水庫高邊坡爆破開挖施工方案研究

江文強(qiáng)

(江西省水利水電開發(fā)有限公司，南昌 330000)

1 概 述

水庫大壩工程建設(shè)可改善區(qū)域水資源短缺、時(shí)空分布不均勻等問題。同時(shí)，可緩解下游洪澇災(zāi)害等問題，生態(tài)、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益顯著[1-3]。為了提高水庫蓄水量，水庫往往修建于山區(qū)，但高水位帶來的水壓力導(dǎo)致壩肩、壩基土強(qiáng)度要求較高，因此水庫壩址通常選取為基巖段[4]。然而高強(qiáng)度的基巖，開挖施工難度較高，一般情況下，為了提高開挖效率，往往采用爆破開挖的方式[5-7]。結(jié)合江西省銅鼓縣河湖水系生態(tài)保護(hù)與綜合治理工程葛藤坳水庫高邊坡開挖，對(duì)爆破開挖方案進(jìn)行分析。

2 工程概況及基本地質(zhì)條件

銅鼓縣備用水源工程葛藤坳水庫壩址位于銅鼓縣城西大溈山林場(chǎng)附近，距銅鼓縣城約16 km，壩址以上控制流域面積8 km2，主河道長(zhǎng)7.1 km，屬于武寧水支流大感橋水流域。擬建壩頂▽371.74 m，最大壩高37.44 m；水庫正常高▽367.00 m，總庫容為97.3×104m3，P=1%的校核洪水位為▽370.24 m，水庫P=5%的設(shè)計(jì)洪水位為369.51 m。

工程區(qū)域處于九嶺山脈，最高山峰為云臺(tái)山海拔826 m，一般山峰高程為400～700 m，為中低山和構(gòu)造剝蝕丘陵地貌。壩址區(qū)主要地層有第四系沖洪積層：砂卵石層，卵石成份主要為變質(zhì)砂巖，主要分布在河床內(nèi)。殘坡積層：黏土夾碎石土，碎石主要為強(qiáng)風(fēng)化變質(zhì)砂巖變質(zhì)砂巖風(fēng)化殘積形成，主要分布在山坡山麓處。中元古界雙橋山群(Ptsh)：變質(zhì)粉砂巖，青灰色，中厚層狀為主，局部薄層狀，巖質(zhì)較硬，風(fēng)化后呈灰黃色，區(qū)內(nèi)分布廣泛。

根據(jù)設(shè)計(jì)方案，河床以上部分開挖最大高度約85.99 m，沿壩軸線方向共設(shè)有13級(jí)邊坡、12級(jí)馬道。其中，左岸部分開挖邊坡坡比1∶0.4～1∶0.85，馬道寬2.5 m，單級(jí)邊坡開挖高度9 m；右岸部分開挖邊坡坡比1∶0.7～1∶1.5，馬道寬2.5～4 m，單級(jí)邊坡開挖高度9 m。

河床以上部分開挖總量約6×104m3，其中石方開挖約5.5×104m3，土方開挖約0.5×104m3。

3 施工工藝技術(shù)

3.1 大壩、取水口基礎(chǔ)開挖分區(qū)與開挖順序規(guī)劃

大壩右岸開挖邊坡自422.79至334.4 m，高達(dá)88.6 m，設(shè)9級(jí)邊坡開挖，每級(jí)邊坡開挖高度9.0 m，每級(jí)邊坡設(shè)為一個(gè)開挖區(qū)，編號(hào)為右Ⅰ區(qū)、右Ⅱ區(qū)、……、右Ⅸ區(qū)；左岸開挖邊坡自369.3至334.4 m，高達(dá)35.0 m，設(shè)4級(jí)邊坡開挖，設(shè)5個(gè)開挖區(qū)。取水口基礎(chǔ)位于大壩左岸第3級(jí)馬道開挖之間。見圖1。

圖1 大壩開挖分區(qū)規(guī)劃示意圖

大壩基礎(chǔ)開挖主要集中于右岸，所以在開挖安排上，優(yōu)先安排右岸的開挖；左岸開挖作為調(diào)節(jié)工作面，其開挖順序見圖2。

圖2 大壩各區(qū)開挖順序流程圖

3.2 爆破施工

本工程石方開挖特點(diǎn)是：開挖工程量不大，但邊坡開挖高度較高，高達(dá)80 m，屬于狹長(zhǎng)型坡面基礎(chǔ)開挖或溝槽開挖。對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸要求高，預(yù)裂爆破、光面爆破或底板保護(hù)層開挖所占比重較大。

3.2.1 爆破方法和鉆爆手段

除邊坡、溝槽及建基面采取控制爆破外，其它部位主要采用梯段爆破。鉆孔設(shè)備采用YQ100B快速鉆，鉆孔孔徑為91 mm，孔排距根據(jù)爆破試驗(yàn)成果確定，臨近建基面的梯段孔底高程控制在保護(hù)層頂面，其它部位孔深要深入下層0.5～0.8 m，即超深0.5～0.8 m。在裝藥方式上，邊坡預(yù)裂采用綁扎竹片實(shí)行間隔裝藥；梯段爆破的主爆孔采用孔內(nèi)連續(xù)裝藥，深孔梯段松動(dòng)爆破。底板巖體保護(hù)層的預(yù)留厚度根據(jù)裝藥藥卷直徑擬定，初擬保護(hù)層厚度為2 m。

