水庫工程高邊坡開挖施工技術

陳如壽

水庫工程高邊坡開挖施工技術

陳如壽

(福建省汀江水電工程有限公司，福建 龍巖 366300)

水庫工程的高邊坡開挖施工技術在水利工程的施工過程中發揮著重要的作用，同時在高邊坡開挖過程中因不同的地形及其它因素的影響使得施工較為困難，尤其是在施工進入到爆破等施工過程時會遇到各種各樣的問題諸如開挖部位與外部銜接部位之間的結合點、材料的運送等。筆者結合工程實例就水庫工程高邊坡開挖的施工技術進行了探討和分析。以期為同行業中其它高邊坡的施工提供參考。

水庫工程；邊坡開挖；施工技術

隨著現代社會的不斷發展，水利工程的實施成為現代工程建設中一個較為重要的環節，而水利工程中的高邊坡開挖作為施工中的一個難題被提上了日程。

1 工程概況

寧化縣東坑水庫工程大壩右岸開挖邊坡高度約100m，高程73m以上坡比為1:0.3，高程20～73，坡比為1:0.5，樁號5的基槽開挖寬度為20m，基礎兩邊的邊坡開挖坡比為1:0.5，土方開挖工程量約為28865m3，石方開挖工程量約為24679m3。

2 高邊坡的開挖和施工技術

高邊坡的開挖和爆破設計主要是依據其他類似工程的施工經驗，依照其他工程的招標文件要求、邊坡巖石特性、現場開挖和爆破試驗及爆破的實際效果進行設計。

首先進行原始地面的復測，根據實際地形圖確定開挖上邊線。根據開挖上邊線，修筑施工便道。對于較大并較為危險的大樹進行清除。由于壩基右岸邊坡較高，土覆蓋較薄。采用PC200挖掘機械先對上層表土進行剝離，然后用CAT挖掘機挖除風化石等較為破碎的石方。對于巖石硬度系數較大的部位采用淺孔爆破。

2.1 開挖石方

開挖石方時要自上而下，根據土層情況進行開挖，在施工過程中要按設計制作一定的坡度，以利穩定。對于邊坡易風化破碎或不穩定的巖體，先做好施工安全技術措施，在措施到位的情況下再對該部位進行挖除，做到邊開挖邊支護，特別是不穩定的巖體。在有斷層和裂隙等地質缺陷的部位，要等支護作業完成后才可以進行下一層的開挖。

石方開挖的工藝流程：首先要將開挖的巖面清理干凈，并用爆破技術進行了造孔處理；其次用恰當的工具進行裝藥和連線；最后進行爆破處理并將爆破的殘渣清理干凈。

2.2 高邊坡施工爆破技術

2.2.1 孔網參數選擇

在梯段爆破中采用潛鉆孔鑿巖鉆成孔，預裂孔每層高差5m，預裂深度6m，孔徑φ90mm。

根據經驗公式：

炮孔的間距a =(7～12)D ；

a =90×(7～12)=63～108cm ；

選取a =80cm。

鉆孔直徑D =84mm；藥卷直徑d選取32mm。

不偶合系數D/d =2～5D/d =90/25=2.81。

根據《水工建筑物巖石基礎開挖工程施工技術規范》經驗公式，線裝藥密度如下式：

式中：a—孔間距，80cm；

σ—巖石極限抗壓度，kgf/cm2。

Qx= 0.188×80×3000.5 = 260.5g/m，選用260g/m，底部多裝藥2～3倍，參數見表1。

2.2.2 裝 藥

預裂爆破孔采用間隔裝藥法，藥卷的直徑為φ =32mm，炸藥為②號巖石乳化炸藥。邊坡預裂線的裝藥密度為260g/m，孔口的堵塞長度為2m；保護層的開挖線裝藥的密度為228g/m，孔口的堵塞長度為0.8m（預裂孔的裝藥結構見圖1）。

爆破梯段高度7.5m，主要采用松動擠壓爆破，梯段爆破孔的裝藥不能分段，裝藥的長度為5～7.5m，堵塞長度為0.7～3.2m，炸藥用②號巖石乳化炸藥，藥卷的直徑φ=60mm或70mm。

強風化巖石梯段爆破的炸藥量為0.3～0.4kg/m3，新鮮巖石和弱風化梯段爆破的炸藥量為0.4～0.45 kg/m3，梯段爆破裝藥結構見圖2。

表1 梯段爆破開挖參數

圖1 預裂孔裝藥結構

圖2 梯段爆破裝藥結構

2.3 爆破施工技術

2.3.1 梯段爆破施工

在梯段爆破的施工過程中采用潛鉆孔進行鉆孔，在梯段爆破過程中使用孔距小、排距大的方式進行孔的排布，在該實驗中得出的結論是：梯段高度在10m左右時，間排距為3m×4m，當梯段高度增加時，其間排距也隨著增加。在布孔的過程中必須避開軟弱層，使用耦合爆破和空間微差爆破法進行爆破，從而使得爆破后的渣粒比較均勻，并且解炮量小。

在主孔的爆破過程中要采用巖石硝銨粉狀的炸藥，同時需要用全耦合柱狀進行連續裝藥；在拉裂孔的設計過程中需要使用乳化炸藥，同時用不耦合裝藥。在梯段爆破的過程中采用微差爆破法，使用1～15段的雷管聯網，使用電雷管進行爆破，在梯段爆破過程中最大藥量不得超過500kg；在建基面和邊坡爆炸過程中，最大藥量要控制在100kg以內。

