某水電站石料場(chǎng)邊坡超深孔預(yù)裂爆破施工技術(shù)

張 維 春， 梁 小 陽， 張 浩

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

某水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上，為雅礱江中下游的“龍頭”水庫。電站的開發(fā)任務(wù)為以發(fā)電為主、兼顧長(zhǎng)江中下游防洪任務(wù)和改善枯水期航運(yùn)條件，電站裝機(jī)容量為3 000 MW(6×500 MW)，多年平均年發(fā)電量110.62億kW·h，大壩壩高295 m，為礫石土心墻堆石壩，壩體所需堆石料、反濾料、過渡料共計(jì)約3 000萬m3。

電站修建所需砂石骨料的原料主要來自瓦支溝石料場(chǎng)，料場(chǎng)分布高程為3 250～2 800 m，最大開挖坡高450 m，高程3 000～3 250 m的坡比為1∶0.3。料場(chǎng)地處高原，每級(jí)開挖梯段垂直高度為25 m，每級(jí)開挖梯段均需進(jìn)行大量的錨桿及預(yù)應(yīng)力錨索施工。

瓦支溝料場(chǎng)地處高原寒冷地區(qū)，料場(chǎng)邊坡為永久外露邊坡，其預(yù)裂開挖質(zhì)量直接影響到工程的形象面貌，因此，對(duì)預(yù)裂開挖永久外露面的外觀質(zhì)量要求較高，須預(yù)裂爆破一次成型。料場(chǎng)巖石以砂板巖為主，抗壓強(qiáng)度較高，料場(chǎng)巖石的烘干抗壓強(qiáng)度最高達(dá)到177.22 MPa，烘干強(qiáng)度最低為96.49 MPa[1]。瓦支溝石料場(chǎng)巖石抗壓強(qiáng)度見表1。

表1 瓦支溝石料場(chǎng)巖石抗壓強(qiáng)度表

因該料場(chǎng)地處山區(qū)，地形復(fù)雜，道路交通極其不便，料場(chǎng)邊坡的預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿等的施工與預(yù)裂爆破作業(yè)存在一定程度的交叉作業(yè)情況，所存在的安全隱患亦為邊坡開挖成型增加了一定難度。在高原、高陡邊坡、超深孔、巖石強(qiáng)度高等條件下施工如何保證開挖質(zhì)量是一個(gè)難點(diǎn)。

2 邊坡開挖技術(shù)方法的確定

根據(jù)長(zhǎng)河壩水電站料場(chǎng)開挖以及該水電站大壩左/右岸壩肩開挖的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合瓦支溝石料場(chǎng)的各項(xiàng)指標(biāo)及特點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)管理人員及技術(shù)人員總結(jié)出一套在施工機(jī)械設(shè)備、施工所用材料、造孔、裝藥、爆破網(wǎng)絡(luò)、爆破振動(dòng)等方面適合于瓦支溝石料場(chǎng)開挖的施工技術(shù)方法。

2.1 機(jī)械設(shè)備及材料的選取

(1)預(yù)裂孔造孔設(shè)備采用100B潛孔鉆，空氣壓縮機(jī)選用中風(fēng)壓(10～16 MPa)，每臺(tái)100B潛孔鉆按10 m3/min的風(fēng)量配置，以保證供風(fēng)量及供風(fēng)壓力滿足100B潛孔鉆在超深孔鉆進(jìn)條件下的工作需求。

(2)在超深預(yù)裂孔造孔鉆進(jìn)到位后，孔內(nèi)殘留的渣滓難以沖洗干凈而導(dǎo)致預(yù)裂深度不足、欠挖嚴(yán)重，對(duì)此，技術(shù)人員通過一種實(shí)用新型發(fā)明《一種預(yù)裂孔簡(jiǎn)易快速洗孔裝置》(圖1)與料場(chǎng)錨索施工的高風(fēng)壓空氣壓縮機(jī)或100B潛孔鉆使用的中風(fēng)壓空氣壓縮機(jī)進(jìn)行連接，針對(duì)部分掃孔不徹底的預(yù)裂孔再次進(jìn)行掃孔，將孔內(nèi)的渣滓清掃干凈，保證了預(yù)裂孔深度。

