深孔預(yù)裂爆破技術(shù)在水電站高邊坡開挖施工中的應(yīng)用

劉金鵬

【摘要】修建水電站工程中，針對(duì)其中出現(xiàn)高邊坡的情況需要給予高度重視。下文結(jié)合某水電站的建設(shè)情況分析開挖高邊坡的情況，即通過梯段爆破以及深孔預(yù)裂爆破的技術(shù)有效減少邊坡的擾動(dòng)，同時(shí)充分保障邊坡安全性以及穩(wěn)定性。

【關(guān)鍵詞】深孔預(yù)裂爆破技術(shù)；水電站；高邊坡；開挖；施工；應(yīng)用

前言

水電站建設(shè)中，比較常用的一項(xiàng)技術(shù)就是預(yù)裂爆破，參照爆破機(jī)理分析，在預(yù)裂爆破后，此時(shí)的巖體當(dāng)中就會(huì)出現(xiàn)裂縫，而且會(huì)貫穿在整體的巖體中。在實(shí)施爆破中，其中的主炮孔逐漸釋放應(yīng)力波，并通過裂縫而可以反射或是吸收應(yīng)力波，此方式可以在很大程度中發(fā)揮屏障的作用，從而防止巖體承受較大的破壞性。在巖體中所出現(xiàn)的貫穿裂縫，則很好地展示出爆破已經(jīng)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。在本文中，結(jié)合某地的水電站建設(shè)情況分析高邊坡實(shí)施開挖的情況，希望可以對(duì)同類型工程帶來一定的參考價(jià)值。

1、工程案例分析

某地建設(shè)的水電站位于河流的干流梯級(jí)段，此工程屬于河床式的開發(fā)，而且水庫(kù)在正常條件下的蓄水位可以達(dá)到472.60m，而總的庫(kù)容是6860.2萬m3，其中電站的額定水頭大約是13.50m，引水流量是253.5m3/s，而電站中的裝機(jī)容量是30MW，機(jī)組屬于貫流式。通過統(tǒng)計(jì)此水庫(kù)多年的發(fā)電量可知，平均值大約是12718.1萬kW·h。其中電航樞紐需要建設(shè)的建筑物包括：船閘、左岸的連接壩段、發(fā)電廠房、13孔的泄洪沖砂閘、右岸連接壩和開關(guān)站。在廠房區(qū)域中，其主要作用是攔河樞紐，在設(shè)計(jì)中主要布置于右岸。主機(jī)間和安裝間布置方式如下：安裝間位于主機(jī)間的右側(cè)，而開關(guān)站的布置則在安裝間的下游側(cè)之岸，其中進(jìn)口的建筑物有：進(jìn)水前池、攔沙坎、護(hù)坡、上游的廠閘導(dǎo)墻以及上游右側(cè)的岸墻。其中進(jìn)水前的池上游中設(shè)置對(duì)應(yīng)的攔沙坎，而在左側(cè)則連接的是上游廠閘，主機(jī)間的順?biāo)鲗挻蠹s是18.4m，而沿著壩軸線的方向其長(zhǎng)度是31.32m；安裝間中的沿壩軸線長(zhǎng)度是28.31m，而順?biāo)牧飨蚴?8.31m，和主機(jī)間設(shè)永久的沉陷縫。由于廠房的位置處于河床和漫灘的邊緣，其中覆蓋層的厚度是9.7m至13.8m，而下伏基巖是J2s2-5 的粉砂質(zhì)泥巖，同時(shí)還夾雜著泥質(zhì)粉砂巖，對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化的巖體部分，其厚度是0至4.5m。而弱～微的風(fēng)化巖體巖中，石質(zhì)量的指標(biāo)是71至95%，而在飽和狀態(tài)下，抗壓強(qiáng)度大約是6.7至9.0MPa，其中巖體工程中的地質(zhì)分類是IVc1類。開挖高邊坡工程中，其高程是m至m，而垂直開挖的高度則是85m，m至m中開挖的坡比是1：0.5，m至m通過垂直開挖，其中石方開挖中的工程量達(dá)到萬m3。

