新疆AETS水利樞紐巖質(zhì)高邊坡大孔距預(yù)裂爆破施工技術(shù)

孔德謙，柴韜

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610000)

1 概述

1.1 工程概況

新疆AETS水利樞紐工程是葉爾羌河干流山區(qū)下游河段的控制性水利樞紐工程，開發(fā)主要目的為塔里木河生態(tài)供水和灌溉，兼顧防洪、發(fā)電。葉爾羌河流域地處新疆西南部喀什地區(qū)，塔里木盆地西南邊緣，河流發(fā)源于喀喇昆侖山，流域面積8.56萬km2，全長1289km。AETS水利樞紐是葉爾羌河流域內(nèi)最大的山區(qū)水庫工程，水庫總庫容22.49億m3，正常蓄水位1820m，壩型為混凝土面板砂礫石堆石壩，壩高164.8m，電站裝機(jī)容量755MW，屬大(1)型工程。工程由攔河壩、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔放空排沙洞、發(fā)電引水系統(tǒng)、電站廠房、生態(tài)基流引水洞及過魚設(shè)施等主要建筑物組成。

1.2 工程地質(zhì)

兩岸山體雄厚，基巖裸露，坡高565m～610m，邊坡坡度55°～75°?；鶐r巖性為中石炭統(tǒng)阿孜干組(C2a)的薄層灰?guī)r、巨厚層白云質(zhì)灰?guī)r，以及上石炭統(tǒng)塔合奇組(C3t)的灰色巨厚層狀白云質(zhì)灰?guī)r。邊坡整體穩(wěn)定，局部存在穩(wěn)定問題，分布有31個(gè)危巖體以及邊坡表面的淺層卸荷體，對(duì)工程的施工及運(yùn)行安全有一定影響，需采取處理措施。危巖體處理石方開挖量達(dá)23.8萬m3，主要包括W1-W9、W17-W24、W27、W31。其中W1-W9位于右岸邊坡頂部，W17、W19、W20、W21位于邊坡1960m邊坡陡立部位(邊坡坡度75°～80°)，W18、W22-W24位于1960m工程邊坡相對(duì)較緩部位(邊坡坡度50°～55°)。

1.3 采用預(yù)裂爆破的必要性

AETS大壩工程工期緊，各部位石方明挖工程相關(guān)性大，需要保證較為高效的開挖進(jìn)度。根據(jù)設(shè)計(jì)復(fù)核結(jié)果，大壩兩個(gè)料場(chǎng)合計(jì)需開采合格堆石料928萬m3，工程開挖高差大，石方明挖量大，為保證邊坡穩(wěn)定，需要采用預(yù)裂爆破，尤其是高邊坡大體量破碎巖質(zhì)邊坡爆破施工。通過改變藥包結(jié)構(gòu)，利用聚能效應(yīng)(門羅效應(yīng))原理，能夠進(jìn)一步增大預(yù)裂孔孔距，提高施工速度，有效地降低施工成本和確保邊坡預(yù)裂爆破質(zhì)量，節(jié)約施工成本，并且進(jìn)一步保證工程進(jìn)度，進(jìn)而形成具有推廣應(yīng)用的成熟施工成果[1-3]。

2 大孔距預(yù)裂爆破工藝原理

2.1 裝藥塑料管設(shè)計(jì)

通過研究雷管聚能穴的聚能作用，為使炸藥爆破產(chǎn)生的能量能夠起到聚能的作用，將炸藥裝在帶有弧形聚能凹槽的橢圓形塑料管內(nèi)。橢圓形塑料管兩側(cè)帶有三角形聚能凹槽，兩側(cè)的弧形聚能凹槽與雷管的聚能穴一樣起聚能作用。根據(jù)炸藥能量容易向薄弱方向運(yùn)動(dòng)的原理，設(shè)計(jì)的橢圓形塑料管兩側(cè)的弧形聚能凹槽較薄，其他的地方比聚能凹槽厚，這樣有利于能量向聚能凹槽方向釋放[4]。每根塑料管的長度為6m，其制作材料與普通的PVC管相同，裝藥塑料管的形狀見圖1和圖2所示。

圖1 裝藥塑料管立體

圖2 聚能裝藥管斷面

2.2 支架和套管設(shè)計(jì)

支架的作用是將裝藥塑料管固定在預(yù)裂孔的中心位置，使炸藥與邊坡面的孔壁相隔一定的距離，從而減少炸藥爆炸對(duì)邊坡巖石的損壞[5-6]。該支架由一個(gè)小直徑的內(nèi)圓、一個(gè)外半圓形構(gòu)成，其形狀見圖3和圖4。套管的作用是連接裝藥塑料管，該套管長約10cm，形狀與裝藥塑料管相同，管徑為套緊裝藥塑料管為宜。