圖1 預(yù)裂孔簡(jiǎn)易快速洗孔裝置示意圖

(3)施工過程中，采用自制的(安裝角鋼和鉛墜)大量角器(圖2)測(cè)量孔斜以提高孔斜的測(cè)量精度；采用自制的大量角器對(duì)坡度儀進(jìn)行校準(zhǔn)并固定讀數(shù)后的坡度儀進(jìn)行使用(圖3)。

圖2 自制大量角器

圖3 校準(zhǔn)固定讀數(shù)后的坡度儀

(4)對(duì)用于預(yù)裂孔造孔樣架的鋼管進(jìn)行篩選，剔除變形彎曲及物理性能差的：彈性模量小于2.06×105 N/mm2，抗彎強(qiáng)度小于205 N/mm2的鋼管，保證了預(yù)裂樣架的穩(wěn)定、牢固以及角度的精準(zhǔn)[2]。

2.2 預(yù)裂孔造孔方法的確定

在預(yù)裂孔造孔過程中，為確保終孔時(shí)鉆孔質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，其合格率至少應(yīng)達(dá)到98%，不出現(xiàn)兩孔交叉等現(xiàn)象，在總結(jié)了已施工的預(yù)裂孔后采取了以下方法進(jìn)行預(yù)裂孔施工：

(1)造孔施工前，首先對(duì)開挖平臺(tái)進(jìn)行整平使其大面平整，開挖馬道上施工兩排插筋(Φ28，L=0.8 m入巖0.5 m)，將鋼管架固定在插筋上，鋼管架間距為0.8 m與預(yù)裂孔間距一致，盡可能地將100B鉆機(jī)安裝在有鋼管斜支撐的地方作業(yè)，以降低100B鉆機(jī)作業(yè)時(shí)的抖動(dòng)；利用測(cè)量?jī)x器測(cè)放孔位，并將孔位點(diǎn)在水平鋼管架上用膠帶進(jìn)行標(biāo)記。

(2)預(yù)裂孔采用“五步校鉆”法鉆孔：

①樣架搭設(shè)完畢，及時(shí)進(jìn)行角度、位置校核；

②架鉆過程及結(jié)束后及時(shí)進(jìn)行角度、位置校核；

③開鉆前對(duì)鉆機(jī)角度、開孔位置進(jìn)行校核；

④開鉆0.3 m后對(duì)鉆機(jī)角度進(jìn)行校核；

⑤開鉆1 m后對(duì)鉆機(jī)角度進(jìn)行校核。

2.3 爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)

(1)預(yù)裂爆破的主爆孔及緩沖孔采用CM351、T35、T40高風(fēng)壓鉆機(jī)造孔；緩沖孔間距為2.1 m,排距離預(yù)裂孔2 m，孔徑為90 mm；主爆孔間距4.2 m，排距3.6 m，孔徑為115 mm；主爆孔及緩沖孔均采用φ70乳化炸藥連續(xù)裝藥，炸藥采用人工裝填，木(竹)棍搗實(shí)，巖屑或黏土堵塞，裝藥按單耗炸藥量0.5～0.6 kg/m3控制。

(2)預(yù)裂孔孔距為0.8 m，孔徑90 mm，采用φ32乳化炸藥、孔底2倍加強(qiáng)裝藥，孔口1 m用炮泥堵塞或巖粉作為充填物，預(yù)裂孔線裝藥密度為325～425 g/m(結(jié)合上一茬炮情況以及本次地質(zhì)情況預(yù)報(bào)、現(xiàn)場(chǎng)查看情況、預(yù)裂孔線裝藥密度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整)[3]。

