某水庫工程施工中料場壩料開采及爆破設計分析

李 松

(貴州水利實業有限公司，貴陽550002)

0 引言

某水庫主要建筑物由混凝土面板堆石壩、溢洪道及引水遂洞等組成。面板堆石壩壩頂高程850.8 m，最大壩高68.8 m，壩頂設計長155 m，實際長165 m，壩頂寬7.4 m，上游壩坡1∶1.4;下游壩坡在802.33 m與826.8 m兩處分別設置寬3 m的馬道，干砌石壩坡1∶1.3，綜合壩坡1∶1.4。由上游至下游分別為蓋重及鋪蓋區、0.45 m厚混凝土面板、水平寬4 m墊層區、水平寬4 m過渡區、主堆石區、主堆石排水區、次堆石區及0.4 m厚干砌石護坡。溢洪道布置在左岸，為閘控開敞式，堰頂高程843.00 m，溢流堰凈寬30 m，設計最大下泄流量567 m3/s，設3扇10 m×5 m(b×h)弧形工作閘門，泄槽寬34 m，消能方式為挑流消能。

1 土石方開挖工程

大壩右岸趾板以上邊坡設計開挖坡度1∶0.2～0.3，左岸趾板以上邊坡原設計1∶0.3，后因不良地質因素調為1∶0.75。

大壩土石方開挖分為左、右岸坡，趾板區及河床基礎開挖。

1.1 左、右岸坡開挖

左壩肩開挖量大，但地形相對較緩，易于布置便道，開挖時在上下游中部各開設一條臨時出渣便道，便道上部石渣可直接裝車運至棄渣場或存料場，便道下部采用挖掘機甩至河床后再裝車運走。

右岸由于地形較陡，壩頂850.8 m高程以上邊坡利用下游側上壩公路出渣;而壩頂850.8 m以下岸坡較陡，近似90°的直壁陡巖，局部還存在懸巖，開挖難度較大。因受地形限制無法開設出渣便道進入開挖區，為減少甩方量，同時避免造成二次削坡，開挖時要求一次成型，因爆破臨空面較好，大量石碴可直接拋至河床，少量石碴再利用挖掘機甩至河床后裝車運走。

因岸坡石方部分須用于壩體填筑，在進行爆破設計時除考慮邊坡爆破質量外，還須對石料的爆破塊度進行控制，防止超徑量過大，增加二次解小工作量［1］。因岸坡爆破要求一次成型，在對地形地質條件分析后，決定對設計邊坡線采用預裂爆破、開挖體采用梯段爆破、并從外至里依次延時起爆的爆破方案。以每個臺階(10 m)作為一爆破作業區，采用φ50潛孔鉆造孔，梯段孔布置3排主炮孔與1排緩沖炮孔，預裂孔按設計坡度沿開挖邊線布置。爆破參數為:預裂孔孔距0.6 m，線裝藥量0.2 kg/m;梯段孔主炮孔孔距4 m，排距3 m，堵塞長度2.5 m，單位耗藥量0.6 kg/m3，緩沖孔孔距2 m，排距2 m，堵塞長度1.5 m，單位耗藥量0.5 kg/m3。經對爆破成型邊坡進行檢查均能滿足質量要求。

1.2 趾板區開挖

趾板區采用分層開挖方式。緊鄰趾板建基面時，預留約1.5 m的保護層采取密孔、淺孔、少藥量的松動爆破，爆破預留約20 cm采用風鎬人工撬挖至設計建基面，并將松動巖塊及石碴清除干凈。但因趾板區受溶洞、溶槽、裂隙、強風化等不良地質條件的影響，大面積存在超挖。

1.3 河床基礎開挖

進入河床開挖時，先用挖掘機將表層覆蓋土、松碴等清除，再采用預留保護層的分層梯段爆破法開挖。其梯段爆破參數與岸坡開挖相同。

整個壩基經爆破開挖后，松動巖塊、石碴、雜物等全部清除干凈，無尖角、薄邊、反坡等;受泥槽、溶洞、軟弱破碎及強風化等不良地質條件影響部份均按設計、監理要求進行了清除。

2 料場壩料開采及爆破設計

2.1 1#、2#料場壩料開采及爆破設計

采用梯段爆破進行開采。先用手風鉆爆破形成臺階后，便開始進行潛孔鉆爆破作業，爆破順序自上而下，由里至外，其炮孔剖面圖見圖1、爆破參數見表1。

圖1 主、次堆石料爆破布孔剖面圖

表1 壩體填料爆破參數表

起爆采用“V”型起爆方式。由于段數多，為避免可能出現的“串段”或“重段”現象，均采用孔內延時接力傳爆，孔外用電雷管連接，孔內用1～12段雷管延時起爆，排與排之間時間差控制在50 ms左右。“V”型起爆的特點是更能加強巖塊之間的碰撞程度，從而獲得級配較好的石料。墊層料采用新鮮灰巖軋制成粒徑80～100 mm的碎石與灰巖軋制的人工砂(細度模數3.0)進行摻配，比例為碎石60%，人工砂40%，用裝載機摻配均勻;特殊墊層料為粒徑＜40 mm的碎石摻配45%的人工砂而得。