圖3 支架平面

圖4 支架立體

2.3 鉆爆設(shè)備與耗材選型

根據(jù)不同地形地貌和各施工部位實(shí)際狀況選擇不同鉆爆設(shè)備。高邊坡危巖體、左右岸趾板主要采用的爆設(shè)備有YT-28手風(fēng)鉆(φ42)和YQ-100B潛孔鉆機(jī)；P1、P2爆破料場(chǎng)開采面形成以后，具備大型鉆孔設(shè)備進(jìn)行作業(yè)，主要以宣化CM351潛孔鉆進(jìn)行施工。根據(jù)工程所在地的火工材料管控及供應(yīng)情況，本工程的爆破用火工材料主要有二號(hào)巖石乳化炸藥(φ32、φ60、φ80三種規(guī)格)和巖石膨化硝銨炸藥(25kg/袋)。

3 施工工藝

3.1 預(yù)裂爆破參數(shù)

為保證開挖后邊坡巖面的穩(wěn)定及邊坡巖層結(jié)構(gòu)的完整，當(dāng)各平臺(tái)的主體爆破距離永久邊坡還剩約30m時(shí)，先進(jìn)行大孔距預(yù)裂爆破施工，再進(jìn)行主體爆破施工。根據(jù)開挖高邊坡實(shí)際情況，并結(jié)合已有預(yù)裂爆破的數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)，提出預(yù)裂爆破參數(shù)，見表1。

表1 高邊坡大體量巖質(zhì)邊坡大孔距預(yù)裂爆破參數(shù)

3.2 鉆孔和自檢

機(jī)械鉆孔是決定預(yù)裂質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，也是最難控制的環(huán)節(jié)，成孔質(zhì)量、位置、孔深及角度偏差直接決定了后續(xù)塑料管安裝的難易程度和坡面平整度，施工中應(yīng)嚴(yán)格控制。施工過程中應(yīng)注重：(1)設(shè)立平行于預(yù)裂線的導(dǎo)向線，鉆孔操作人員須嚴(yán)格按布孔圖和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量標(biāo)定位置進(jìn)行施工。(2)鉆孔前，清除雜物，避免堵塞鉆孔。鉆孔時(shí)，校核下鉆位置，不能隨意改變鉆桿姿態(tài)，若發(fā)現(xiàn)有偏差，應(yīng)立即糾正。(3)設(shè)置專職質(zhì)檢員，全過程跟蹤和巡視成孔過程，確保鉆孔角度和位置符合設(shè)計(jì)要求。

3.3 裝藥堵塞

裝藥堵塞要點(diǎn)如下：(1)先將半圓形的裝藥管分成為三類，即正常段、加強(qiáng)段和減弱段。按照《預(yù)裂爆破參數(shù)表》中各段裝藥量，炸藥裝好后，將另一半圓形的塑料管安裝在已裝好炸藥的塑料管上，然后用塑料綁扎絲扣牢。對(duì)于加強(qiáng)段，按照設(shè)計(jì)的藥量，在裝藥管內(nèi)裝完后，其余的炸藥均勻綁扎在塑料管外。(2)裝完炸藥后，將支架安在每根塑料管端部，然后用連接套連接塑料管，再用膠帶將連接套和支架纏繞牢固，支架的半圓必須位于坡面一側(cè)；導(dǎo)爆索綁扎在塑料管的外面，導(dǎo)爆索要平直緊貼塑料管。每個(gè)孔塑料管的安裝按加強(qiáng)段、正常段和減弱段的順序逐根連接并裝入預(yù)裂孔內(nèi)。(3)在進(jìn)行孔內(nèi)裝藥塑料管安裝時(shí)，要注意塑料管兩邊的聚能凹槽必須與邊坡坡面平行，相鄰孔內(nèi)的聚能凹槽必須在一條軸線上，支架的半圓應(yīng)緊貼邊坡側(cè)的孔壁。(4)在堵塞前，先檢查塑料管兩邊的聚能槽是否與坡面平行，否則必須重新校正。

3.4 網(wǎng)絡(luò)連接及起爆

網(wǎng)絡(luò)連接主要采用導(dǎo)爆索連接，連接形式為搭接或水手接，具體操作時(shí)應(yīng)符合：(1)兩根導(dǎo)爆索的長度不得小于15cm，中間不得夾有異物和炸藥卷；(2)支線和主線傳爆方向的夾角不得大于90°；(3)用雷管起爆導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò)時(shí)，雷管的集中穴應(yīng)反向?qū)П艿膫鞅较?，避免雷管引爆時(shí)將導(dǎo)爆管炸斷，導(dǎo)爆管應(yīng)均勻地敷設(shè)在雷管周圍，并用膠布捆扎牢固；(4)爆破網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)應(yīng)特別小心，保證網(wǎng)絡(luò)不擠壓、拉斷等破壞。

3.5 爆破效果評(píng)價(jià)