2.4 爆破振動(dòng)速度的控制

根據(jù)規(guī)范及參建各方的要求，需將錨索施工進(jìn)度與開挖面高差控制在25 m左右。因此，爆破時(shí)的振動(dòng)速度控制尤為重要。根據(jù)規(guī)范要求的爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)，混凝土及錨索施工后7 d以內(nèi)其爆破振動(dòng)速度不能大于5 cm/s，混凝土及錨索施工后大于7 d的爆破振動(dòng)速度不能大于10 cm/s；結(jié)合料場(chǎng)施工的實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮后最終確定：料場(chǎng)后邊坡混凝土澆筑及預(yù)應(yīng)力錨索灌漿及張拉作業(yè)50 m范圍內(nèi)7 d以內(nèi)不得進(jìn)行爆破，7 d以后的爆破振動(dòng)速度不大于7 cm/s[4]。

為降低爆破振動(dòng)速度，通過一系列的監(jiān)測(cè)及試驗(yàn)得出最大單響藥量及爆破距離對(duì)爆破振動(dòng)速度的影響關(guān)系(表2)。

表2 料場(chǎng)預(yù)裂爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)成果表

通過計(jì)算及討論確定：將預(yù)裂爆破的單響藥量控制在34 kg以內(nèi)，距離料場(chǎng)邊坡50 m以內(nèi)的單響藥量控制在200 kg及以下；距離料場(chǎng)邊坡50 m以外的單響藥量控制在300 kg及以下。

2.5 起爆網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

起爆網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)必須保證梯段爆破臨近坡面的最大單段起爆藥量符合要求，起爆后巖體在排間和孔間充分碰撞、擠壓；保持粒徑和級(jí)配滿足相關(guān)要求。排間微差延時(shí)分段，多創(chuàng)造瞬時(shí)臨空面以提高爆破效果。為減少振動(dòng)，采用了毫秒微差網(wǎng)絡(luò)起爆。采用排間分段的方法控制最大單響起爆藥量，以確保邊坡和新噴錨支護(hù)區(qū)的安全并控制飛石，減少開挖部位之間、開挖和其他工序之間的影響。

采用“V”形網(wǎng)絡(luò)起爆，排間用MS7和MS9雷管連接，起爆的時(shí)間間隔為110 ms，孔內(nèi)統(tǒng)一裝MS11或MS13雷管起爆。緩沖孔采用導(dǎo)爆索傳爆，起爆網(wǎng)絡(luò)與主爆孔一起采用非電毫秒導(dǎo)爆管引爆聯(lián)網(wǎng)、電力起爆方式、電雷管引爆、起爆器起爆。

2.6 輔助措施

對(duì)每次預(yù)裂爆破進(jìn)行總結(jié)，結(jié)合地質(zhì)條件、現(xiàn)狀等情況，對(duì)下一次預(yù)裂爆破的裝藥參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，設(shè)計(jì)出最優(yōu)爆破參數(shù)進(jìn)行施工。

3 效果檢測(cè)

為驗(yàn)證瓦支溝石料場(chǎng)預(yù)裂爆破的各項(xiàng)技術(shù)措施的有效性，我們對(duì)實(shí)施措施后的7次預(yù)裂爆破后的平整度及半孔率進(jìn)行了檢查統(tǒng)計(jì)，平整度合格率最低為94.8%，最高為97%；半孔率最低為87.7%，最高為93.3%(表3)[5]。料場(chǎng)后邊坡開挖效果見圖4。

表3 平整度及半孔率檢查表

圖4 料場(chǎng)后邊坡開挖效果

4 結(jié) 語

通過對(duì)瓦支溝石料場(chǎng)地質(zhì)條件、環(huán)境等各種因素進(jìn)行分析，采用選擇合理的材料、設(shè)備、施工方法及爆破參數(shù)等措施進(jìn)行施工以達(dá)到開挖的各項(xiàng)要求及指標(biāo)，有效地保證了邊坡預(yù)裂爆破質(zhì)量，施工進(jìn)度、成本、安全等受控并符合標(biāo)準(zhǔn)。

料場(chǎng)后續(xù)多次預(yù)裂爆破開挖的整體效果均較好，預(yù)裂成型的輪廓規(guī)則，邊坡平整度及超欠挖符合要求，半孔率高，振動(dòng)速率均在規(guī)定范圍內(nèi)，由此可見，所采取的各項(xiàng)施工措施可行有效。