數碼電子雷管在楊房溝水電站拱壩壩基開挖中的運用

劉 明 生， 劉 澤 艷， 范 道 林

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

眾所周知，高拱壩對壩基開挖成型質量要求嚴，對壩基開挖相鄰兩炮孔間巖面的不平整度、爆破松弛影響深度、最大單段起爆藥量、殘留炮孔壁的爆破裂隙、殘留炮孔痕跡保存率、安全質點振動速度、壩基爆后聲波衰減等均有嚴格的規定。采用數碼電子雷管(以下簡稱數碼雷管)的控制模塊進行延時及網絡安全控制，以達到精準延時、設定靈活、爆破網絡安全的目的。

數碼雷管可以根據所需要的延時情況在0～16 000 ms范圍內進行設置，最小時間間隔能精確到1 ms，從而使爆破網絡方案設計更容易。爆破延時可以根據需要進行設計，同時，只要網絡延時計算正確，則爆破網絡將嚴格按照爆破設計方案進行起爆，使網絡起爆更安全，不會出現因先起爆部分的飛石彈斷網絡而造成網絡斷掉后剩余部分出現不起爆、瞎炮等情況。因此要求在采用數碼雷管進行爆破網絡連接工作時須更認真、仔細，如果漏掉連接數碼雷管將會造成網絡錯誤并會出現無法連接、不起爆的情況，從而使爆破更安全。

楊房溝水電站位于四川省涼山彝族自治州木里縣境內的雅礱江中游河段，是雅礱江流域梯級規劃的第6 級水電站。該電站為一等工程、大(1)型，擋水建筑物采用混凝土雙曲拱壩，最大壩高155 m。拱壩呈弧形，頂部寬度為11 m，底部寬度為35.6 m。

楊房溝水電站拱壩左岸壩基高程2 030～1 947 m采用數碼雷管進行系統控制爆破開挖，累計進行了12個梯段(梯段高度為5 m、10 m)、18次系統控制爆破開挖。開挖采用逐孔精準延時、分層多點爆破、排間同步延時爆破的方法，實現了提高爆破效果、降低炸藥單耗、減輕爆破有害效應的目的。

2 拱壩壩基開挖施工

2.1 壩基開挖的梯段高度

左右岸拱肩槽壩基邊坡高程為2 101.85～1 947 m，左岸開挖坡比為1∶0.84～1∶1.19(右岸為1∶0.49～1∶1.23)，按16個梯段開挖，單個開挖梯段為7～11.85 m。左岸拱肩槽壩基鉛直開挖深度為22～57 m(右岸為20～43 m)，水平開挖深度為20～55 m(右岸為14.5～41 m)，壩基下游拱端的水平嵌深為9.5～33 m(右岸為11～27.9 m)。

左岸建基面走向呈N1°W～N12°E(右岸為N58°～75°W)，基本呈近似規則的梯形，其頂、底邊長分別為12 m和36 m，左岸坡面斜長為215 m(右岸為213 m)，左岸面積為5 223 m2(右岸為5 556 m2)。

左右岸壩基巖性均為花崗閃長巖，呈弱風化下段～微風化，無卸荷，巖體以塊狀～次塊狀為主。

壩基無大規模斷層通過，構造形跡主要為斷層、擠壓帶及節理。施工期開挖揭示：左岸壩基發育40條小斷層和27條擠壓帶。右岸壩基發育50條小斷層和35條擠壓帶，其大部分為Ⅳ級結構面，少量為Ⅲ級結構面，左岸主要以走向NNE、NEE及NWW向中陡傾角為主，右岸走向主要以NE、NWW及NEE向中陡傾角為主，緩傾角結構面較少發育，結構面一般寬2～5 m，帶內物質一般為碎塊巖、巖屑夾鈣質、片狀巖等，面多見褐黃色鐵錳質渲染，延伸長度一般為15～30 m；壩基節理發育，面平直粗糙，附巖屑、鈣質，或閉合，平行發育間距為0.5～1 m，其中部分節理與壩基面交角較小，局部組合見掉塊現象。

壩基巖體以Ⅲ1～Ⅱ類為主，少量為Ⅲ2、Ⅳ類，其中左岸Ⅱ類巖體占比為68.5%(右岸為47.1%)、Ⅲ1類巖體占比為28%(右岸為44.4%)、Ⅲ2類巖體占比為0.7%(右岸為8.5%)、Ⅳ類巖體占比為2.8%；巖體較完整，局部完整性差。

