山口巖灌漿排水平洞加深爆破對大壩安全影響分析

李圣凡，楊 陽，馬玉良

(1．江西省萍鄉市水利水電勘察設計院，江西萍鄉 337000;2．江西省水利規劃設計院，江西南昌 330029;3．江西省萍鄉市水務局，江西萍鄉 337000)

0 引言

山口巖水利樞紐工程是一座具有供水、防洪、灌溉、發電等綜合利用的大型水利工程。庫容1．051 6×108m3，平均日供水量 20 ×104m3，灌溉面積 0．67 ×104hm2，電站裝機容量12 MW。攔河壩為碾壓混凝土雙曲拱壩，壩頂長268．23 m，最大壩高99．1 m。

山口巖水利樞紐工程區域地質構造背景復雜，壩址軟弱夾層、層間滑動帶、斷層和卸荷裂隙發育，巖體破碎，層間滑動帶和斷層主滑面普遍存在構造泥及糜棱巖。壩基相對透水帶分布較厚，透水性相對較大，存在滲漏及滲透穩定問題。為保證防滲帷幕質量及降低壩肩滲透水壓力，在左右壩肩布置了七條灌漿排水平洞，其中在右壩肩的 163．0 m、195．0 m、220．0 m 及247．6 m高程設置了四條灌漿排水平洞。受右壩肩卸荷裂隙形成的不穩定巖體威脅和超常山洪影響，以及交通條件制約，右壩肩220．0 m高程灌漿排水平洞洞底欠挖，擬調整到后期實施。由于右壩肩建基面坡度很陡，開挖邊坡穩定性差，大壩澆筑與施工洪水爭奪等矛盾，難以及時對右壩肩220．0 m高程灌漿排水平洞繼續開挖，現利用大壩高溫停筑期進行開挖。目前壩體混凝土已經澆筑至206 m高程，距待開挖的右壩肩220．0 m高程灌漿排水平洞僅14 m高差，考慮平洞開挖爆破對壩體的不利影響，需對爆破安全性進行評價［1，2］。

1 地質概況

1．1 地形條件

壩址右岸山體雄厚，基巖裸露，岸坡坡角35°～40°，局部陡立，建基面開挖坡度 60°～70°。

1．2 水文條件

壩址以上流域面積230 km2，主河長28．7 km，流域平均寬度8．01 km，主河道平均比降14．8‰。屬亞熱帶季風氣候區，氣候溫暖，四季分明，降水充沛，日照時間長。受季風影響，每年4月—6月，冷暖氣流持續交綏于長江中下游一帶，形成大范圍的降水。該時期也是本流域降水量最多的季節，加之地形影響，往往產生較大暴雨，引發洪水災害及壩肩滑坡次生地質災害，對壩基開挖及壩體施工帶來極大影響。

1．3 右壩肩巖體結構特征

右壩肩分布石炭系碎屑巖，呈單斜傾向下游，傾角60°左右，存在煤線、薄層粉砂巖，層間錯動帶等軟弱夾層，層面節理、F13斷層、順坡卸荷裂隙等軟弱結構面。屬多軟弱結構面的厚層狀微風化巖體，軟弱結構面工程特性為:

1．3．1 煤線

為順巖層方向產出，產狀為 N38°～50°E/NW∠35°～42°。煤線厚度一般為 0．05 ～0．25 m，最厚達0．8 m，一般以香腸狀分布，局部呈雞窩狀產出。煤線抗剪強度，f'=0．32 ～0．35，c'=0．04 MPa。

1．3．2 薄層粉砂巖

薄層粉砂巖層厚1～40 mm，劈理發育，巖石極破碎。薄層粉砂巖抗剪強度，f'=0．65 ～0．70，c'=0．45 ～0．50 MPa

1．3．3 層間錯動帶

在砂巖、粉砂巖、煤層中均有分布，煤層均為層間錯動帶。層間錯動帶抗剪強度，f'=0．32～0．35，c'=0．04 MPa。

1．3．4 層面節理

走向N50°～85°E，傾向 NW 或 SE，傾角為50°～85°，這組節理裂隙，延伸不長，裂面粗糙不平，個別的裂面上見有階步，鐵錳質鐵錳質渲染，呈微張—閉合狀，張性。在礫巖、砂巖、粉砂巖均有發育，發育密度和強度依次加劇，在薄層粉砂巖中極發育。層面節理抗剪強度，f'=0．35 ～0．38，c'=0．10 MPa。

1．3．5 剪節理

走向N50°～75°W，該組節理裂隙主要傾向SW，少許傾向NE。傾向SW者，傾角多為55°～70°，發育頻率4～5條/m，較發育，延伸較長，裂隙多呈平直粗糙，面上見鐵、錳質薄膜或渲染，少數裂隙壁見輕蝕變現象，多呈閉合—微張狀，為剪性，少量為張開狀，張開0．3～3．0 cm，次生泥充填，裂隙壁蝕變較嚴重，張性。為地應力導致巖體破裂的X形節理。剪節理抗剪強度，f'=0．40 ～0．45，c'=0．12 MPa。

