淺談高陡邊坡緩傾角預(yù)裂開挖施工技術(shù)

李宗顯

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213）

1 工程概況

雙江口水電站壩址位于大渡河上源河流足木足河與綽斯甲河匯合口以下約2km處，采用壩式開發(fā)，水庫正常蓄水位2500m，總庫容28.97億m3，電站裝機(jī)容量2000MW[1]。攔河壩為礫石土心墻堆石壩，是我國在建的世界最高壩，壩頂高程2510m，壩底最低高程為2195m，最大壩高達(dá)315m。校核洪水位2504.42m，最低死水位2420.00m，多年平均發(fā)電量77.07億kW·h[1]。

大壩左右岸壩肩除2280m高程設(shè)有一條4.5m寬施工期臨時馬道外，其他高程均無馬道。邊坡高陡且變級，相較于其他工程邊坡，坡比更緩且多變，最緩坡比為1∶1.3，具體坡比詳見表1，施工安全風(fēng)險高、工期緊張、工程質(zhì)量要求高。

表1 邊坡開挖相關(guān)參數(shù)

2 地質(zhì)條件

2.1 左岸壩肩邊坡

左岸壩肩主體介于勘探剖面橫Ⅰ′下游側(cè)至橫Ⅳ勘探剖面上游側(cè)間，整個坡段總長約300m，總體走向N50°～60°W ，自然坡度35°～53°，下游側(cè)為崩坡積物覆蓋，崩坡積物厚度10.1m～32.70m。2600高程以上基巖裸露，大部分區(qū)域為光壁，產(chǎn)狀N40～80W/SW∠20°～50°。巖性為可爾因花崗巖雜巖體—燕山早期木足渡似斑狀黑云鉀長花崗巖（γ2K5）。根據(jù)地質(zhì)勘查資料顯示，左壩肩無區(qū)域性斷裂裂隙，地質(zhì)構(gòu)造以次級小斷層、節(jié)理裂隙為主[1]。

2.2 右岸壩肩邊坡

右岸壩肩基巖裸露，坡段總長約340m，總體走向N65°～75°W，自然坡度一般45°～60°，2400m高程以下基巖陡壁坡度達(dá)70°～75°，坡腳為塊碎石層，大小混雜，結(jié)構(gòu)松散，穩(wěn)定性差[1]。右岸基巖主要為木足渡似斑狀黑云鉀長花崗巖，分布于2600m高程以下，巖體呈灰白色，2600m高程以上和可爾因溝口一帶為可爾因二云二長花崗巖。根據(jù)地質(zhì)勘查資料顯示，右壩肩斷層相對發(fā)育，規(guī)模較大者為近EW向的F1斷層，在壩肩邊坡高程2510m～2600m附近出露，斷層主斷帶寬1.3m～5.5m，由糜棱角礫巖、次生泥組成，斷面可見近水平和近垂直方向擦痕，濕潤，風(fēng)化強(qiáng)，破碎帶、影響帶呈銹色；在破碎帶、影響帶內(nèi)可見次級錯動。

右岸堆石壩心墻沿軸線開挖高度約350m～360m，開挖最大高程2550m。岸坡走向N70°W，自然坡度55°～63°。右壩肩基巖裸露，黑云母鉀長花崗巖致密堅硬，裂隙總體較稀疏，巖體風(fēng)化弱，邊坡整體穩(wěn)定。規(guī)模較大的F1斷層在邊坡上部2540m左右高程出露，與邊坡走向斜交，雖產(chǎn)狀陡立，但其破碎帶及影響帶較寬大，性狀差，屬Ⅳ～Ⅴ類，穩(wěn)定性差，需采取可靠工程處理。

右岸壩肩F1斷層在2510m～2600m高程出露且其破碎帶及影響帶較寬大，性狀差，屬Ⅳ～Ⅴ類，穩(wěn)定性差，對該部位開挖邊坡采取鎖口錨固等處理措施，同時加強(qiáng)對F1斷層破碎帶的防滲處理。此外，右岸邊坡巖體中其他結(jié)構(gòu)面和巖脈較發(fā)育，相互切割組合，局部可形成不利組合塊體，部分穩(wěn)定性差，應(yīng)加強(qiáng)錨固處理。開挖線外岸坡表部由于卸荷作用形成的局部小型拉裂塊體應(yīng)予以清除處理[1-2]。