2.2 邊坡開挖采用的施工方法

拱壩壩基邊坡開挖在經生產性試驗取得爆破參數后，采用“先瘦身、壩基預留保護區開挖”的施工方法。河床壩段水平壩基開挖采取先拉先鋒槽(采用楔形掏槽)、再沿設計高程鉆水平預裂、豎向鉆主爆孔的控制爆破方式完成開挖。

拱壩壩基邊坡采取從上到下、分層分段、深孔微差爆破法施工。梯段分層根據結構設計按5～10 m設置，每層按照設計結構線長度約30 m劃分為一個爆破區，臨江側“瘦身炮”區域為Ⅰ區，沿壩基設計開挖線從上游端到下游端依次為Ⅱ區、Ⅲ區、Ⅳ區、Ⅴ區。其中，為保證拱肩槽成型良好，將拱肩槽與拱肩槽上下游側坡交界處約10 m區域邊坡劃分至拱肩槽爆破區(Ⅳ區)，與拱肩槽區域邊坡一同爆破。

壩基開挖原則上采用先瘦身、之后按從上游至下游的順序爆破施工，相鄰區域的最大開挖高差不大于10 m。若先爆破拱肩槽上下游側坡，則將上下游側坡與拱肩槽連接部位約10 m部分預留至下次拱肩槽邊坡爆破時一同爆除。

拱肩槽上下游側坡的開挖厚度大于20 m時，考慮先進行外側“瘦身”，預留10 m保護層進行預裂。拱肩槽邊坡區域的開挖厚度大于20 m時，則考慮預留10～12 m的保護層進行預裂。

拱肩槽保護層邊坡的開挖在拱肩槽上下游邊坡、拱肩槽外側瘦身區開挖后進行。瘦身炮的爆破規模為：單次按5排爆破孔進行控制；對于臨近保護區內側的一排爆破孔，其造孔、裝藥按光面爆破進行控制。

預裂孔采用QJZ-100B潛孔鉆，緩沖孔和主爆孔采用JK590液壓鉆造孔。預裂孔采用φ25 mm或φ32 mm乳化炸藥間隔裝藥，緩沖孔及主爆孔采用φ70 mm連續裝藥。左岸2 030 m高程以下的拱肩槽采用數碼雷管，其余拱肩槽采用非電雷管控制爆破開挖。

河床壩基高程1 960～1 950 m段先從拱壩壩基開挖中心線拉槽，再進行5 m梯段的“瘦身”開挖，最后沿設計結構線預裂，分層高度不大于5 m。

2.3 爆破試驗

在左右岸壩肩高程2 133～2 123 m區間分別進行了4次拱肩槽開挖爆破生產性試驗；在左岸壩肩高程2 120.6～2 108.75 m區間進行了1∶1生產性試驗。

工程建設的各方對5次生產性試驗成果進行了評審。經總結分析認為：第5次試驗效果最優，其爆破參數可用于大壩拱肩槽開挖施工。該試驗區爆破后預裂面殘孔率為93.5%，超挖小于15 cm，無明顯爆破裂隙，平整度小于15 cm。所布置的5個振動監測點實測最大質點振動速度為3.39 cm/s；共布置了3組爆前爆后聲波測試孔，測得聲波檢測爆破影響深度為1～1.2 m，松弛區域波速衰減率為5.2%～9.5%(均滿足設計要求)。楊房溝水電站拱肩槽控制爆破開挖參數采用表1中的數據進行和微調，楊房溝水電站拱肩槽控制爆破開挖參數見表1。

表1 楊房溝水電站拱肩槽控制爆破開挖參數表

2.4 壩基及拱肩槽邊坡的開挖

(1)上鉆平臺的找平與清理。上鉆平臺2 m范圍采取人工配合機械的方式找平。將平臺的超欠控制在20 cm范圍內，經清理、檢查合格后進行測量放線。

(2)測量放樣。測量人員按炮孔布置圖進行孔位的放測。主要包括開口線高程、預裂孔位置、角度、深度、方向點等。

每一茬炮的預裂孔均需測量、逐孔放點，每個孔對應放一個方向點，并保證鉆機中心點、孔口開孔點及方向點三點成一條直線。做好放樣記錄，并對質量員、鉆孔班組人員現場交代點線和控制要求。