邊坡開挖區(qū)的第一層開挖、底部保護(hù)層石方開挖、各類石方槽挖以及其它邊角小范圍內(nèi)石方開挖適宜采用淺孔爆破。左岸邊坡由于開挖厚度較薄，梯段爆破與邊坡控制均采用手風(fēng)鉆造孔，邊坡實(shí)施光面爆破。

光面爆破采用間隔裝藥，裝藥結(jié)構(gòu)一般分為孔口堵塞段、正常裝藥段及底部加強(qiáng)段，孔底部放1～2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)藥卷，堵塞段一般為炮孔深度的1/4～1/5。手風(fēng)鉆造孔，孔徑42 mm。孔內(nèi)采用經(jīng)沿軸向?qū)Π肫实摩?2 mm乳化炸藥間隔綁扎在竹片上，光面爆破后于主爆區(qū)起爆。光爆孔采用導(dǎo)爆索同時(shí)起爆，但在需要控制一次起爆藥量的部位，可進(jìn)行分段起爆。

邊坡開挖區(qū)的第一層開挖，主要是由于開挖區(qū)原始山坡陡峭，為形成施工作業(yè)平臺(tái)或形成簡(jiǎn)易施工道路而采取的開挖手段。施工時(shí)采用手風(fēng)鉆造孔，依地形情況孔深為1.5～4.0 m，淺孔梯段爆破，靠近設(shè)計(jì)邊坡輪廓線采取光面或預(yù)裂爆破開挖，見圖3。

圖3 各區(qū)首層開挖鉆爆手段示意圖

需實(shí)施底部保護(hù)層石方開挖的部位在主爆破區(qū)開挖時(shí)，臨近建基面部位均預(yù)留厚約2 m的垂直保護(hù)層(具體厚度根據(jù)爆破試驗(yàn)確定)，根據(jù)施工進(jìn)度需要，底部保護(hù)層擬采用保護(hù)層一次爆破成型技術(shù)，齒槽等溝槽部位擬采用手風(fēng)鉆造孔分層爆破或?qū)嵤┧筋A(yù)裂爆破。見圖4。

圖4 底板巖體保護(hù)層鉆爆示意圖

溝槽開挖屬掏槽爆破，擬用預(yù)裂爆破法或光面爆破法進(jìn)行施工。預(yù)裂爆破法先在兩側(cè)設(shè)計(jì)坡面進(jìn)行預(yù)裂，預(yù)裂孔可一次鉆到設(shè)計(jì)高程，爾后按預(yù)留垂直保護(hù)層進(jìn)行中部分層梯段爆破。光面爆破法，先進(jìn)行中間梯段爆破，最后進(jìn)行溝槽兩側(cè)緩沖爆破或光面爆破，采用非電毫秒雷管聯(lián)網(wǎng)起爆。

3.2.2 爆破參數(shù)

根據(jù)各層開挖梯段高度、邊坡斜長(zhǎng)、巖石地質(zhì)情況及爆破開挖方式，暫定爆破參數(shù)見表1-表3。實(shí)際施工中，將根據(jù)爆破試驗(yàn)和爆破效果進(jìn)一步調(diào)整爆破參數(shù)。

表1 淺孔梯段爆破參數(shù)表

表2 深孔梯段爆破參數(shù)表

表3 邊坡預(yù)裂或光面爆破參數(shù)表

3.2.3 爆破網(wǎng)路

石方開挖鉆爆工作面多處與混凝土施工工作面間距離較近。這些部位在石方爆破開挖過程中，為減少爆破震動(dòng)，防止破壞新澆混凝土的質(zhì)量，須采用單孔毫秒微差網(wǎng)路起爆。利用孔間分段的方法，控制最大單響起爆藥量、創(chuàng)造后排工作面，確保邊坡、建基面和新澆混凝土的安全以及控制爆破飛石，減少開挖部位之間、開挖和其它工序之間的影響。有些部位需要從中間先開工作面時(shí)，采用V形起爆網(wǎng)路，預(yù)裂前沿一般采用排間起爆網(wǎng)路，鄰近開挖區(qū)邊界一般采用單孔微差起爆網(wǎng)路，如泄水閘閘室齒槽等各槽挖部位的中間成槽。V形起爆網(wǎng)路見圖5；一般排間起爆網(wǎng)路見圖6；鄰近開挖區(qū)域邊界部分的起爆網(wǎng)路見圖7。

圖5 V形起爆網(wǎng)路示意圖

圖6 一般排間起爆網(wǎng)路示意圖

圖7 單孔微差起爆網(wǎng)路示意圖

4 結(jié) 語

1) 葛藤坳水庫高邊坡基巖強(qiáng)度高，采用機(jī)械開挖難度大，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，采用爆破開挖方式可提高工程施工效率。在施工過程中，需要嚴(yán)格按照施工工序進(jìn)行，以保證工程安全。

2) 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，提出了相關(guān)爆破開挖試驗(yàn)參數(shù)。在工程實(shí)施過程中，需通過爆破試驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化爆破參數(shù)。

3) 爆破開挖施工具備一定的風(fēng)險(xiǎn)，需要總結(jié)爆破試驗(yàn)中飛石距離、震動(dòng)衰減等參數(shù)，為工程設(shè)計(jì)及施工安全措施提供參考。