柔性墊層爆破法在大石峽水利樞紐趾板基礎(chǔ)開挖中的應(yīng)用

李偉 索超 王建軍

摘要：新疆大石峽水利樞紐工程攔河壩混凝土面板砂礫石壩壩高247 m，趾板開挖工期緊、要求高，采用快速經(jīng)濟(jì)的巖石基礎(chǔ)爆破開挖工藝是工程順利施工的關(guān)鍵。運(yùn)用定量分析和定性分析方法，介紹了柔性墊層爆破法在大石峽水利樞紐左岸趾板基礎(chǔ)開挖的應(yīng)用，從聲波測(cè)試和外觀質(zhì)量兩個(gè)方面進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：柔性墊層爆破法不僅可實(shí)現(xiàn)快速高效施工，還能降低建基面巖體受爆破震動(dòng)的影響。大石峽水利樞紐工程趾板柔性墊層法開挖施工實(shí)踐可為不利地質(zhì)條件下的趾板開挖提供參考。

關(guān)鍵詞：趾板基礎(chǔ)開挖； 爆破設(shè)計(jì)； 柔性墊層爆破法； 大石峽水利樞紐工程

中圖法分類號(hào)：TV554

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.S2.012

文章編號(hào)：1006-0081（2023）S2-0043-03

0 引 言

大壩趾板基礎(chǔ)面常見的開挖方式有預(yù)裂爆破+淺孔梯段爆破法、上部垂直爆破+建基面光面爆破法、預(yù)留保護(hù)層爆破+清撬以及柔性墊層爆破法。作為整個(gè)混凝土面板砂礫石壩防滲體系中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，趾板開挖的質(zhì)量直接關(guān)系到大壩工程施工進(jìn)度、質(zhì)量和成本。對(duì)于趾板基礎(chǔ)面以上的開挖，采用先進(jìn)、高效的開挖方法可最大程度保護(hù)基巖的完整性，盡可能減少基巖產(chǎn)生的爆破裂隙。柔性墊層爆破開挖原理是在保護(hù)層開挖垂直爆破孔底部加柔性墊層，使炸藥爆炸時(shí)的應(yīng)力波得到消減，起到保護(hù)建基面的作用。該方法既能高效、快速進(jìn)行建基面爆破開挖，又能確保建基面所受爆破振動(dòng)影響最小［1］。

1 工程概況

新疆大石峽水利樞紐工程位于阿克蘇地區(qū)烏什縣與溫宿縣境內(nèi)，樞紐位于庫馬拉克河大石峽峽谷出口。工程主要由大壩、引水發(fā)電建筑物及泄水建筑物組成，大壩最大壩高247 m，水庫正常蓄水位1 700 m，庫容11.74億m3，裝機(jī)容量75萬kW（25萬kW×3臺(tái)），平均年發(fā)電量18.93億kW·h。該樞紐工程兼具灌溉、防洪、發(fā)電等綜合效益，為Ⅰ等大（1）型工程。

2 地質(zhì)條件

新疆大石峽水利樞紐工程大壩左岸趾板基巖為灰色中厚層-薄層微晶灰?guī)r夾紫紅色厚層灰質(zhì)礫巖，巖層產(chǎn)狀總體走向NE50°～60°，傾向NW，傾角62°～70°，層面較發(fā)育；基本無覆蓋層分布，零星小范圍的崩坡積塊碎石層厚度一般小于3 m。斷裂構(gòu)造主要發(fā)育7條斷層及8組裂隙，其中，斷層均有寬度30～100 cm不等的破碎帶，個(gè)別斷層有較寬的影響帶，性狀較差。除上述斷層及長大裂隙外，巖體中還發(fā)育有大量隨機(jī)分布的裂隙，按產(chǎn)狀可歸納為4組，優(yōu)勢(shì)結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀包括：① NW300°SW∠60°；② NE60°NW∠59°；③ NE62°SE∠42°；④ NW325°SW∠56°。左岸強(qiáng)風(fēng)化深度一般為3～7 m，局部約10 m；弱風(fēng)化深度一般為25～45 m，局部可達(dá)60 m。

