淺談新疆達克曲克水電站廠房邊坡膠結體爆破施工技術

曾 金， 郭 紅 利

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

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淺談新疆達克曲克水電站廠房邊坡膠結體爆破施工技術

曾 金， 郭 紅 利

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

新疆達克曲克水電站廠房邊坡在開挖過程中由于地質條件復雜，遇到了深厚膠結體，給開挖施工帶來了一定的難度。通過對膠結體的性態進行研究及爆破施工過程中的經驗總結，確定了適合膠結體開挖施工的爆破參數。

膠結體；爆破；施工；技術；達克曲克水電站

1 工程概況

達克曲克水電站位于新疆和田玉龍喀什河下游河段的峽谷內，距離和田市53 km。電站裝機容量為75 MW(其中：水電站裝機2×35 MW；生態電站裝機2×2.5 MW)。電站開發的任務為水力發電并承擔上游玉龍喀什水利樞紐調峰發電后的反調節，屬Ⅲ等中型工程。

電站廠房位于該河左岸Ⅳ級階地平臺上，廠房與階地岸邊(方向近EW)的夾角約為60°，廠房后部為Ⅴ級階地，階地后緣為基巖岸坡，坡高100余m，基巖部分裸露。岸坡整體走向為NE60°～80°，自然岸坡較緩，為30°～40°，岸坡表部堆積有厚0.1～0.4 m的風、坡積含碎石粉土。

根據原設計圖紙，廠房邊坡巖體主要為表層砂礫石及下伏基巖，基巖為中元古界長城系賽拉加茲塔格巖群(ChSa)、斜長二云母石英片巖、黑云母石英片巖，屬中硬巖，呈灰綠色，鱗片變晶結構，片狀構造，片理產狀為NE 60°～80°NW∠30°～40°, 片理面傾岸外略傾下游。巖層中多見白色石英脈夾于片理之中，石英脈多沿片理面發育。

隨著開挖過程中地質條件的逐步被探明，廠房邊坡巖體分層主要為砂礫石覆蓋層、鈣質膠結礫巖體及基巖層，地質條件相對復雜 。

膠結體沿進廠公路上游側至尾水出口全線分布，靠河側為直立邊坡，部分為倒懸體，膠結體長度為150 m，寬度為70 m，高度為18 m。膠結體是碎屑顆粒或基質載體(主要指土方、砂卵礫石夾漂石層等)經長期演變共同作用形成的膠凝、板結狀整體結構體，較堅硬，形狀、物理特性均與巖體相近，類似混凝土膠凝骨料。同時，在膠結體層間夾泥質粉砂巖及凝結強度不高的砂卵石，直接導致其軟硬不均，結構成分復雜(圖1)。

圖1 膠結體性狀圖

膠結物是化學成因物質，其結構特點是由晶粒大小、晶體生長方式及重結晶程度等決定的。在碎屑巖中，膠結物或填隙物的分布狀況及其與碎屑顆粒的接觸關系稱為膠結類型，主要有以下幾種膠結類型：(1)基底膠結。填隙物含量較多，碎屑顆粒在其中互不接觸，呈漂浮狀；(2)孔隙膠結。碎屑顆粒構成支架狀，顆粒之間多呈點狀接觸，膠結物含量少，只充填在碎屑顆粒之間的孔隙中。孔隙膠結是最常見的顆粒支撐結構，顆粒間的膠結物為成巖期或后生期的化學沉淀產物；(3)接觸膠結。顆粒之間呈點接觸或線接觸，膠結物含量很少，分布于碎屑顆粒相互接觸的地方。接觸膠結亦為顆粒支撐結構，膠結物可能是干旱氣候帶的砂層因毛細管作用溶液沿顆粒間的細縫流動并沉淀形成，或者是原來的孔隙式膠結經地下水淋濾改造而造成；(4)鑲嵌膠結。顆粒之間由點接觸發展為線接觸、凹凸接觸，甚至形成縫合狀接觸。鑲嵌膠結亦為顆粒支撐。在成巖期的壓固作用下，特別是當壓溶作用明顯時，砂質沉積物中的碎屑顆粒會更緊密地接觸從而形成鑲嵌式膠結。通過現場觀察發現，廠房邊坡的膠結類型上述四種情況均有出現，正因如此，給膠結體的爆破施工帶來一定的難度。