3 技術(shù)要求

根據(jù)相關(guān)規(guī)范及設(shè)計要求，邊坡開挖爆破具體要求如下：1）邊坡每臺階開挖允許偏差為開挖高度的±2%；2）大壩心墻蓋板基礎(chǔ)允許超挖不超過20cm，不允許欠挖，爆破后巖面的不平整度不超過15cm；3）石方開挖自上而下進(jìn)行，高度較大的邊坡，應(yīng)分梯段開挖，梯段高度不大于15m，嚴(yán)禁采取自下而上的開挖方式；4）預(yù)裂爆破后，在距預(yù)裂面5m范圍內(nèi)開挖爆破的藥卷直徑不大于70mm；5）預(yù)裂孔最大單響藥量不宜大于50kg；6）預(yù)裂爆破形成的裂縫面應(yīng)貫通；殘留炮孔痕跡應(yīng)在開挖輪廓面上均勻分布，相鄰兩殘留炮孔間的平整度小于15cm；7）梯段爆破要求：距建基面30m以外單響藥量不大于100kg，30m～15m不大于75kg，15m以內(nèi)不大于25kg；具體單響藥量可根據(jù)現(xiàn)場爆破試驗確定；8）設(shè)計邊坡面上的安全質(zhì)點振速≤10cm/s。

4 施工特點

根據(jù)現(xiàn)場各作業(yè)分布情況及作業(yè)環(huán)境，該工程開挖爆破作業(yè)特點如下：1）坡度較緩，孔底傾角偏差較大，控制難度大；2）高邊坡作業(yè)，安全風(fēng)險大；3）爆破控制要求高，爆破石渣的塊度和級配須滿足大壩壓重區(qū)及圍堰填筑要求；4）工作面狹窄，上下交叉作業(yè)多，施工干擾大；5）山體陡峭，出渣道路布置困難，爆破材料運輸均采用人工搬運；6）高寒氣侯對施工影響大；7）邊坡地應(yīng)力大，邊坡預(yù)裂平整度控制難度大。

5 施工方法

5.1 工藝流程

根據(jù)設(shè)計圖紙及技術(shù)要求，結(jié)合現(xiàn)場邊坡出露地質(zhì)條件及人員設(shè)備組織情況，對邊坡預(yù)裂鉆爆工藝流程進(jìn)行細(xì)化，具體流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

5.2 施工方法

5.2.1 施工準(zhǔn)備

施工準(zhǔn)備包括以下內(nèi)容：1）技術(shù)準(zhǔn)備。開工前，組織技術(shù)人員認(rèn)真學(xué)習(xí)、審核施工圖紙，熟悉規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對施工人員進(jìn)行技術(shù)及安全交底等。具體要求如下：①施工方案、爆破設(shè)計編制；②施工技術(shù)交底；③對造孔所用工器具進(jìn)行改造、校檢，保證精度；④準(zhǔn)備施工記錄表格（包括鉆孔記錄、裝藥記錄和聯(lián)網(wǎng)記錄等）；⑤爆后分析成果（爆后粒徑大小、大面平整度、預(yù)裂面殘孔率及平整度）；2）設(shè)備與材料。開工前，組織相關(guān)人員，對施工方案及爆破設(shè)計進(jìn)行分析，合理組合機(jī)械設(shè)備及主要材料，具體要求如下：①鉆孔設(shè)備。預(yù)裂孔與緩沖孔鉆孔采用QZJ-100B潛孔鉆，主爆孔鉆孔采用D7/D9液壓鉆機(jī)。②爆破器材。爆破器材選用由雅安雅化生產(chǎn)的乳化炸藥、導(dǎo)爆管雷管、導(dǎo)爆索。③鉆孔檢查器具。鉆孔檢查以高精度量角器、水準(zhǔn)尺、吊錘配合全站儀，利用三腳架對鉆孔工程進(jìn)行控制。

5.2.2 測量放樣

為保證開挖質(zhì)量，壩基預(yù)裂孔實行逐孔放樣，放出各預(yù)裂孔孔位點及方位點，用油漆標(biāo)識，進(jìn)行點位編號，點位偏差±1cm，方位點距孔位點距離大于2.5m[1]。并采用白灰灑出開挖結(jié)構(gòu)邊線，并標(biāo)出高程、孔深及傾角等。緩沖、爆破孔分別在每間隔10個孔位放1個控制點，其他孔位點，由現(xiàn)場技術(shù)員根據(jù)爆破設(shè)計參數(shù)逐孔布置。放樣點均采用編織袋壓蓋保護(hù)，防止點位丟失及人為破壞[3]。

5.2.3 基礎(chǔ)面清理

在進(jìn)行樣架搭設(shè)前，須對搭設(shè)樣架部位的基礎(chǔ)面進(jìn)行清理平整，保證樣架搭設(shè)穩(wěn)定。凸出巖體清理由人工配合破碎機(jī)進(jìn)行整平，鉆孔平臺不平整度控制在±20cm。

5.2.4 樣架搭設(shè)

