預裂爆破在水布埡水利樞紐工程溢洪道泄槽段保護層開挖中的運用

摘要：預裂爆破是沿開挖邊界布置密集炮孔，采取不耦合裝藥或裝填低威力炸藥，在主爆區之前起爆，從而在爆區與保留區之間形成預裂縫，以減弱主爆區爆破時對保留巖體的破壞并形成平整輪廓面的爆破作業。本文通過對水布埡溢洪道泄槽段開挖難點的分析，介紹了預裂爆破技術在成功解決這些難點、并加快施工進度、確保開挖質量方面所起的巨大作用。

關鍵詞：水布埡；預裂爆破；開挖；保護層

1 工程概述

水布埡溢洪道從樁號0+186.7開始往下游為泄槽段開挖，坡陡、長，槽挖較多，并且從s320平臺到5#路（s247.5）為高邊坡施工，沒有便利的施工道路。因現場施工條件有限，風管鋪設從s407平臺斜架到0+198處，再從泄槽段中心線1：1.273坡面處設接頭，往下游和兩邊延伸，方便快速鉆打鉆和手風鉆施工。泄槽段左右岸寬度為98m，現場施工中會經常采用交叉作業的施工方法以提高工作效率。下游側5#路作為一個料源臨時堆放平臺等待石碴集滿后再用反鏟裝車上壩。溢洪道泄槽段開挖工程預裂鉆爆工作量大，建基面基礎輪廓復雜，施工難度大，建基面開挖質量要求高。

2 保護層開挖技術要求

2.1 保護層開挖方案的確定

鑒于水布埡引水渠及控制段基礎開挖工程的特點，采用傳統的保護層分層爆破開挖已無法滿足建基面開挖工期和質量要求。經參建各方認真研究對比，決定采用水平預裂輔以垂直淺孔梯段爆破相結合的施工方案，快速開挖保護層。該方案主要利用水平預裂縫減小梯段爆破地震效應對水平建基面的破壞延伸到建基面，從而減輕了建基面的整修清理工作量，大大加快了施工進度。

2.2 保護層厚度的確定

根據招標文件的有關規定，并結合水布埡溢洪道的實際地質條件，巖體特性和現場生產性爆破試驗成果對比分析，最終確定保護層厚度為2～3m。

3 預裂爆破參數

3.1 孔徑

根據我國水利工程邊坡預裂爆破一般采用孔徑為80-110mm的施工經驗，并結合水布埡工程的實際地質條件及現有鉆孔機械設備的性能特點，選擇KQL-100型快速鉆為預裂，緩沖孔的主要鉆孔機具，鉆孔直徑為90mm，其次選擇手風鉆為輔助鉆孔機具，鉆孔直徑為42mm。

3.2 鉆孔間距

間距大小決定著鉆孔的數量，間距過大，不能保證預裂縫的形成，影響預裂面的效果；間距過小，將增加鉆孔數量，不經濟，并且影響施工進度，我國水電施工預裂爆破的鉆孔間距為孔徑的8-12倍，經過對溢洪道引水渠開挖的巖石結構分析后，決定泄槽段的預裂孔孔距取孔徑的9倍。

3.3 孔深

水平預裂的鉆孔施工難度較大，當鉆孔深度超過10m時，鉆孔水平精度難以掌握，往往出現向下偏斜，造成孔口與孔底深度不在同一高程，以孔深15m為例，最大偏差達20cm以上，為保證建基面的開挖平整度，綜合現場實際施工經驗，在現場施工過程中我們對開孔的孔位高程和角度都做了相應調整，在下文中將具體介紹說明。

4 施工難點及對策

4.1 槽挖的控制

泄槽段的巖石為棲霞組巖性，并且施工過程是側面邊坡開挖后的二次爆破與開挖，巖石結構已有不同程度的破壞，其巖石走向是順水流方向為切片狀，上下游方向的預裂不易成形，而左右岸方向的預裂因巖石的特性成型良好。結合這種特殊狀況，順水流方向的預裂線裝藥量控制在220-240g/m，左右岸方向的預裂線裝藥量為240-260g/m，孔底藥量以10m為例分別為1200-1400g、1400-1600g。預裂孔外的巖石剝離邊有相應的調整，如圖1所示。為了減少爆破應力對預裂面的破壞，先在中心部位用掏槽的形式爆破出一個臨空面，四周的預裂孔和緩沖孔用分段爆破的方式向這個臨空面起爆。其布孔的孔參數根據巖石走向為順水流方向的預裂孔參數2.0×1.2m，左右岸方向的預裂孔參數2.0×（0.7～1.0）m，而爆破孔的單耗控制在0.35Kg/m3。若巖石比較破碎或長期被水浸泡，則又采用不藕合裝藥的方法加以適當保護。

