長河壩水電站江咀石料場無用料剝離爆破技術

張艷如 黃海霞

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川成都 610225)

1 概述

長河壩水電站是以發電為主的大型水庫電站，工程為一等大(1)型工程，攔河大壩為礫石土心墻堆石壩。江咀石料場為長河壩電站主石料場，位于壩址區下游左岸磨子溝溝口左側，距壩址6 km，料場儲量3 337萬m3。分布高程1 500 m～1 930 m，地形坡度一般40°～60°，少量為30°～35°。料源巖性為石英閃長巖，巖質致密堅硬，巖體多呈次塊狀～塊狀結構。料場內覆蓋層有一定范圍的分布，成因主要有崩坡積堆積、坡殘積堆積、冰積堆積及人工堆積等，鉆探揭示其最大鉛直厚度超過60 m。另外，部分料場淺表部還有0．5 m～1．5 m的耕植土層分布。

2 施工方案

無用料剝離施工按照分層分區方式進行，分區長度為20 m～30 m，無用料剝離施工采取深孔梯段+預裂鉆爆方式開采，分層高度9 m。鉆爆機具選用液壓鉆、高風壓鉆、支架式潛孔鉆、手風鉆進行鉆孔。主爆孔和緩沖孔采用CM351高風壓鉆機或ROCD7液壓鉆造孔，孔徑為110 mm和90 mm;預裂孔也選用CM351高風壓鉆機或ROCD7液壓鉆造孔。爆破完成后棄渣利用推土機及反鏟向磨子溝下部甩料。

3 爆破設計

3．1 爆破控制標準

在爆破設計時必須按照施工設備的安全、巖體自穩和鄰近支護施工安全的要求來確定爆破施工主要參數臺階高度和單響藥量。合適的臺階高度由設備作業基礎安全要求確定，合理的單響藥量由巖體自穩和鄰近支護施工安全的要求來確定。爆破參數控制標準見表1。

表1 施工爆破參數控制表

3．2 預裂爆破設計

根據大壩左、右岸壩肩施工經驗，該部位施工主要采取預裂爆破，局部巖體破碎時采用光面爆破。

3．2．1 預裂爆破參數確定

1)鉆孔孔徑:采用D7液壓鉆鉆機造孔，鉆孔直徑D=90 mm;2)孔距:炮孔間距a據經驗公式:a=(7～12)D，a=90×(7～12)=700 mm～1 200 mm;本部位預裂孔間距選用100 cm;3)堵塞長度:堵塞長度應控制爆破氣體過早逸出，為保證取得良好的預裂爆破效果，根據施工經驗，弱風化巖石堵塞長度取1．5 m，強風化巖石堵塞長度取1．0 m。4)裝藥結構。a．不耦合系數:一般為2＜n＜4，本工程n=D/d，由 n=90/32計算出 n=2．8。b．線裝藥密度:根據經驗數據，線裝藥密度為350 g/m～450 g/m，弱風化巖石取小值，強風化巖石取大值。c．裝藥結構:預裂爆破采用φ32銷銨炸藥或(乳化炸藥)，導爆索傳爆，每孔按照計算藥量間隔用膠布綁扎在竹片上，底部根據孔深不同，按0．2L(孔深)增加2倍藥量，其余部位按計算藥量均勻分布。

預裂孔先于主爆孔100 ms以上起爆，單響藥量嚴格控制在50 kg以內，每段預裂孔間用2 ms非電毫秒雷管分開。主要參數控制見表2。

表2 預裂爆破主要參數控制表

3．2．2 緩沖孔及主爆孔參數

1)緩沖孔采用CM351高風壓鉆機造孔，孔徑110 mm，φ75藥卷爆破，緩沖孔與預裂孔和前排主爆孔的排距分別為1．5 m和3 m。

2)最小抵抗線 W=(20～40)d，d為藥卷直徑，65 mm，W=(20～40)×65 mm=1 300 mm ～2 600 mm，取 W=2．0 m;超鉆深度 h:h=0．1W=0．2 m;鉆孔深度 L:L=H+h=6．2 m;炮孔間距a:a=mW，m 為炮孔鄰近系數，m=1．4，a=1．4 ×2．0=2．80 m，取a=3．0 m。炮孔排距 b:b=0．866a，b=0．866a=0．87 × 2．8=2．4 m。裝藥量 Q:Q=qaWH，q=0．45 kg/m3～ 0．50 kg/m3，Q=29．7 kg～33．0 kg。即梯段爆破炮孔間距為 3．0 m ～3．5 m，排距選取2．0 m～3．0 m。因此，本部位爆破設計爆破間距為3．0 m～3．5 m，排距選取3．0 m。