2.3.2 預裂爆破施工技術

在預裂爆破施工過程中需要使用潛鉆孔進行鉆孔，使預裂孔的距離保持在1.2m，對鉆孔的深度通過高度和高程進行控制；裝藥結構中所用的是不耦合間隔裝藥技術。在爆破試驗的確定下線裝藥的密度為2.81。同時在預裂爆破的過程中起爆時間要比主爆孔的爆破時間早100s左右。在爆破預裂的過程中，底部受到嚴重的挾制，所以將其底部線裝藥的密度加大為正常階段的10倍。

2.4 起爆網

預裂爆破孔的長度為10孔/段，裝藥量應小于50kg。根據挖掘機和鉆機等設備的特點，為了網絡聯結方便，控制飛石、拋石及減輕爆破的后沖作用對后續工作的影響，裝藥時應該控制在10排左右，最大的起爆藥量不應超過30kg，并隨著往鄰近坡緩沖孔的過渡過程中逐漸減少，在裝藥過程中其重量不得大于10kg。

在孔型的分布過程中要將其布置呈梅花形狀，在孔間的排列過程中要使用微差起爆技術和非電毫秒的傳爆破技術。在分段出現多個階段時，需要對可能出現的“重段”或“串段”進行預測，同時需要使用孔外延期傳爆技術，并在使用過程中將裝藥量的極限控制在30kg以內。

在爆破工作進行過程中必須按照一定的程序進行，即首先要對預裂孔進行爆破，隨后在對主孔進行爆破處理，在最后緊接著對緩沖孔進行爆破處理，同時需要對藥量進行精確的控制處理，在爆破工作結束之后要保持地表的縫寬在1cm以上，預裂面的非平整度要控制在15cm以內，同時要保持孔壁表層的完整，在結束之后不出現爆破空隙。

3 保障質量

3.1 開挖程序的保障

在施工過程中，要遵循從上到下的順序進行開挖工作，必須進行認真的施工措施，在施工中對于每個梯段都要嚴格的要求即其高度要在5m以內。在施工過程中高邊坡與梯段的開挖工作要同時進行，對于馬道保護層而言，它的開挖工作應該與下一個梯段的開挖工作同時開工同時結束。

在單響控制中要將其起爆藥量控制在3kg的范圍內，對于水平保護層的起爆藥量而言，要將其控制在1kg的范圍內。在對起爆藥量進行控制的過程中必須要根據具體的高邊坡設計參數及安全指標進行。在高邊坡附近的幾個孔屬于緩沖爆破孔，它屬于排梯段的炮孔，在對單孔和其他排拒孔進行裝藥的過程中要根據主孔的裝藥量進行確定。

3.2 采用減振保護開挖

超出梯段爆破區以外的預裂范圍，其超出尺寸及裂縫寬度由爆破試驗確定，當能一次性預裂到底時，預裂孔不允許鉆出建基面；在預裂的進行過程中不能夠一次性完成工作時，要使預裂的孔徑小于梯段爆破孔的孔徑，但是對于其值的確定還要不得低于30倍的梯段爆破直徑。同時在高邊坡的預裂爆破過程中其最大的起爆藥量要在5kg以內。在設計過程中預裂孔的質量必須要滿足以下要求。

（1）角度，在高邊坡角度的設計過程中需要根據具體的施工規定對其角度進行精確的測定，對于出現規定范圍內的角度需要根據規定進行重新開孔。

（2）孔間距，預裂孔的設計過程中應根據具體施工中的實際設計進行孔間距的確定，對于偏大的孔間距要通過插孔措施進行處理。

（3）孔深，對預裂孔的孔深進行檢查確定其深度是否達到相關的規定深度，若未到達相關的規定參數則需要補鉆處理，在超過規定時要進行填補措施。

4 邊坡監測

由于該邊坡較高，宜作好長期監測，對邊坡失穩作出預警，及時處理，主要監測措施如下。

（1）對坡頂上山體，潛在溻滑區域內，不能進行人工開挖洞穴，破壞環境，查看有無裂縫、滲漏水和地表積水、防滲溝等是否暢通。

（2）觀測邊坡動態變化，在坡頂設立觀測點，水平位移長期觀察。

（3）檢查坡底及坡面有無地下水滲出，若發現有地下水應及時分析來源及對邊坡的影響，觀察坡面保護層是否完整，若有剝落及時補充。

（4）注意天氣預報，在下雨時確保排水設施正常使用。

5 結 語

總之，在水庫工程邊坡開挖施工過程中，必須要做好開挖和爆破的準備工作，尤其要注意爆破過程中的各種參數的選擇，此外還要在施工結束后對施工的質量進行檢驗，同時分析邊坡模型，以保證施工質量，取得較好的施工效果。

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[2] 李天扶.水電水利工程邊坡設計規范編制的若干問題[J].電力標準化,2008,67.

[3] 周斌.開挖技術在水利水電工程的應用[J].廣東科技,2007,3(65).

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.05.024

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1008-1305（2014）05-0068-03

陳如壽(1975年-)，男，工程師。