2、概述深孔預(yù)裂爆破定義、作用機(jī)理及相關(guān)影響因素

2.1定義預(yù)裂爆破

所謂預(yù)裂爆破，事先設(shè)計(jì)開挖的輪廓線，然后打一排孔，并保持平行炮孔，將其作為預(yù)裂孔，并在預(yù)裂孔中裝藥，通過不耦合的方式裝藥，開挖區(qū)中的主爆孔實(shí)施爆破之前，需要在輪廓線中的位置做好預(yù)裂孔，并沿著之前設(shè)計(jì)的輪廓線使之逐漸形成平整預(yù)裂縫，再實(shí)施主爆破孔組。此技術(shù)和光面的爆破有十分顯著的區(qū)別，即預(yù)裂的爆破中的巖石實(shí)施開挖前，可預(yù)先設(shè)計(jì)輪廓線，使得爆破具有一定的寬度裂縫，整個(gè)爆破網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，起爆最先，光面爆破則最后是起爆。

2.2深孔和深孔爆破含義

一般情況下，深孔指的是孔徑在75mm以上、深度大于5m，而且通過深孔鉆機(jī)鉆而進(jìn)行炮孔。深孔爆破則指的是事先修建好臺(tái)階（或者是梯段）而進(jìn)行鉆孔并開展作業(yè)，完成鉆深孔工作之后，裝入延長(zhǎng)的藥包實(shí)施爆破。在深孔爆破中，破碎的質(zhì)量比較好，而且破碎塊度可以很好達(dá)到工程的要求。

2.3作用機(jī)理

采用預(yù)裂爆破的技術(shù)，作用機(jī)理如下：第一，在完成預(yù)裂爆破之后，巖體當(dāng)中就會(huì)逐漸形成貫穿裂縫，此裂縫可以反射或者是充分吸收起爆主爆破孔中應(yīng)力波，從而發(fā)揮其屏蔽的作用，這就有效減小巖體所受到的破壞程度，同時(shí)也進(jìn)一步提升預(yù)裂爆破效果。

2.4影響因素

第一個(gè)因素是地質(zhì)條件以及巖石物理力學(xué)的性質(zhì)，在實(shí)施預(yù)裂爆破施工中，主要的參數(shù)都是和地質(zhì)條件以及巖石物理力學(xué)的性質(zhì)之間有十分密切的關(guān)系，所以這就要求在設(shè)計(jì)預(yù)裂爆破過程中需要掌握準(zhǔn)確巖石力學(xué)的性能相關(guān)參數(shù)，從而提升預(yù)裂爆破中參數(shù)準(zhǔn)確度；第二，不耦合的作用，在施工中，不耦合作用主要針對(duì)裝藥和孔壁間隙而降低爆破所釋放在孔壁之上初始的壓力。結(jié)合實(shí)踐情況可知，通常情況下，不耦合的系數(shù)范圍是2～4內(nèi)就可以得到十分良好效果。但在線裝藥的密度之下，此時(shí)不耦合的系數(shù)則需要結(jié)合孔距減小并進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑龃螅坏谌b藥結(jié)構(gòu)，由于細(xì)長(zhǎng)藥卷之間的間隔在裝藥起爆中具有重要作用，此時(shí)就需要依靠炮孔中的沿孔全長(zhǎng)而敷設(shè)對(duì)應(yīng)的導(dǎo)爆索，然后通過炮孔孔底而發(fā)揮其夾制的作用，在孔底的裝藥量就會(huì)增加為2至3倍；第四，設(shè)計(jì)起爆時(shí)間，在施工中確保減震的效果，預(yù)裂孔超前設(shè)計(jì)在主爆破孔前，超前的時(shí)間為左右。然而遇到含水量或者是松軟巖體的情況，需要做好防止預(yù)裂縫的工作；第五，鉆孔質(zhì)量，通常情況下，鉆孔屬于平面上，此時(shí)垂直在鉆孔的平面中所發(fā)生的偏差需要保持其低于20cm，并且孔底需要保持其可以處于同一條線之上，而偏差低于15cm。

