面板堆石壩砂巖料場爆破方案設計

王和鑫

（自貢小井溝水利工程有限責任公司，四川 自貢 643000）

面板堆石壩砂巖料場爆破方案設計

王和鑫

（自貢小井溝水利工程有限責任公司，四川 自貢 643000）

小井溝水利工程大壩主料場主要為蚱蜢寺砂巖料場，料場的爆破開采質量直接關系著堆石料顆粒級配是否滿足設計要求，影響大壩主堆石料填筑質量。文章主要闡述此類地質情況面板堆石壩砂巖料場爆破設計方法，為以后相似工程提供參考。

面板堆石板；砂巖料場；飽和抗壓強度；軟化系數

1 概 況

蚱蜢寺料場位于壩址左岸下游 1.0km處，有鄉村公路通過，運輸方便。料場分布高程365～520m，地形順南北向呈11°～14°斜坡（與巖石層面基本一致），順坡長度為700m，寬度150～200m，平面面積0.112km2，大多為林地，其西側為高約10m的陡崖，東側為斜坡。當地作為條石用料在頂部進行了少量開采，主要開采地集中在東部陡崖一帶。

爆破作業區周圍及下游有民用房屋，爆破作業時需注意安全、加強警戒。

2 料場地質條件

料場除陡崖部位基巖裸外，大多覆蓋0.5～1m土層。基巖巖性為J1z厚層塊狀砂巖與泥巖互層（上部主要為砂巖），巖層產狀N50°～70°E/SE∠10°～14°，巖體中發育一組產狀為N42°W/NE∠81°裂隙，但稀少，間距大于3m。剝離層為覆蓋層及強風化帶巖石，有用層為弱風化及新鮮巖石。

根據巖性從上至下分為3層：

1層為砂巖夾粉砂質泥巖透鏡體，其粉砂質泥巖夾層為1—1層。層砂巖以灰黃色，細粒結構為主，少量為中粗粒，厚層為塊狀構造。據磨片鑒定，砂巖以孔隙式膠結為主，次為接觸式；碎屑物含量為82%～83%（其中長石占66%～74%、巖屑占9%～16%），膠結物含量為17%～18%（其中泥質占9%～13%、硅質占3%～8%、鐵質占0%～1%）。該層分布于整個料場上部，平均厚度10.8m。當地已在該層上部開采過條石。

另外，在料場西部陡崖剖面蚱3～蚱4一帶表層見有2層0.3～0.7m厚泥巖透鏡體。據鉆孔及勘探揭示，在砂巖中夾有3層軟質砂巖夾層，其主要呈透鏡體狀分布，主要分布在剖面蚱3～蚱4一帶，厚0.3～0.8m，其厚度小，施工開挖難以剃除。1—1層粉砂質泥巖為紫紅色，含砂較重。呈透鏡狀分布于1層灰黃色砂巖中。在蚱ZK2、蚱ZK3鉆孔中有揭示，厚度為3.1～7.55m。該層厚度變化大，主要分布于高程470m以下，以上尖滅消失。

2層為青灰色砂巖。細粒結構，厚層構造。磨片鑒定砂巖以孔隙式膠結為主，少量接觸式；碎屑物含量為77%（其中長石占69%、巖屑占8%），膠結物含量為23%（其中泥質占13%、硅質占8%、綠泥石占1%、鐵質微量）。蚱ZK1、蚱ZK2、蚱ZK3鉆孔中均有揭示，厚度為2.14～5.8m，分布于整個料場1層砂巖之下，從坡下至坡上厚度變小。在蚱ZK1鉆孔底部分布有軟砂巖夾層（R3），厚0.1～0.2m，呈透鏡體狀分布。

3層為粉砂質泥巖，紫紅色。蚱ZK3號孔揭示最大厚度為9.15m，未揭穿，該層分布于料場下部。

3 壩體填筑料技術指標

3.1 墊層料

大壩墊層料采用蚱蜢寺2層青灰色砂巖料破碎加工，巖塊飽和抗壓強度大于40MPa。墊層區（2A）墊層料采用人工破碎篩分料摻配，最大粒徑控制為80mm，墊層料壓實后干密度不小于2.12g/cm3，滲透系數為A×10-3～A×10-4cm/s。

