高陡拱壩邊坡采用數碼雷管全斷面梯級爆破快速施工技術綜述

張 鵬

(新疆伊犁河流域開發建設管理局，新疆 烏魯木齊 833000)

1 概述

1.1 拱壩邊坡特性

工程為新疆進入21世紀修筑的首座200 m級特高混凝土雙曲拱壩，邊坡最大開挖高度257 m，每隔15 m～20 m設一層馬道，馬道寬度2 m，邊坡設計坡度介于1∶0.5～1∶0.25之間，邊坡支護以系統錨桿(樁)+掛網+噴混凝土+系統100 t～150 t錨索為主。

1.2 地址及地形特點

工程區為大陸性氣候，具有長冬夏，短春秋的特點，壩趾區內褶皺、斷裂構造發育，位于地震Ⅷ度烈度區，壩軸線附近河谷為橫向谷，河谷狹窄，邊坡高陡，河谷寬高比1.26，左右自然坡度均多在65°以上，壩區巖層呈單斜構造，以石炭系巨厚層、厚層、中厚層灰巖為主，巖體表現為鑲嵌結構，巖層層面呈波狀起伏，具擠壓錯動痕跡，局部有泥化現象。

2 施工總體布置

水利工程施工總體布置在施工組織設計的重要組成部分，主要目的就是對施工場地制定合理科學的規劃，確保整個工程順利的完工[1]。符合工程現場情況的施工總體布置將對施工作業提供極大保障，風、水、電及攬機系統布置見圖1。同時該工程在壩頂以下壩肩開挖過程中，攬機系統已具備運行條件，為拱肩槽及上下游邊坡全斷面梯段爆破快速施工奠定了基礎。

圖1 施工布置示意圖

爆破警報系統警報擴音設計范圍3 km，采取遠距離遙感播放控制。爆破警報系統由現場成立的爆破指揮中心負責運行，并履行提前預定時間爆破前書面告知流程。未發出解除信號前，崗哨堅持崗位，不準任何人進入危險區，經檢查確認安全后，方可發出解除警戒信號[2]。工程樞紐設計布置有2臺30 t平移式纜機，主要負責設備、材料吊運等工作。供卸料平臺位于左岸，高程947.50 m，寬度18 m，為單向無轉車平臺設置。30 t纜索跨度640 m，主索最大垂度31.5 m，最大提升高度245 m，工作范圍左右岸方向512 m，上下游方向106 m。

3 數碼雷管全斷面梯段爆破施工

3.1 數碼雷管的特點及優越性

本工程采用XF型系列數碼雷管。XF型系列數碼雷管是一種數字化、可現場設置延時時間和接受系統管理的高精度延期雷管。XF型系列數碼雷管采用國內首創膜類嵌入式電子專業橋絲代替傳統金屬發火橋絲，可靠性和穩定性高于傳統橋絲，保證了產品質量和精度。雷管腳線通過快速接線夾與母線連接，快速接線夾提高了連線的效率，保證了連接的質量，具有如下特點及優越性。

(1)延期時間可以任意設定且延期精度高

數碼雷管延期時間0～16000 ms，且可任意調整，延時精度<500 ms，誤差為±2 ms；500 ms～16000 ms誤差不大于名義延時的±1%。較常用普通M2～M15段別非電雷管優勢明顯。

(2)起爆設備操作簡便

操作界面簡單，單臺控制器帶載量為350發。

(3)良好的聯網可檢測性

在大型網絡連接中，傳統雷管無法通過通斷檢測來判斷每發雷管連接是否可靠。數碼雷管可對聯網雷管進行檢測，獲知網絡中每一發雷管的地址、延期時間值、通訊是否正常等，確保可靠起爆[3]。

(4)具有數碼雷管信息流向跟蹤管控系統

實現雷管的完整閉環管理，彌補了雷管使用環節的管理缺失。將傳統的事后追溯的管理模式改變為事前控制的管理，是對“現民爆系統”所實現管理功能的補充和完善。

(5)具有良好的使用安全性和公共安全性

數碼雷管采用傳統的電池、發爆器以及220 V交直流電不能起爆，只能使用專用起爆器，在規定的區域內，在合法密碼的控制下才能被起爆，即可保證使用過程的安全性，也可有效杜絕非法使用。