(3)樣架的搭設。預裂孔鉆孔樣架采用型鋼搭設，并需按照報批的措施、測量控制點線進行搭設。搭設角度采取角度尺或羅盤控制，完成后由測量人員在現場進行校核和糾偏。樣架整體驗收合格后方能投入使用，在鉆孔過程中安排專人檢查、加固與維護。

(4)鉆孔。預裂孔采用QZJ-100B潛孔鉆造孔，采用直徑為70 mm的鉆頭，成孔孔徑為75 mm；對于局部不具備條件的則采用手風鉆造孔。

在鉆孔作業1 m深度范圍內，必須三次校核鉆桿的角度與方位(造孔20 cm、造孔50 cm、造孔100 cm)。造孔深1 m后，按照2～3根鉆桿的要求再校核一次；遇到地質條件差的部位，需對每根鉆桿進行校核。校鉆時不僅要校核鉆機的正面角度，還需校核鉆機兩個側面的垂直度。

鉆孔的鉆速可結合實際的巖石強度進行適當調整，一般情況下，Ⅲ1類巖石的鉆速為10 cm/min；在遇到比Ⅲ1類偏差的巖石及裂隙發育區，可適當調慢鉆速以確保鉆孔方向、角度準確。

(5)裝藥、堵塞、起爆網絡的連接、起爆與安檢。爆破孔清理完成后，在爆破工程師的指導下，按照報批的爆破設計方案進行裝藥與連線。

預裂孔采用竹片裝藥，將藥卷規范地綁扎在竹片上，綁扎過程應精確控制藥卷間距。起爆網絡采用搭接法，對搭接部位用膠布纏緊，其長度不小于15 cm。預裂孔孔內采用導爆索導爆，孔外采用數碼雷管按設計要求延時爆破。

(6)爆破設計參數。

①左岸高程2 101.85～1 947 m拱肩槽建基面采用的開挖爆破參數見表2。

表2 左岸拱肩槽爆破主要參數表

②右岸高程2 101.85～1 947 m壩基開挖采用的爆破參數見表3。

表3 右岸拱肩槽爆破主要參數表

2.5 左岸拱肩槽保護層采用數碼雷管爆破開挖

以左岸拱肩槽2 010～2 000 m高程預留保護層、采用數碼雷管進行爆破網絡設計為例，介紹了數碼雷管在壩基開挖中的系統運用。

此次左岸拱肩槽壩基保護層爆破設計方案為：預裂孔81個，孔內采用Ms1非電雷管入孔， 3～7孔/響，每單響間數碼雷管接力；緩沖孔23個，緩沖孔孔內分段并采用數碼雷管延時，1孔/2響；主爆孔34個，主爆孔孔內分段并采用數碼雷管延時，1孔/2響。

(1)炮孔的平面布置情況。主爆孔間排距采用3.5 m×2.8 m，預裂孔間排距采用36～60 cm，緩沖孔間排距為1.8 ×1.8 m。

(2)預裂孔布置。拱壩拱肩槽及其上下游邊坡交界位置的預裂孔必須按拱肩槽結構線單獨布置，逐孔設計鉆孔的角度、方向、深度，對于拱肩槽與上下游側坡的相交線須設置導向孔以確保爆破成型。根據2 010～2 000 m高程拱肩槽體型，開孔間距采用36 cm、44 cm、60 cm的孔距，孔底間距為60 cm左右。

(3)爆破孔的裝藥結構。預裂孔、導向孔均采用竹片導爆索間隔裝藥并精確控制藥卷間距，孔外采用數碼雷管分段延時。主爆孔、緩沖孔采用單孔雙數碼雷管連續裝藥，單孔單響，精準延時起爆。

(4)爆破網絡的設計。拱肩槽保護層采用非電雷管爆破網絡時，主爆孔間的延時主要采用MS3延時50 ms，爆破質點振動速度的實測值容易超過10 cm/s的設計要求，且不時發生爆破網絡斷線情況。

經對所出現問題的實測整體波形振動較大的分段做傅里葉變換、進行波形頻譜對比分析發現：濾波后波形在延時10～20 ms左右疊加效果較好，故在采用數碼雷管時設置主爆孔孔間延時為15 ms，預裂孔采用30 ms延時，后續再根據實測的爆破振動波形與爆破分段、延時關系進行進一步的細化，做到精準延時。

