊坡巖體弱風(fēng)化、部分較為完整，爆破后殘孔率為73%，滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，但不平整度大于15cm。根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)效果來看，由于光爆孔間距大、裝藥量較小，致使相鄰兩殘留炮孔間不平整度平均為18cm。

根據(jù)爆破損傷檢測，單孔聲波和對穿聲波在1.0m、2.0m、5.0m各處衰減率均未超過10%，滿足設(shè)計(jì)要求，說明預(yù)裂、光爆裝藥量及單響藥量適中，但仍有調(diào)整空間，可進(jìn)一步優(yōu)化。

5 總結(jié)及建議

通過預(yù)裂爆破與光面爆破對比，爆破后殘孔率均滿足設(shè)計(jì)要求，但光面爆破不平整度大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，且單孔聲波及對穿聲波衰減率大于預(yù)裂爆破，對邊坡?lián)p傷較大。若采用光面爆破，則需減小緩沖孔與光爆孔距離及光爆孔間距，同時(shí)需采用預(yù)留保護(hù)層并減小梯段高度的方式施工，需多次進(jìn)行試驗(yàn)比選最優(yōu)參數(shù)才能取得更好的效果，那么就會(huì)增加大量的施工投入，從而導(dǎo)致施工進(jìn)度緩慢，故不建議全面進(jìn)行光面爆破施工。建議后續(xù)施工中采用預(yù)裂爆破的方法進(jìn)行施工，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)條件編制爆破設(shè)計(jì)，針對不同的地質(zhì)條件，調(diào)整合理的爆破參數(shù)。