特殊墊層區（2B）最大粒徑控制為40mm，壓實后小于0.075mm含量不大于8%，級配連續。

3.2 過渡料

過渡料采用蚱蜢寺2層青灰色砂巖料，飽和抗壓強度大于40MPa，最大粒徑控制為300mm，壓實后粒徑小于5mm的含量小于20%，粒徑小于0.075mm含量不大于5%。過渡料壓實后干密度不小于2.1g/cm3，滲透系數不小于A×10-4cm/s。

3.3 主堆石料

主堆石區采用蚱蜢寺1層黃灰色砂巖料填筑，飽和抗壓強度大于30MPa，最大粒徑控制為800mm，壓實后小于5mm含量小于15%，小于0.075mm含量不大于5%。主堆石料壓實后干密度不小于2.07 g/cm3；滲透系數控制不小于A×10-3cm/s。

3.4 下游堆石料

下游堆石區采用蚱蜢寺1層黃灰色砂巖料填筑，最大粒徑控制為800mm，小于5mm含量小于20%，壓實后干密度不小于2.05g/cm3。

4 爆破開采規模

（1）爆破方向。根據現場地形，爆破方向選擇為順料場斜坡向下垂直于河道方向（南北方向）。

（2）爆破規模。根據以往施工經驗，確定爆破寬度為不超過6排主爆孔，長度沿料場寬度方向一次性爆，約為150～200m。爆破區面積約500m2，爆破方量約7000方。總開采量約140萬m3。

（3）爆破梯段高度的選擇。為有利于爆破后挖裝設備運行，梯段高度統一考慮采用10m。為保證爆破試驗能取得良好的效果，先進行料場上部覆蓋層剝離，為梯段爆破和爆破試驗創造較好的施工條件。施工過程中根據實際情況和現場條件進行不斷優化，確保爆破后的面在同一平臺上。

5 鉆爆施工設備及材料選擇

主堆石開采鉆孔采用CM-351鉆機，鉆孔直徑110mm。

炸藥采用2#巖石乳化炸藥，根據火工材料供應情況，采用Ф70和Ф90兩種藥卷。起爆采用電雷管起爆，孔內采用15段非電毫秒雷管，孔間采用3段非電毫秒雷管，排間采用的是5段非電毫秒雷管。

（1）堆石料爆破。根據設計要求，堆石料最大粒徑為800mm，堆石料爆破采用設計參數見表1。

表1 堆石料梯段微差爆破參數表

主爆破孔采用φ90藥卷（2#巖石乳化炸藥）連續裝藥，巖石爆破單位耗藥量按照0.35kg/m3控制，根據巖石變化不斷調整優化。

起爆網絡：采用孔內延時、孔間傳遞、排間分段的單孔起爆網絡，孔內采用雙發15段非電毫秒雷管延時，孔間采用雙發3段非電毫秒雷管傳遞，排間采用5段非電毫秒雷管分段，起爆網絡如圖1所示。

（2）墊層料爆破。根據墊層料加工系統給料粒徑要求，給料最大粒徑為600mm，墊層料爆破設計參數見表2。起爆網絡如圖1所示。

（3）過渡料爆破。根據設計要求，堆石料最大粒徑為300mm，堆石料爆破初擬設計參數見表3。

主爆破孔采用φ90藥卷（2#巖石乳化炸藥）連續裝藥,巖石爆破單位耗藥量按照0.5kg/m3控制，最終單耗根據爆破試驗確定。起爆網絡如圖1所示。

圖1 蚱蜢寺料場開采爆破設計圖

表2 墊層料加工料梯段微差爆破參數表

表3 過渡料梯段微差爆破參數表

6 爆破開采程序

（1）按照經監理批準的爆破試驗方案進行施工，并嚴格遵守《爆破安全規程》，現場爆破試驗施工流程為：參數設計→測量放樣→技術交底→鉆機就位→鉆孔→驗孔檢查→裝藥聯網→爆破→爆效檢查→爆破參數調整→下一次爆破。