(6)數碼雷管實現高精度起爆時序控制，為精確爆破設計、爆破效果控制、爆破機理與過程模擬研究，提供了新的技術支持[4]。

3.2 數碼雷管全斷面爆破網絡設計

(1)爆破參數

為保證高邊坡在開挖過程中的穩定，通常在高邊坡大規模開挖前先進行預裂爆破[5]。工程上下游邊坡采取20 m梯段一次預裂成型，10 m梯段分層爆破的施工工藝，爆破安全距離450 m控制。通過現場爆破試驗及巖石質量爆前、爆后檢查，拱壩邊坡全斷面一次梯段爆破型爆破參數見表1。

表1 爆破參數統計表

(2)爆破網絡

數碼雷管起爆系統主要由控制器、爆破組網采集器、通訊線、爆破母線及其他設備通訊線纜組成。工程爆破網絡采取排間及孔間微差起爆網絡，排間間隔110 ms控制，孔間延時35 ms控制，典型梯段爆破聯網結構見圖2。

注：爆破采用電子雷管，排間延時110 ms，孔間延時為35 ms。預裂孔導爆索間隔不耦合裝藥；主爆及緩沖孔連續裝藥。

4 高陡邊坡快速施工工藝及方法

4.1 深孔梯段預裂爆破一次成型技術

工程所在區域非電雷管段別供貨限制，前期僅供應常規M2～M15段別雷管，最大延時880 ms，為了控制爆破質點振動速度及爆破前后巖石聲波衰減率，最大單響控制聯網壩肩邊坡及壩基同梯段高程劃分為多個區域爆破作業，不利于現場機械化作業及支護開挖作業循壞，施工工效低，施工成本高，施工進度難以控制，同時經監測同區域受多次爆破振動影響，巖石聲波衰減率逐漸變大趨勢明顯。

采取數碼雷管后利用強大的延時功能，優化孔網參數，拱壩邊坡及壩基實現了全斷面梯段預裂爆破一次成型控制爆破，即拱壩上下游邊坡采取20 m梯段一次預裂成型，緩沖孔、爆破孔分10 m梯段兩層開挖(見圖3)，拱壩壩基上超下欠30 cm控制爆破的施工工藝。實現了主爆孔單孔單響，有效控制最大單響藥量，降低地震波對周圍建筑物及巖石質量的影響，提高預裂爆破效果，增強邊坡穩定性，減少飛石、噪聲等環境有害因素，更好的保護了爆破現場周邊環境以及人員安全，同時為增大了作業面，利于現場機械化作業及支護開挖作業循壞，提高施工工效，降低施工成本，促進了施工進度。

圖3 深孔梯段預裂爆破一次成型示意圖

4.2 登渣循環滾動快速支護技術

工程采取登渣循環滾動快速支護技術，即通過采用數碼雷管增大同層作業區域，按照4 m～5 m分層控制出渣，邊坡分區按照流水作業模式組織，實現液壓鉆機登渣鉆孔，邊坡掛網鋼筋支撐點緊隨出渣提前設置，邊坡錨索登渣利用出渣時段提前部分成孔穿索，錨索墩頭混凝土采取高強度早強混凝土澆筑的登渣循環滾動作業方式。每層馬道形成后及時搭設腳手架排架，剩余邊坡支護利用排架實施，做到邊坡淺層支護緊隨作業面不超1個設計梯段，深層支護不超2個設計梯段，有效提高了邊坡支護的及時性。

5 工程應用效果

本工程拱壩左右岸邊坡及壩基自2019年5月中旬開始，截至2019年12月底，累計開挖高度140 m，平均開挖指標20 m/月，高峰期30 m/月，拱壩壩基及邊坡開挖半孔率平均達87%，平均平整度12 cm，通過爆破參數的調整，建基面巖體質量檢測結果顯著提升，同時形成了高邊坡開挖、淺層支護、深層支護三層滾動作業循環形象，確保了邊坡支護的及時性，保障了施工安全、進度。

6 結語

在完善的施工總體布置和攬機系統正常運行的條件下，數碼雷管的應用為工程全斷面梯段爆破和爆破參數的優化提供了有利的技術保障，結合深孔梯段預裂爆破一次成型技術和登渣循環滾動快速支護技術，該工程較好的解決了“鑲嵌結構”高陡邊坡開挖進度慢、壩基巖體爆破振動控制難和邊坡快速支護及時性的問題。