樣架采用φ48mm、δ=3mm的鋼管進(jìn)行搭設(shè)，單層結(jié)構(gòu)，垂直高度約1.0m～1.3m，水平方向立桿間距為1.5m，沿水平橫桿布置兩排插筋，插筋采用Ф22mm鋼筋，插筋入巖深度50cm，外露30cm，水平間距3m，插筋外套鋼管與樣架平臺采用扣件牢固連接，插筋孔采用YT-28手風(fēng)鉆鉆孔，錨固劑灌注。鉆機(jī)水平小橫桿和沿坡面的橫桿采用扣件和立桿固定，具體布置型式見圖2、圖3。

圖2 樣架結(jié)構(gòu)平面示意圖

圖3 樣架側(cè)視圖

樣架固定：在樣架基礎(chǔ)部位布置二排長80cm，φ22mm插筋，排距100cm～130 cm。插筋入巖深度50cm，外露30cm，水平間距3m，插筋外套鋼管與樣架平臺采用扣件牢固連接。

安裝導(dǎo)向管：沿設(shè)計坡面安裝長約200cm導(dǎo)向鋼管，間距150cm。導(dǎo)向鋼管水平夾角由測量放樣后，利用坡度尺進(jìn)行調(diào)整，最后再用測量儀器進(jìn)行檢查。根據(jù)不同坡度，導(dǎo)向管（鉆機(jī)）安裝角度均不同：坡比1∶0.58，導(dǎo)向管（鉆機(jī)）角度61.1°；坡比1∶0.8，導(dǎo)向管（鉆機(jī)）角度52.4°；坡比1∶1.15，導(dǎo)向管（鉆機(jī)）角度41.7°；坡比1∶1.3，導(dǎo)向管（鉆機(jī)）角度38.2°。

安裝橫桿：導(dǎo)向鋼管安裝后，再安裝二排橫桿從低至高與導(dǎo)向鋼管采用扣件連接牢固。樣架采用搭設(shè)鋪放時，其搭接長度不得小于50cm，錯縫搭接。

質(zhì)量檢查驗收：樣架完成后，安裝QZJ-100B潛孔鉆，利用坡度尺、量角器及吊線錘進(jìn)行質(zhì)量檢查，并對垂直度進(jìn)行校核，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整。樣架和QZJ-100B潛孔鉆安裝及開孔位置，必須經(jīng)過作業(yè)班組“初檢”、“復(fù)檢”，項目部質(zhì)量部負(fù)責(zé)“終檢”，并由測量人員及測量監(jiān)理測量合格，由現(xiàn)場監(jiān)理工程師驗收合格后才能進(jìn)行預(yù)裂孔開鉆[4]。

鉆孔：預(yù)裂孔及緩沖孔采用QZJ-100B潛孔鉆進(jìn)行鉆孔，主爆孔采用D7/D9液壓鉆機(jī)鉆孔。開孔前，采用地質(zhì)羅盤或量角器準(zhǔn)確測量出開鉆角度，分別在鉆進(jìn)20cm、100cm、200cm時對鉆桿角度進(jìn)行校核、調(diào)整，鉆孔深度保證孔底高程一致，使爆破后巖面整體平整，便于下一循環(huán)作業(yè)和滿足建基面開挖要求。為防止鉆孔過程灰塵污染空氣，鉆孔時須設(shè)置水管進(jìn)行噴霧降塵。鉆孔結(jié)束后，及時將巖粉吹除干凈，并對孔深進(jìn)行檢查，孔深不夠的需加深，鉆孔超深時，用巖粉對孔底進(jìn)行補(bǔ)填；鉆孔時，隨時將孔口巖渣清除干凈并整平，防止掉入孔內(nèi)；鉆孔結(jié)束后要封好孔口，防止雨水將巖粉沖入孔內(nèi)。預(yù)裂爆破鉆孔時必須使用樣架，樣架必須固定牢固。在QZJ-100B鉆機(jī)上加裝限位板、扶正器并在鉆機(jī)上加焊固定支架，防止開孔時的鉆頭偏移和“飄鉆”現(xiàn)象。

裝藥：梯段爆破預(yù)裂孔竹片綁扎，導(dǎo)爆索串聯(lián)φ32mm乳化藥卷間隔裝藥，線密度250g/m～350g/m，主爆孔采用φ70mm巖石乳化炸藥，單耗按0.35 kg/m3～0.5kg/m3進(jìn)行控制。裝藥作業(yè)時，除爆破員外，施工設(shè)備及其他施工人員均需撤離至距離爆破區(qū)200m以外的安全區(qū)域，并安排專職人員在炮區(qū)各個出入口進(jìn)行安全警戒。