（2）每次爆破后，進行爆堆形狀和巖塊外觀分析，并進行錄相或照相記錄。

（3）與監理工程師一起，選擇具有代表性的區域，用裝載機按規定的篩分試驗需用量，運至篩分試驗地點，進行篩分試驗。

（4）將每次篩分試驗成果繪制成級配曲線，并與規范和設計規定的級配包絡線相比較，以獲得最優爆破參數。

7 爆破試驗的安全保證措施

（1）爆破監控和飛石控制。施工中對爆破作業進行監控，使用能測量垂直、橫向和縱向波形的三維型設備進行質點速度測量，建立爆區震動速度衰減規律的關系式：

式中：V——質點震動速度，cm/s；

Q——單響藥量，kg；

R——測點至爆區中心的距離，m；

K——與爆破場地條件有關的系數；

α——與地質條件有關的系數；

尋求質點的衰減規律就是要通過試驗求出爆區的K、α值建立衰減關系式，從而確定爆破規模，指導爆破作業。

梯段爆破飛石一般不會太遠，但需控制好堵塞長度和最小抵抗線，飛石距離按以下經驗公式進行控制：

式中： RF——飛石的飛散距離，m；

D——深孔直徑，mm；

（2）料場開挖必須嚴格按開挖爆破試驗參數組織施工。

（3）每次爆破后，均必須及時對料源進行顆粒級配情況取樣分析，若級配情況不好，應查明原因，并調整開挖爆破參數。

（4）主要施工機械均投入性能良好的工程機械設備，并配置足夠的備用設備。

（5）主要運輸道路地形較陡地段，轉彎處均必須設置安全防護墩，并按交通規范要求設置安全警告牌。

（6）開挖人員、臨建設施搭設布置要求實用，力求采用統一，做到整潔、衛生美觀，并符合有關防火安全要求。

（7）成立爆破作業指揮領導小組，下設技術組，負責施工技術、調度、炮孔驗收等;安全保衛組,負責安全保衛、警戒、信號聯絡等;爆破作業指揮組在專業爆破工程師的直接指揮下進行工作，各類人員分工明確責任到人。

（8）成立專職安全檢查員，一切爆破作業需經安全員檢查后才準進行爆破。

（9）加強對爆破器材使用的管理，對爆破材料的現場使用及每次爆破后剩余材料回庫進行全面監管和清點登記，防止爆破材料丟失。在加工、運輸、裝藥、接線、堵塞、起爆等關鍵工序中，嚴格遵守國家爆破安全操作規程，并提出實施計劃，層層落實。

（10）施工區材料堆放整齊、棄料場按指定地點堆放，不得任意侵占施工道路，施工機械設備按指定地點停放，責任到人。

8 結 語

面板堆石壩施工影響質量的關鍵因素之一堆石料源質量，而料源質量的保證在于料場爆破設計、開采。對于蚱蜢寺砂巖料場，料場的爆破設計直接關系著開采質量，關系著堆石料顆粒級配是否能滿足設計要求，從而影響大壩主堆石料填筑質量。特別對于砂巖料場，本身巖石強度不高，且料場內不同分區、不同部位、同一部位不同深度的巖石飽和抗壓強度和軟化系數均相差較大，料場爆破設計顯得尤為重要。

《水利水電工程制圖標準水土保持圖》通過審查

2014年8月19日，水利部水土保持司在北京主持召開會議，對《水利水電工程制圖標準水土保持圖(送審稿)》（以下簡稱《標準》）進行了審查。

會議聽取了編制組關于《標準》編制工作、主要內容、征求意見及其處理等情況的匯報，對《標準》正文、附錄及條文說明進行了審查，認為《標準》編制程序符合水利行業標準編制要求，送審材料齊全，滿足審查要求。編制組收集了相關資料和標準，總結了水土保持制圖實踐經驗，廣泛征求了有關單位和專家意見，內容全面，結構合理，可操作性強。與會專家一致同意通過審查。

中國林業工程建設協會工程標準化專業委員會、山西省水利水電勘測設計研究院、淮河流域水土保持監測中心站、北京林業大學、北京市水利規劃設計研究院、陜西省水利電力勘測設計研究院、黃河勘測規劃設計有限公司、中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司,以及水利部水利水電規劃設計總院、江蘇省水利勘測設計研究院有限公司、浙江省水利水電勘測設計院、北京地拓科技發展有限公司等單位的專家和代表參加了會議。

《水利水電工程制圖標準水土保持圖》為水利水電工程制圖系列標準之一，現行標準編號為SL73.6-2001。水利水電工程制圖系列標準的基礎制圖等5項標準已完成修訂工作，本標準是對SL73.6進行修訂。《標準》修訂工作始于2013年初，由水利部水利水電規劃設計總院主編，江蘇省水利勘測設計研究院有限公司等單位參編。

（張超 供稿）

10.3969/j.issn.1008-1305.2014.06.026

TV542

B

1008-1305（2014）06-0079-04

王和鑫（1985年-），男，工程師。