3)緩沖孔主爆孔堵塞長度為(0．7～1．0)ω，采用φ75藥卷連續裝藥爆破，單耗q=0．50 kg/m3。

緩沖孔及主爆孔主要參數控制表見表3。

表3 緩沖孔及主爆孔主要參數控制表

爆破裝藥結構見圖1。

3．2．3 爆破網絡選擇

為了取得良好爆破效果，確保爆破網絡質點振動速度滿足要求，采取以下措施:

1)限制爆破措施:根據預裂減振要求，預裂爆破對保留巖體一側的最小厚度應大于預裂孔深的1．5倍，否則要減少預裂孔深。在工作面比較寬時，布設1排預裂孔、1排緩沖孔、3排主爆孔較為合理。前沿抵抗線較大部位可根據自然邊坡隨機加密造孔。

圖1 裝藥結構示意圖

2)所有爆破網絡中，因15段以上非電雷管延時誤差較大，孔內(預裂孔除外)裝15 ms非電雷管，采用排間起爆。

3)爆破方向控制:a．江咀石料場A區對岸、上游側為當地村民居住地，對岸、下游側為現有邯鄲光太施工營地，因此爆破方向控制為對岸方向。b．起爆方式:預裂孔用導爆索起爆，緩沖孔及主爆孔采用孔內裝非電毫秒雷管引爆。根據爆破最大單響要求進行分段。臺階高度為9 m，預裂孔每10個孔一組，導爆索連接，每組采用2 ms非電雷管連接，緩沖孔和主爆孔采用孔間2 ms非電雷管連接，排間采用5 ms非電雷管連接，形成非電毫秒順序起爆網絡。c．邊坡前后最后一次爆破，應使預裂孔提前最先起爆的主爆孔100 ms以上起爆，避免同時起爆產生振動疊加。

4)爆破主要指標:本次爆破預裂孔共計20個孔，總裝藥76 kg，分兩次起爆，一次最大單響38 kg，小于控制標準50 kg;主爆及輔助孔28個，總裝藥量1 040 kg，分4次起爆，一次單響藥量控制為283．5 kg，小于控制標準 500 kg。

爆破網絡見圖2。

圖2 爆破網絡示意圖

4 爆破安全與振動監測

4．1 爆破振動試驗監測

結合施工進行梯段爆破試驗、預裂爆破試驗，通過爆破效果調查爆破震動效應測試、調整爆破參數、優化爆破設計、改善爆破效果，通過控制爆破減少對當地環境的影響。

4．2 施工安全監測

根據施工安排，由監測中心在周邊環境布設監測點，實施爆破質點振動速度安全監測，及時將監測結果反饋施工作業隊，通過監測→反饋→調整的方式控制爆破規模、最大單段藥量，達到控制建筑物及邊坡安全的目的。

4．3 爆破安全警戒

爆破飛石安全距離按照《水電水利工程爆破施工技術規范》的要求，分別計算出爆破對人、對設備的安全距離。

經驗計算公式:

其中，R為飛石對人員的安全距離;n為爆破作用指數;W為最小抵抗線;Kf為安全系數，考慮到高邊坡爆破，取2。

按照邊坡開挖施工方案，主爆孔最前排距外邊坡2．0 m，造孔角度75°，梯段深度10 m，原始邊坡約500，經計算 r=n=1．19，W=3．86 m，同時考慮高差效應增加50%，得出爆破飛石對人員的安全距離為R=328 m;對機械設備的安全距離為164 m。

4．4 邊坡開挖爆破警戒專項措施

4．4．1 警戒范圍

以爆區為中心，500 m距離為半徑劃定危險警戒區域。針對每次爆破作業特點及現場情況，對各警戒點距離及位置作適當調整。

4．4．2 警戒警示牌及警戒點設置

取得地方公安、交管及相關部門配合、支持，在15號洞、料場對岸現有通往麥崩鄉鄉村道路設置兩處設立警示牌。公示爆破作業區域、交通管制及放炮時間等安全警示內容。

根據開挖及現場特點設置相對固定的兩個警戒點，警戒點設置在15號道路與現有麥崩鄉鄉村道路交界處、料場對岸上部鄉村道路。

4．4．3 警戒人員、器具配備

每次爆破由爆破指揮員會同警戒小組的爆破工程技術員與安全員共同確定警戒點及適當位置，每個警戒點配備1人～2人為警戒員。每個警戒點配大功率喊話喇叭一部、對講機一臺、警示旗幟一面、警示黃背心一件、警示手袖標志一個及安全帽一頂。

4．4．4 警戒員任務

爆破前每個警戒員按警戒組爆破前警戒相關規定負責將危險區內的所有人員、設備撤離危險區(或撤至安全點)，并在本次爆破危險區邊界警戒點規定的位置負責警戒。

5 實施效果

江咀石料場覆蓋層和無用料剝離爆破施工達到規范和設計要求，得到監理單位和業主的好評。