(5)實測爆破質點振動速度。

①測點的布置。在左岸上游側坡、左岸拱肩槽布置了9個監測點，1號～4號測點布置在上游側邊坡，5號～9號測點布置在拱肩槽邊坡上，每個測點布置一臺三向速度傳感器(可同時監測水平徑向、垂直向和水平切向的質點振動速度和頻率)。2 010～2 000 m高程梯段爆破振動監測點布置示意圖見圖1。

圖1 2 010～2 000 m高程梯段爆破振動監測點布置示意圖

②爆破振動監測成果。此次爆破振動監測取得的成果見表4。由表4可知：左岸上游側坡監測點的最大質點振速位于1號監測點水平徑向，振速為8.06 cm/s, 布置在左岸拱肩槽邊坡的監測點其最大振速位于5號監測點水平徑向，振速為7.32 cm/s。

表4 質點振動監測成果表

所布置的9個測點的質點振速均小于設計要求的10 cm/s。

3 拱肩槽開挖質量

3.1 爆破松弛程度的測試

拱肩槽2 101.85～2 040 m高程建基面每10 m梯段在爆前布置了不少于3個聲波孔；高程2 040 m以下每10 m梯段在爆前布置了不少于6個聲波孔；每個孔入巖深度不小于5 m，分別進行了爆前、爆后單孔聲波測試，每梯段進行了一組對穿聲波測試。如因爆后堵孔導致數據缺失，均進行了相應的鉆孔補打工作。

左岸拱肩槽建基面2 101.85～1 947 m高程段共測試了77個爆破松弛測試孔，其中對39個孔進行了爆破前后的聲波對比測試，爆破影響深度為0.3～2.6 m，平均為1.1 m，爆后松弛區巖體波速為3 001～5 147 m/s，平均值為4 225 m/s。距建基面1 m處波速衰減率為0%～31.4%，平均為7.7%。

3.2 拱肩槽開挖質量

左岸拱肩槽建基面高程2 101.85～2 030 m采用非電雷管，高程2 030～1 947 m采用數碼雷管控制開挖，成型效果均良好。

(1)超欠挖。對于壩基超欠挖，共檢測了957點，合格為915點，合格率達95.6%，超挖值為0～69 cm，無欠挖；拱肩槽上下游邊坡超欠挖共檢測了656點，合格為621點，合格率達94.7%，超挖值為1～71 cm，無欠挖，均滿足設計及規范要求。

(2)半孔率。壩基段開挖半孔率為81.1%～98.7%(Ⅱ、Ⅲ類巖石)，綜合平均為94.9%；拱肩槽上下游邊坡半孔率為87.5%～95.8%(Ⅱ、Ⅲ類巖石)，綜合平均為94%，均滿足設計及規范要求。

(3)平直度。對于壩基段開挖平直度，共檢測了220點，合格為206點，合格率達93.6%，平直度值為2～13 cm；拱肩槽上下游邊坡平直度共檢測了210點，合格為196點，合格率達93.3%，平直度值為2～14 cm，均滿足設計及規范要求。

(4)不平整度。對于壩基開挖不平整度，共檢測了263點，合格為251點，合格率達95.4%，不平整度值為2～20 cm；拱肩槽上下游邊坡開挖不平整度共檢測了270點，合格為257點，合格率達95.2%，不平整度值為2～19 cm，滿足設計及規范要求。

(5)開挖質量評價。檢查發現:建基面殘孔半圓痕跡均勻，相鄰兩炮孔間巖面的不平整度均滿足相關質量標準要求;剔除局部地質缺陷，坡面平均超挖9 cm，無欠挖；殘留炮孔壁均無明顯的爆破裂隙(>0.5 mm)，除明顯的地質缺陷處外，無裂隙張開、錯動及層面抬動現象。

(6)左岸拱肩槽開挖成型效果。左岸拱肩槽數碼雷管開挖成型效果見圖2。

4 結 語

隨著全國數碼雷管“分步推進，逐步開展”大力持續推進之際，水電工程建設將逐漸實現傳統雷管與數碼雷管的有序更替。數碼雷管在水電工程中不良地質條件部位、建筑物成型要求嚴、爆破質點振速要求高的特殊部位的明挖爆破將得到大力運用，其特別適合于逐孔精準延期、分層多點、排間同步延期、地下掘進及高安保要求的爆破工程。水電工程露天爆破時，數碼雷管對雷電、雜散電流及靜電的防御能力遠高于一般的工業電雷管。