連網(wǎng)爆破：裝藥結(jié)束后，按爆破設(shè)計進(jìn)行連網(wǎng)起爆。為保證爆破作業(yè)安全和邊坡穩(wěn)定及成型，均采用毫秒微差非電起爆網(wǎng)絡(luò)。

爆后分析：實行一炮一分析的原則，在每次爆破完成后，組織相關(guān)人員對爆破后巖石地質(zhì)條件、坡面平整度、殘孔率等進(jìn)行分析，確定爆破參數(shù)合理性，優(yōu)化爆破設(shè)計。

安全處理：爆破后，首先由爆破員及安全員進(jìn)入開挖區(qū)進(jìn)行安全檢查，對發(fā)現(xiàn)的問題，如盲炮、危石等進(jìn)行處理。出渣前，清理邊坡松動石塊，及時對開挖巖面進(jìn)行檢查，并根據(jù)巖面出露情況確定是否需要臨時支護(hù)，以保證巖石邊坡穩(wěn)定安全。

作業(yè)面清理：出渣完成并經(jīng)安全處理后，清理工作面附近的石渣，便于進(jìn)行下一循環(huán)。翻渣時要求灑水降塵。

安全觀測：邊坡開挖后，對開挖面加強(qiáng)安全巡視檢查，結(jié)合巖石變形儀器及時進(jìn)行巖石邊坡變形觀測，保證邊坡的穩(wěn)定，并派專人進(jìn)行安全監(jiān)測和資料分析，發(fā)現(xiàn)異常情況立即發(fā)出警告，通知施工人員及設(shè)備撤離現(xiàn)場，同時采用必要的處理措施，確保施工人員設(shè)備安全[5]。

5.3 爆破設(shè)計

5.3.1 預(yù)裂爆破

5.3.1.1 孔距

根據(jù)現(xiàn)場預(yù)裂爆破試驗及其成型效果，最終形成各梯段預(yù)裂爆破鉆孔參數(shù)，詳見表2。

表2 預(yù)裂爆破鉆孔參數(shù)表

5.3.1.2 線裝藥密度

邊坡預(yù)裂線裝藥密度為280g/m～350g/m，建基面保護(hù)層水平預(yù)裂線裝藥密度為200 g/m～250g/m。

5.3.1.3 裝藥結(jié)構(gòu)

底部加強(qiáng)裝藥3對φ32mm藥卷，中間間隔裝藥，每間隔26cm，安裝半節(jié)32mm藥卷，孔口段用巖粉堵塞1m。

5.3.1.4 起爆

預(yù)裂炮孔和梯段主炮孔若在同一爆破網(wǎng)絡(luò)中起爆，預(yù)裂炮孔先于相鄰梯段炮孔起爆時間不小于75ms。預(yù)裂孔最大單響藥量不大于50kg。當(dāng)藥量超過規(guī)定時，根據(jù)預(yù)裂部位的具體情況進(jìn)行串聯(lián)分段起爆。

5.3.2 梯段爆破

5.3.2.1 主爆孔參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場爆破試驗及爆破料粒徑，形成梯段主爆破鉆孔參數(shù)，詳見表3。

表3 梯段主爆孔爆破參數(shù)表

5.3.2.2 緩沖孔參數(shù)

緊鄰設(shè)計邊坡預(yù)裂孔的1排梯段炮孔作為緩沖炮孔，其孔距和每孔裝藥量，詳見表4。

表4 梯段爆破緩沖孔參數(shù)表

5.3.2.3 爆破網(wǎng)路

梯段爆破網(wǎng)絡(luò)采用大區(qū)微差爆破，梯段爆破單響藥量及一次總裝藥量，須滿足質(zhì)點振動速度的要求。具體控制措施詳見第3章第（8）條要求。

6 結(jié)論

綜上所述，為解決邊坡預(yù)裂開挖成型質(zhì)量，嚴(yán)格執(zhí)行事前預(yù)防、事中控制、事后總結(jié)的控制手段，施工過程中通過嚴(yán)格的三檢制，即開孔前由測量及質(zhì)檢人員的逐孔放樣、檢查，鉆孔過程的全過程檢查跟蹤，分別在鉆進(jìn)20cm、100cm、200cm時，對鉆桿角度進(jìn)行校核、調(diào)整。達(dá)到每孔檢查，每孔必檢。鉆前檢查校核，過程抽檢，鉆后檢查驗收，保證開挖面質(zhì)量。通過一系列控制手段，提高了現(xiàn)場施工工藝水平、效率及成型質(zhì)量，減少了過程質(zhì)量整改，降低了后期混凝土回填成本，為后序蓋板混凝土施工奠定了堅實的基礎(chǔ)。