2.2 3#料場壩料開采及爆破設計

因1#料場無用層較厚，開采工作量較大，供料緊張，為確保安全渡汛，經各方研究，決定另開辟3#料場。經對料場地形地質條件進行分析，并結合供料量及相鄰建筑物安全進行考慮，最終決定采用洞室爆破方案［2-3］。

2.2.1 藥倉布置

根據山體地形條件，設計布置3排藥倉，抵抗線6.3～14.8 m，根據前排地形的變化情況布置一排抵抗線從6.3～10 m不等的集中藥包作為輔助，由于大塊率主要發生在有前排藥包和坡面表層孤石，因此，設計時將前排藥包密集系數調整到1，埋深比控制在0.7～0.9。考慮到頂部的破碎度，計劃在頂部布置2個豎井。

2.2.2 爆破參數設計

1)根據料場地質情況，確定炸藥的標準單耗為1.44 kg/m3。

2)通過綜合山體的坡度、拋距、石料級配要求等情況，將n值確定為0.58～0.9。

3)藥量計算公式(鮑式公式)，即集中藥包(鮑式公式)計算公式為:

式中:e為炸藥換算系數，m;W為最小抵抗線，m;L為藥室長度，m。

4)爆破漏斗幾何要數

壓縮圈半徑計算公式為:

式中:μ取10，Δ取850kg/m3。

上破裂半徑計算公式為:

式中:β值取1.016。

下破裂半徑計算公式為:

藥包間距計算公式為:

式中:W1、W2為相臨兩藥包的最小抵抗線。

爆破參數計算值見表2。

表2 洞室爆破參數計算值

2.2.3 藥室、導洞開挖設計

根據主要藥包位置布置1條主洞，6條支洞，導洞橫斷面設計為底寬1.4 m，頂寬0.8 m，高1.6 m的梯形斷面，斷面面積1.65 m2，藥室擴大系數取1.3，裝藥密度850 kg/m3，因此藥室的橫斷面設計成1.5m×1.5m×1.5m。

主洞最長開挖長度35m，整個洞室設計開挖總

長度220 m。

2.2.4 裝藥、堵塞及起爆網絡設計

爆破設計采用復式塑料導爆管與非電導爆索起爆網絡，非電延時起爆雷管直接裝入起爆藥中，導爆管牽入主洞中，然后用導爆索串聯成回路，在洞口引出兩個傳爆線頭，洞外用電雷管起爆，前后排藥包的起爆時差≥100 ms，同排相鄰藥包之間時差≥50 ms。特別應注意的是，在回填堵塞中，起爆網絡應沿著洞壁上方鋪設，避免施工中損壞網絡。

裝藥方式:先在藥室里裝50%銨銻炸藥，再小心放入起爆體，在起爆體周圍用剩余的50%銻炸藥將其包圍起來。

堵塞方式:堵塞物主要用舊紡織袋裝土沙混合物進行堵塞，如采用全堵塞方式，對爆破效果和防止飛石無疑是有利的，但會占用大量勞動力及工作時間，還會對起爆網絡造成破壞，易造成瞎炮、早爆等危害，因此，采用部分堵塞方式，即支洞全堵塞，主洞堵塞≥6 m的方式，實踐證明該堵塞方式能達到設計要求，設計堵塞總長度共100 m。

3 結語

目前，各地大型工程項目不斷，而爆破作為一種比較常見、實用的工程技術，在工程施工中的應用十分頻繁，因而，提高爆破設計方案的安全性與科學性十分重要。本文以某水庫的壩料開采以及爆破施工設計為實例，具體探討了水庫工程中的壩料開采以及爆破設計方案。但是，爆破設計方案受到許多因素的影響，在實際設計時要對各方面因素進行綜合性考慮，確保方案的可行。同時在爆破施工中也要注意采取相應的安全措施，保證施工人員的安全。

［1］李志鑫，張保勝，于秀明.柏葉口水庫混凝土面板堆石壩壩料填筑碾壓試驗［J］.山西水利科技，2011(03):37-38.

［2］楚艷春.安康黃石灘水庫筑壩材料設計［J］.西北水力發電，2005，21(z1):37-39.

［3］吳利平.九甸峽水利樞紐工程筑壩材料特性研究［J］.甘肅水利水電技術，2010(03):66-67.