3 柔性墊層爆破法

目前，對(duì)于巖石爆破機(jī)理的研究，普遍達(dá)成的共識(shí)是，爆炸沖擊波和爆炸產(chǎn)生的氣體膨脹壓力共同作用于巖石，產(chǎn)生巖石破壞。對(duì)于起主導(dǎo)作用的影響因素，主要有兩種觀點(diǎn)：① 爆炸沖擊波的作用只表現(xiàn)在對(duì)形成初始徑向裂紋的先導(dǎo)作用；② 爆破過程中起主要作用的荷載取決于巖石的波抗阻［2］。

柔性墊層爆破法通常是在采用柱狀不耦合裝藥結(jié)構(gòu)時(shí)，用竹片、泡沫、鋸末等可壓縮介質(zhì)作為墊層材料，設(shè)置于炮孔底部達(dá)到減震的效果。當(dāng)爆破發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生的爆炸沖擊波作用于墊層材料時(shí)發(fā)生透射和反射，從而消耗能量，造成應(yīng)力衰減。同時(shí)，柔性墊層材料受力壓縮膨脹，進(jìn)而擠壓炮孔造成準(zhǔn)靜態(tài)壓力降低。因此，當(dāng)爆破發(fā)生時(shí)，傳導(dǎo)至下伏巖體的應(yīng)力作用會(huì)降低，當(dāng)基巖內(nèi)承受的應(yīng)力小于巖石本身的極限抗拉、抗壓強(qiáng)度時(shí)，下伏巖體就不會(huì)因?yàn)楸飘a(chǎn)生破壞。

柔性墊層爆破法鉆孔采用大型鉆機(jī)機(jī)械化作業(yè)，一次性成孔，對(duì)比保護(hù)層分層爆破法，不采用手風(fēng)鉆打孔，克服了分層爆破的工藝繁瑣性；與水平預(yù)裂和水平光面爆破法比較，減少水平預(yù)裂孔（光面爆破孔），節(jié)約了工期，降低了施工成本，大大提高了施工效率。

4 爆破設(shè)計(jì)與施工

基于大石峽水利樞紐工程大壩左岸趾板巖性特征，經(jīng)爆破試驗(yàn)確定，左岸趾板開挖采用柱狀不耦合方式裝藥，在炮孔底部設(shè)置約30 cm厚的鋸末作為緩沖墊層，以降低爆破對(duì)下伏巖體的影響。

4.1 工藝流程

預(yù)留保護(hù)層柔性墊層爆破施工工藝流程如下：技術(shù)交底→測(cè)量放樣→孔位布置→鉆機(jī)就位，復(fù)核角度、深度→開鉆、特殊地質(zhì)條件填寫鉆孔記錄→鉆至約50 cm時(shí)復(fù)核角度→控制孔深至建基面預(yù)留30 cm→復(fù)核爆破設(shè)計(jì)→按爆破設(shè)計(jì)裝藥、聯(lián)網(wǎng)、爆破→人工配合鎬頭機(jī)、電錘進(jìn)行保護(hù)層開挖。

4.2 裝藥結(jié)構(gòu)

該工程柔性墊層爆破參數(shù)：炮孔間排距3～4 m；孔深以孔底落在基礎(chǔ)面為止；孔徑與梯段爆破相同（90～110 mm）；炸藥單耗 0.30～0.55 kg/m3；采用毫秒微差復(fù)式起爆網(wǎng)絡(luò)；孔底放置約30～50 cm 鋸末，藥包不接觸基面，呈氣墊柔性爆破。具體裝藥結(jié)構(gòu)及起爆網(wǎng)絡(luò)詳見圖1。

4.3 操作要點(diǎn)

（1） 測(cè)量。左岸板建基面孔位放樣由施工單位專人負(fù)責(zé)，監(jiān)理測(cè)量工程師檢查，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。按照爆破設(shè)計(jì)復(fù)核孔位、孔深，確保左岸趾板爆破部位的放樣、炮孔點(diǎn)位的準(zhǔn)確性。