2 膠結體爆破施工采用的方法及技術措施

2.1 開挖方式的比選及確定

(1)由于招標文件提供的地質資料對膠結體的描述極少，僅在天然建筑材料料場C1-1中有提及，礫石層中多見1～1.5 m厚的鈣質膠結礫巖，鍬鎬挖不動。工程前期，項目部采用挖掘機進行膠結體的開挖，采用現代225挖掘機(斗容1 m3)，其結果開挖面僅能留下深約3 cm深的斗齒印記，后來改用PC360(斗容1.6 m3)、再后來改用日立450(斗容2 m3)挖掘機施工，均只能留下約3～4 cm深的斗齒印記，因此，用挖掘機無法直接對膠結體進行開挖。

(2)鑒于膠結體成因復雜、多樣，膠結類型多種多樣，高低不平、膠結程度不一給施工造成了極大難度，用手風鉆鉆孔由于孔徑小、風壓低、碎屑多而無法將其吹出，導致鉆進50 cm后即出現卡鉆現象；鉆的越深，卡鉆越嚴重，甚至無法拔出。用支架式潛孔鉆機遇塌鉆孔部位或無法鉆孔部位需就近重新鉆孔，由于其工作方式導致移動就位困難。

(3)項目部經過一系列的鉆孔試驗，最終確定選用HC725B以及HC726A履帶式潛孔鉆機進行膠結體的鉆孔施工，鉆孔直徑為110 mm，履帶式潛孔鉆采用13 m3移動螺桿式空壓機供風可勉強成孔。雖然采用了大孔徑、高風壓的鉆孔方式，但同樣存在鉆孔平臺形成困難、鉆孔設備就位困難、鉆孔效率低、輔助設備損壞率高等問題。

2.2 爆破參數的確定

在確定了鉆孔方式后，根據現場情況進行了兩次爆破試驗。第一次爆破試驗選定在長45 m、寬21 m的區域,將該區域分為兩組進行試驗，梅花型布孔，爆破采用毫秒微差分段起爆的方式進行，爆破參數見表1。

表1 第一次爆破試驗參數表

進行鉆孔時，由于膠結體中存在碎屑顆粒，局部存在空隙，導致在鉆孔過程中出現孔內漏氣、碎屑顆粒大量散落包裹住鉆桿而造成鉆桿轉動阻力極大甚至無法旋轉，卡鉆嚴重，需要反復用強風吹孔才能勉強成孔，成孔后也極易塌孔，塌孔率極高，報廢孔占鉆孔總數的30%；成孔率低，鉆孔設備效率低下，孔深6 m的鉆孔時間比孔深4.5 m的鉆孔時間要多50%。

爆破后，該區域的大部分石渣都被翻起，但孔深6 m的區域產生了大量的塊徑超過2 m的膠結體塊體而無法裝車，需要進行二次解小；孔深4.5 m的區域較孔深6 m的區域爆破效果好，但同樣存在部分塊徑超過2 m的膠結體塊體。經過二次解小，第一組的平均挖裝深度為5.8 m，第二組的平均挖裝深度為4.5 m。

通過第一次爆破試驗可以看出：局部膠結體內部空隙較多，因其炮孔周邊漏氣，孔內炸藥爆炸瞬間產生的爆炸力損耗較大，其對膠結體作用時間較短，沖擊破碎能量聚集較小，對膠結體粉碎作用較弱，導致炮渣粉碎、拋渣效果不理想，最終影響挖裝效率。針對這種情況，進行了第二次爆破試驗。