3、預(yù)裂爆破相關(guān)參數(shù)

3.1炮孔布置情況

在施工中為了能夠有效控制對(duì)應(yīng)造孔的角度，進(jìn)而有效提升開挖的質(zhì)量，此時(shí)在預(yù)裂爆破孔中則就可以通過阿特拉斯的鉆機(jī)進(jìn)行造孔，其中造孔的直徑是70mm。結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)可知，預(yù)裂孔的間距范圍大約是60至80cm。針對(duì)預(yù)裂爆破的深度設(shè)計(jì)過程中，則需要結(jié)合巖石情況以及實(shí)際的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)而進(jìn)行綜合確定，在原則上就需要通過深孔而預(yù)裂。如果遇到巖石較差的情況，就可能給會(huì)導(dǎo)致造孔深，進(jìn)而引起塌孔的問題，同時(shí)也影響爆破的效果，針對(duì)這一情況則需要通過預(yù)裂的孔鉆孔深度和階梯段保持同步高度進(jìn)行施工。相關(guān)參數(shù)見表1。

3.2炮孔裝藥情況

在裝藥中采用的是32mm的硝銨炸藥，通過間隔的不耦合方式裝藥，此時(shí)結(jié)合巖石的情況而控制好線裝的藥密度，擬定是250至g/m，而針對(duì)泥巖以及強(qiáng)風(fēng)化的巖體情況，則可以采用的是250，而較完整的砂巖則通過250，預(yù)裂爆破具體的施工見圖一。

4.爆破情況

4.1相關(guān)要求

結(jié)合工程中的石方開挖情況，造孔太深的情況就會(huì)導(dǎo)致塌孔梯段，此時(shí)通過阿特拉斯的履帶鉆機(jī)實(shí)施造孔，而在局部的邊角則輔TY-28手風(fēng)進(jìn)行鉆造孔，具體布置情況見下圖二。

4.2布孔

從梯段的爆破施工實(shí)踐 情況可知，為了能夠進(jìn)一步提升爆破的效果，以及減少爆破中出現(xiàn)大塊徑的爆碴，此時(shí)就需要做好布孔工作。爆孔采用的是斜孔形式。在一次性的爆破工程量中可以通過多排孔微差的方式進(jìn)行爆破，通過布孔結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行安排，而在爆破孔的布置方面可設(shè)置為梅花型。具體情況見圖三。

4.3參數(shù)分析

在施工中，每梯段中的爆破實(shí)施開挖面積是m2，而布孔一共是15排，爆破孔是165個(gè)，梯段的爆破孔距參數(shù)如下表2

當(dāng)a取值是1.25b的情況下，第一排的排距是，而第二的排孔和后排距是b1.73m。

對(duì)于單孔裝藥量（）而言，在第一排的孔單中孔裝藥量；而第二排孔和后排孔中單孔的耗藥量等于kqabH，在此式子中，其中的k是克服了前排中孔巖石的阻力系數(shù)，一般取值是

1.1至1.2，在k=1.1的情況下進(jìn)行計(jì)算：

。

在設(shè)計(jì)超深方面，主要的目的是克服臺(tái)階中的地盤夾制，保障爆破之后不會(huì)出現(xiàn)留巖坎的情況，提升底部的平整性。在梯段爆破的施工經(jīng)驗(yàn)中，超深h可以參照如下的公式進(jìn)行計(jì)算，即，其中H的取值是5m，臺(tái)階的高度較小情況下，其取的超深h則等于。

對(duì)于孔深L而言，孔深主要通過臺(tái)階的高度以及超深確定，其中傾斜孔中的孔深 L等于，此時(shí)可以得到實(shí)際設(shè)計(jì)情況見下圖四。

結(jié)束語(yǔ)

通過上述具體工程案例分析，在高邊坡的開挖中通過預(yù)裂爆破的技術(shù)，能夠在實(shí)踐運(yùn)用過程中發(fā)揮積極作用，防止巖體承受較大的破壞性。在巖體中所出現(xiàn)的貫穿裂縫，則很好地展示出爆破已經(jīng)達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

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