根據(jù)巖體堅(jiān)硬程度、完整性和結(jié)構(gòu)面切割程度，預(yù)裂爆破效果應(yīng)符合：硬巖、巖石完整邊坡，半孔率不小于85%；中硬巖、巖石節(jié)理發(fā)育的邊坡，半孔率不小于70%；軟巖、巖石節(jié)理發(fā)育的邊坡，半孔率不小于50%。

4 工程應(yīng)用效果

4.1 施工進(jìn)度提高

采用大孔距預(yù)裂爆破，提高了預(yù)裂爆破施工進(jìn)度，進(jìn)一步保障了大壩的填筑工程進(jìn)度。原爆破施工方案中，預(yù)裂爆破采用傳統(tǒng)預(yù)裂爆破施工。按照投標(biāo)計(jì)劃，大壩填筑在2016年2月1日-2017年10月31日期間，進(jìn)行I期斷面填筑，總填筑量為1123.36萬m3，平均月強(qiáng)度53.44萬m3/月，高峰強(qiáng)度73.89萬m3/月；采用大孔距預(yù)裂爆破施工，根據(jù)大壩填筑進(jìn)度統(tǒng)計(jì)，在2016年3月20日-2017年6月31日(2016年12月30-2017年2月23日為冬季休工期)，總填筑工程量為1166.21萬m3，平均月強(qiáng)度129.58萬m3/月，高峰強(qiáng)度171.58萬m3/月，進(jìn)一步保障了大壩填筑進(jìn)度。

4.2 施工質(zhì)量良好

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施情況，不同的地質(zhì)地形條件，進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋茀?shù)調(diào)整，保證了各預(yù)裂面的半孔率，其中硬巖、巖石完整邊坡，其半孔率不小于85%；中硬巖、巖石節(jié)理發(fā)育的邊坡，其半孔率不小于70%(見圖5)；軟巖、巖石節(jié)理發(fā)育的邊坡，其半孔率不小于50%。同時(shí)，大孔距預(yù)裂爆破相對(duì)傳統(tǒng)預(yù)裂爆破，裝藥量少，極大地降低了爆破對(duì)巖層的破壞，避免施工過程再生成次生危巖邊坡。開挖后的邊坡經(jīng)過長期的監(jiān)測(cè)，邊坡穩(wěn)定，無垮塌、滑坡等情況出現(xiàn)，保證了安全施工的需要。

圖5 巖石節(jié)理發(fā)育大孔距預(yù)裂爆破情況

4.3 投資成本降低

采用大孔距預(yù)裂爆破進(jìn)行施工，有效地減少了鉆孔工程量、炸藥用量，節(jié)約了施工成本。大孔距預(yù)裂爆破改變藥包結(jié)構(gòu)，增大了預(yù)裂孔孔距，提高了施工速度，確保了邊坡預(yù)裂爆破質(zhì)量。與傳統(tǒng)的預(yù)裂方法相比，其經(jīng)濟(jì)效果主要體現(xiàn)在成本投入上，在邊坡長度相同的情況下，大孔距預(yù)裂爆破技術(shù)施工成本費(fèi)用顯著降低。同時(shí)，保證了工程進(jìn)度，提高了生產(chǎn)效率。

4.4 妥善保護(hù)生態(tài)環(huán)境

采用本大孔距預(yù)裂爆破施工，減少了炸藥用量，符合節(jié)能環(huán)保的要求，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)做出了一定的貢獻(xiàn)。施工過程中使用過的導(dǎo)爆管，產(chǎn)生的紙箱、編織袋、廢棄裝藥塑料管(PVC管)等集中處理。施工現(xiàn)場(chǎng)維修機(jī)械時(shí)，應(yīng)進(jìn)行防滴、漏油措施，避免造成土體污染。另外，應(yīng)保持施工區(qū)環(huán)境衛(wèi)生，安排專人及時(shí)清除垃圾和廢棄物，并到指定的地點(diǎn)處理。

5 結(jié)語

(1)本文以新疆AETS水利樞紐工程巖質(zhì)高邊坡開挖為分析對(duì)象，阿爾塔什大壩工程石方明挖工程量大，為保證邊坡穩(wěn)定，控制超欠挖量，需采用預(yù)裂爆破進(jìn)行施工；

(2)采用大孔距預(yù)裂爆破施工工藝，提高了爆破施工進(jìn)度和施工質(zhì)量，同時(shí)降低了工程投資成本，工程建設(shè)過程中妥善保護(hù)了生態(tài)環(huán)境；

(3)采用大孔距預(yù)裂爆破，工程質(zhì)量很好地滿足了設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，目前累計(jì)石方明挖570萬m3，累計(jì)石方預(yù)裂爆破66000m2，節(jié)省爆破成本共計(jì)109萬元，經(jīng)濟(jì)及進(jìn)度效益顯著，值得推廣應(yīng)用。