第二次爆破試驗選定在長31m、寬21m的區域,將該區域分為兩組進行試驗，梅花型布孔，爆破同樣采用毫秒微差分段起爆的方式進行，爆破參數見表2，裝藥情況見圖2。

進行鉆孔的過程中，同樣存在鉆孔困難、塌孔率高的問題，但從爆破效果看，第二次爆破試驗相當好，兩組的塊徑都可直接進行裝車而不需要進行二次解小,第一組的平均挖裝深度為3.1 m,第二組的平均挖裝深度為1.7 m。經過比較，第二組的孔深較淺，鉆機移動頻繁，而且孔深過淺會增加導爆索及雷管的使用量，使成本增加。另外，爆破區域與3#永久貝雷橋最近距離只有30 m，需要盡量控制飛石的產生及爆破震動。綜合以上因素、最終確定的廠房膠結體爆破參數見表3。開挖過程中視膠結體的膠結情況進行了適當的調整，調整爆破參數后取得的爆破效果見圖3。

通過對爆破參數進行優化調整，結合現場爆破效果(圖3)可以看出，爆破后的膠結體塊徑合適，可以直接裝車而不需要進行二次解小，平均挖裝深度能夠達到3.2 m，達到了預期的效果。

表2 第二次爆破試驗參數表

表3 爆破試驗參數表

圖2 現場膠結體裝藥圖

圖3 調整爆破參數后爆破效果圖

2.3 集渣及出渣

爆破作業完成后，采用SD22推土機集渣并形成出渣作業平臺，日立ZX450H挖掘機在出渣作業平臺處挖渣、裝25 t自卸車運至渣場。

對于爆破后無法裝車的大塊徑膠結體，采用帶液壓錘頭的PC320挖掘機進行二次解小處理。

2.4 邊坡坡面的處理

邊坡坡面的處理按照以下兩種方式進行：

(1)弱膠結邊坡：弱膠結邊坡采用日立ZX450H挖掘機直接修坡成型。

(2)強膠結邊坡：強膠結邊坡采用帶液壓錘頭的PC320挖掘機進行坡面修整，然后人工配合現代225挖掘機進行坡面清理成型。

3 質量、安全保障措施

(1)開挖前，現場技術人員及測量人員熟悉施工圖紙，測量人員復核控制點基本數據，無誤后再進行準確的施工放線，技術人員嚴格按設計圖紙要求進行開挖，防止欠挖，控制超挖，使開挖斷面符合設計要求。

(2)施工過程中，派專職安全員隨時關注邊坡穩定情況，對于開挖面上的危石碎塊及可能塌落的松動巖塊人工清撬處理，處理人員必須系好安全繩，作好相關安全工作。

(3)開挖施工時設安全員進行安全看守，阻止與施工無關的人員進入施工區域。

(4)嚴格遵守爆破作業規程，統一警報，統一信號，統一標志牌，劃定專門的避炮區域，布置警戒，專人負責攔截人員及車輛。

(5)爆破施工時，嚴格控制裝藥量，盡量減少對3#橋的爆破震動與破壞。同時，在3#橋橋面鋪設柔性草墊，在貝雷片頂部及側面鋪設廢舊鋼絲輪胎，在輪胎面層鋪設竹跳板并用鐵絲固定，以進一步加強對3#橋的防護。

4 結 語

膠結體的爆破施工方式不同于普通的土方及石方施工，由于膠結體特殊的地質成因造成其特殊的施工方式。達克曲克水電站廠房邊坡在進行膠結體爆破施工過程中積極探索，確定了采用高風壓、大孔徑的履帶式潛孔鉆機進行鉆孔、采用淺孔松動爆破的方式進行施工，并針對其膠結體性狀確定了具體的爆破參數，對類似工程施工有一定的借鑒意義。

(責任編輯：李燕輝)

2016-08-15

TV7;TV52

B

1001-2184(2016)05-0057-04

曾 金(1984-)，男，四川成都人，工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作；

郭紅利(1991-)，男，四川成都人，助理工程師，學士，從事水利水電工程施工技術與管理工作.