（2） 鉆孔。依據(jù)放樣單檢查炮孔間排距是否合格。確認(rèn)合格后，鉆機(jī)進(jìn)場。調(diào)整好角度后開鉆，鉆孔過程中時(shí)刻關(guān)注鉆桿角度，及時(shí)調(diào)整以避免誤差過大。鉆孔過程中嚴(yán)格控制孔深、孔斜指標(biāo)。

（3） 爆破施工。根據(jù)炮孔現(xiàn)場檢查情況及爆破試驗(yàn)結(jié)果，爆破設(shè)計(jì)時(shí)做好藥量控制，遇到薄弱或破碎帶應(yīng)適當(dāng)減少藥量。在炮孔孔底墊層區(qū)及裝藥過程中，爆破員、質(zhì)檢員全程監(jiān)控，根據(jù)孔深及時(shí)修正裝填高度，孔底柔性墊層使用0.3 m鋸末作為墊層。然后進(jìn)行裝藥、封堵、聯(lián)網(wǎng)、起爆等工序。

5 施工質(zhì)量評(píng)價(jià)

5.1 爆破聲波檢測(cè)

根據(jù)DL/ 2010-2005《水電水利工程物探規(guī)程》，將彈性波測(cè)試聲波法作為巖體質(zhì)量檢測(cè)的主要方法。在大石峽水利樞紐工程大壩左岸趾板開挖前后，對(duì)建基面各進(jìn)行1次爆前、爆后的單孔聲波檢測(cè)，檢測(cè)在同一鉆孔內(nèi)進(jìn)行。根據(jù)SL 326-2005《水利水電物探規(guī)程》，單孔聲波測(cè)試采用一發(fā)雙收換能器，源間距分別為30 cm和50 cm。鉆孔中探測(cè)部分采用1個(gè)換能器和2個(gè)接收換能器，聲波儀為非金屬聲波檢測(cè)儀RSM-SY5。

采用聲波檢測(cè)法判斷爆破破壞或巖體質(zhì)量，以同孔爆后與爆前波速的變化率η來衡量：

式中：η為爆破后聲波波速的變化率，%；Vp1為爆破前的聲波波速，m/s；Vp2為爆破后的聲波波速，m/s。

左岸趾板22組巖體爆前、爆后聲波波速的對(duì)比見表1。由表中數(shù)據(jù)分析可知：巖體聲波爆破前后波速衰減率為4.2%～6.2%，符合規(guī)范和設(shè)計(jì)衰減率要求（≤10%）；左岸趾板建基面開挖質(zhì)量優(yōu)良。

5.2 外觀質(zhì)量

趾板建基面平順完整，穩(wěn)定無松動(dòng)巖塊，平整度小于15 cm。巖石整體完整性受控，無明顯爆破裂隙，建基面平整。爆破效果見圖2。

6 結(jié) 語

大石峽水利樞紐工程左岸趾板采用柔性墊層爆破法開挖，無欠挖和較大超挖，爆破后巖體完整性較好，無明顯爆破裂隙，開挖形體受控且棱角清晰，建基面平整。

在水利水電工程趾板開挖方案設(shè)計(jì)時(shí)，基于實(shí)際地質(zhì)條件，選取適宜的爆破參數(shù)，采用預(yù)留0.3～0.5 m柔性墊層爆破工藝，可有效控制爆破，降低對(duì)建基面巖層的擾動(dòng)，取得較好的爆破效果。大石峽水利樞紐工程趾板柔性墊層法開挖施工實(shí)踐可為不利地質(zhì)條件下的趾板開挖提供參考。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 劉振宇，羅志敏.柔性墊層爆破在豐滿重建工程開挖技術(shù)中的應(yīng)用［J］.水利水電技術(shù)（中英文），2021，52（增1）：200-204.

［2］ 黃霖.大壩基巖保護(hù)層開挖中柔性墊層爆破方法及爆破效果研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2003.