4.2 垂直預裂中陰角和陽角的開挖及保護在泄槽段的開挖中，因巖石脆弱和爆破的原因，垂直預裂的陰角一直存在不同程度的欠挖；而陽角卻難以成形，存在超挖的現象，無法達到較理想的開挖結構面。如圖2所示。在水布埡溢洪道泄槽段的開挖過程中，我們結合現場實際情況，對陽角處預裂孔外的保護層加大預留距離，采用預裂密集鉆孔，同時增加導向孔，小藥量爆破。反鏟最后挖除的時候用斗面順其預裂孔的方向開挖，避免對著拐角處強行硬挖。對陰角的處理則采用減小孔距，最后用小藥量放殘孔的方式減小欠挖量和保護導向孔。如圖3所示。預裂孔的孔距為孔徑的10倍，而陰角的開挖則是拐角處的相鄰一個孔距調整為0.5m，這樣可以減少此拐角的欠挖量和欠挖處理難度。

在陰角的預裂爆中，拐點這個孔是不裝藥的，在爆破前要堵塞好，待預裂爆破完畢，大方量的爆破炮碴挖除之后，再對拐點這個孔進行殘孔爆破，此時臨空面又好，抵抗線又小，即保護了結構面，又減小了欠挖量和欠挖難度。

4.3 對坡面預裂的開挖及保護

泄槽段在距中樁號33-44.5，上下游0+205.5-0+250.04為一個1：1.2487的坡面，坡面總長57.062m，寬11.5m，高差35.67m，(s311.53-s275.86)。要一次施工成型不可能，我們經過現場討論決定分四次預裂造孔，每次鉆孔的孔深在15m左右，前三次造孔由往下造孔，最后一次由下往上游，開挖方法如圖4所示。若第一輪開始造孔的角度為設計角度1：1.2487（38.68°），第二輪則無法架快速鉆，現場使用的快速鉆厚度約為30cm，搭排架的鋼管為5cm，再加上搭排架的扣件5cm，因此在放1：1.2487開口線的時候，我們對第一輪造孔架鉆的角度及開口都進行了調整，入孔角度由原38.68°調整為39.5°在原開口線(0+205.5)垂直坡面方向抬高40cm開孔，孔深不大于15m，終孔高程按原設計面控制，但在實際的操作中快速鉆自身沖擊器和鉆桿的重量，加上經過一定的鉆孔孔深后，都有一定程度的下垂，這樣在預裂孔的終孔段就會形成20cm的超挖區(20cm的超欠挖屬允許范圍) ，頂部的40cm欠挖區最后用手鉆光爆剝離。我們在第二輪架鉆的時候可以充分利用第一輪超挖的20cm，在原設計坡面再抬高20cm架鉆造孔，我們的入孔角度就由原設計坡面的38.68°調整為39.3°，終孔按照原設計面控制，鉆孔過程中鉆頭的自然下垂，在孔底又回會成20cm的超挖區。第三輪造孔，我們依舊以設計面抬高20cm開孔，此輪我們只需按原設計角度鉆孔，終孔高程就可以控制在設計面左右。第四輪造孔由下至上，我們在開孔的同時適當抬高入孔角度（即39.3°），便可達到預想效果。我們在每次開孔的同時，還要放三到四個方向點，以免鉆孔方向不準確，造成傷及兩側垂直預裂面。

結語

預裂爆破技術在現代水電建筑施工中已經扮演著舉足輕重的角色，預裂爆破在今后的研究與實踐中，應向著精細化、科學化和數學化方向發展，使我國的預裂爆破技術提高到一個新的水平。

參考文獻

[1]《工程爆破理論與技術》，于亞倫主編，2004年2月第1版，冶金工業出版社，260-264頁.

[2]《水平預裂爆破在基礎保護層開挖中的運用》，李祥金張貴科著，1999年12月，1-2頁.

[3]《水工建筑物巖石基礎開挖工程施工技術規范》，主編單位：中國水利學會施工專業委員會爆破學組，1994年11月第1版，水利電力出版社19頁.