1．3．6 F13斷層

橫向河谷，貫穿壩基，傾向下游，傾角49°～66°，斷層帶寬0．6～4．0 m，斷層有角礫巖、碎裂巖、片狀巖、糜棱巖、斷層泥等，段曾經多次地質構造活動變形，早期斷層巖有所膠結，屬于偏中硬巖的軟巖;后期斷層巖無膠結，屬于軟巖。其力學性質較差。F13斷層抗剪強度，f'=0．41 ～0．45，c'=0．05 MPa

1．3．7 順坡卸荷裂隙

其產狀為 N72°W/SW∠55°，與岸坡走向基本相同，多沿山坡分布，傾角陡，張開的寬度0．2～1．0 cm，充填次生泥及少量的碎屑，裂面粗糙度為波狀粗糙，局部見有平直光滑。抗力體均有分布，多追蹤順河向的陡傾角剪節理發育演化而成，發育深度在垂直坡向的5～20 m。順坡卸荷裂隙抗剪強度，f'=0．32 ～0．35，c'=0。

2 洞挖方法的確定

灌漿排水平洞被開挖巖石為微風化砂巖，屬堅硬巖石(Ⅲ類)。層面節理稍發育，屬較完整巖體。為此開挖方式擬采用光面爆破，全斷面一次開挖成型的鉆爆法。工作面周邊鉆孔使用小直徑光爆炸藥，炮孔間距45～55 cm，間隔裝藥，乳化炸藥規格32 ×200，裝填系數0．7～0．85，電毫秒導爆管雷管引爆導爆索，通過導爆索傳爆起爆炸藥，孔口用炮泥堵塞。炮孔痕跡在開挖輪廓面上均勻分布，炮孔痕跡保存率達到80%以上，保證開挖面與設計輪廓線一致，徑向超挖值和開挖巖面的起伏差均＜200 mm，平均＜100 mm。圍巖中要求沒有明顯震動裂隙和欠挖。起爆順序先掏槽孔，再輔助孔，輔助孔起爆后再起爆周邊孔，底孔最后起爆。

3 爆破設計［3］

3．1 炮孔數目

炮孔數目的多少直接影響每一循環鑿巖工作量、爆破效果、循環進尺、隧洞成型的好壞。暫按下式計算炮孔數目，在施工中，根據具體情況再作調整，以達到最佳效果。炮孔數目按下式計算:

表1 隧洞開挖爆破參數及振動速度計算表Table 1 Calculation table of blasting parameters and vibration velocity in tunnel excavation

式中:q——炸藥單耗量，取 =1．9 kg/m3;s——開挖面積，s=15．14 m2;r——每米長度炸藥的藥量，2 號巖石乳化炸藥 r=1．0 kg/m;η——炮孔裝藥系數，取 η =0．7。

經計算，N=41，光面爆破需多增加周邊孔15個，共計56個。

3．2 單個炮孔裝藥量

按公式(2)進行計算

式中:Q——單個炮孔裝藥量;η——炮孔裝藥系數，取η =0．7;L——鉆孔深，L=1．3 m;r——每米長度炸藥藥量，r=1．0 kg/m。

經計算，掏槽孔裝藥量 Q1=0．91取 Q1=0．8 kg。輔助孔裝藥量 Q2=0．7 kg，取 Q2=0．6 kg。

3．3 光面爆破參數

針對Ⅲ類巖石初選爆破參數為周邊孔間距a=(15～10)d=(15～10)×50=750～500(mm);不耦合系數為2．0;線裝藥密度為250 kg/m;最小抵抗線W=700 mm。

4 爆破試驗及其安全性評價

根據爆破設計確定的爆孔數目、單孔裝藥量和光爆參數，選擇合適場地進行了爆破試驗，并通過波速儀接收爆破振動速度。經試驗測定，爆破振動速度均在計算值 4．25～6．66 cm/s之內。《爆破安全規程》(GB6722—2003)和水利行業標準《水工建筑物巖石基礎開挖工程施工技術規范》(SL47—94)(第3．7．1條及附錄C)新澆筑大體積混凝土(7-28d)基礎面上的安全質點振動速度要求范圍為5．0～7．0 cm/s。計算結果和試驗測定結果表明，爆破質點計算振動安全允許速度滿足國家規范要求，因此右壩肩220灌漿排水平洞開挖采用全斷面一次開挖成型的光面鉆爆法是安全可行的。

［1］ 何麗華，楊溢，廟延剛，王國華．淺析爆破工程安全評價［J］．云南冶金，2007，36(2):17 －21．

［2］ 張云鵬，于亞倫．爆破工程安全評價初探［J］．工程爆破，2004，10(4):82－84．

［3］ 翟旭東，彭立敏，吳濤，李興龍．城市淺埋隧道工程爆破震動效應與安全評價［J］．安全與環境工程，2009，16(1):92 －94．