巫家水庫壩肩預裂爆破開挖技術的應用

熊劍

（貴州省正安縣水務局，貴州 遵義 563400）

1 工程概況

巫家水庫修建在正安縣東南面班竹鎮新模村境內馬河一級支流—龍橋溪上游柏楊寺河段。壩址以上流域面積14.60 km2，在全流域面積中占比38%，主河道河長6 km，加權平均比降36.60‰，多年平均徑流量981×104m3。該水庫主要承擔著區域生活供水、灌溉、工業發展用水等功能。

巫家水庫壩基及兩壩肩主要出露S1ln1薄層粉砂質、鈣質泥巖巖層，該巖層為較軟巖類巖體，且近壩右岸下游有1 號沖溝發育，地形受切割后連續性差，壩肩山體略顯單薄，左岸地形連續，兩岸自然邊坡總體穩定性較好，受裂隙及巖層結構面組合切割影響，存在楔形體或棱體分布，左岸下游岸坡及右岸下游沖溝存在臨空滑出面，以上組合對壩肩抗滑穩定不利。

2 爆破試驗

2.1 試驗過程

為了解起爆開挖過程中地震波傳播及衰減趨勢規律，必須展開爆破試驗，確定出炸藥用量，并校核安全距離，優化爆破施工參數。以距離該水庫壩肩3.50 km 且地質條件一致的區域為爆破試驗場，展開多排深孔梯段爆破。孔徑90 mm、孔距3 m，排距2.50 m，孔深6.50 m，孔斜75°，按照10.50 kg 的單孔藥量裝2#巖石硝銨炸藥。預裂爆破試驗開始后，現場測試巖體質點振動速度，并以振動速度為周圍建筑物安全程度的判據。根據測定結果，當單響藥量為42.8 kg 時，測點與爆源距離比單響藥量為53.50 kg 時大，若只考慮預裂爆破開挖對周圍既有建筑物及山體的不利擾動，應優選單響藥量42.80 kg的開挖方案。

2.2 地震波傳遞

預裂爆破試驗中所測得的波形水平向振動速度明顯高垂直向，說明體波在波形中占較大比例。體波衰減速度比面波快，并隨傳播距離增大而快速衰減，對周圍既有建筑及巖體影響也更小。預裂爆破振動為隨機過程，振幅、振頻、振動周期等均受試驗參數、試驗條件等的影響較大，通過對表1 中觀測結果展開回歸分析，可以得出預裂爆破期間地震波傳遞函數，具體如下：

表1 預裂爆破試驗中振動速度測定結果表

式中：v水平、v垂直為預裂爆破試驗過程中地震波水平向、垂直向傳播速度（cm/s）；Q為地震波品質系數；R為預裂爆破施工影響半徑（m）。

將相關參數值代入式（1）和（2）可得出，水庫壩肩預裂爆破地震波水平向及垂直向傳播衰減指數均不小于2，加上壩址區地層巖性風化嚴重，內摩擦系數小；地震波在節理裂隙面發生數次透射及反射，能量快速衰減，對周圍建筑及巖體影響減弱。

2.3 起爆時差

裝藥量、孔距及排距、起爆時差、巖體類型等對預裂爆破毫秒微差爆破減震效果影響較大，在以上參數匹配性較高時，振動影響過程具備可控性。該水庫壩肩預裂爆破試驗期間振動頻率實測值為15～30 Hz，振動半周期20～33 ms，采用微差次序起爆的情況下，雷管第二段時差控制在25 ms才能避免振峰疊加。但可能會造成總起爆延時及網絡遭飛石破壞。故應通過多層膠布裹覆雷管末端，加強覆蓋防護，防止盲炮出現。

2.4 安全控制

根據中國《爆破安全規程》，混凝土框架結構基礎振動速度應控制在5 m/s以內。該水庫壩肩基礎空間中存在方向相反的振動相位差，故基礎振動引發結構物反應程度較小，抗沖擊能力增大。結合設計，該水庫建筑物能承受天然地震標準下5～9 cm/s的振速，預裂爆破振頻高，持續時間更短，故據此展開預裂爆破方案設計，存在一定安全儲備。

3 爆破方案設計

為爆破開挖后產生相同半孔率效果，該水庫壩肩預裂孔、緩沖孔和爆破孔鉆孔統一使用鉆孔直徑90 mm的YQ-100B型潛孔鉆機；為控制爆破開挖對邊坡圍巖的擾動，選用與巖石等級匹配且生產廠家相同的藥卷直徑32.70 mm的2#巖石硝銨炸藥。

開展預裂爆破后必須在邊墻設計輪廓線處預裂孔間產生貫通性裂縫，進而形成平整可靠的預裂面，發揮阻隔爆破應力波的作用。根據工程類比及相關試驗，應將該水庫壩肩爆破孔間距確定為100 cm。結合鉆機性能和水庫壩肩基巖高度，為達到一次預裂到底的效果，預裂孔深應控制在10～15 m。

3.1 裝藥結構

該水庫壩肩預裂孔采用全孔敷設導爆索的處理，并按照設計線裝藥密度采取間隔不耦合裝藥，將φ32 mm藥卷串綁在導爆索并固定在邊坡圍巖側靠竹片上。具體而言，孔底1 m深度段按照2.40 kg的量加強裝藥；孔間則按28 cm間隔安裝藥卷，并通過防水膠帶和導爆索綁扎；孔口采用濕黃土堵塞。

緩沖孔全孔敷設導爆索、竹片、φ70 mm藥卷及2發非電雷管，并按照設計線裝藥密度采取間隔不耦合裝藥。孔底2 m深度段按5 kg加強裝藥，孔口濕黃土堵塞段長2 cm。

爆破孔使用φ70 mm 藥卷及2 發非電雷管，并按設計藥量及裝藥結構裝藥，孔口濕黃土堵塞段長2.50 cm。

3.2 起爆網路

該水庫壩肩預裂爆破開挖采用孔內延時、孔外接力的非電毫秒微差起爆網絡，爆破孔及緩沖孔內及排間全部通過15 段非電毫秒雷管連接，孔間則通過2～3 段非電毫秒雷管連接起爆。炮孔布置及起爆網絡設置見圖1。

圖1 炮孔布置及起爆網路圖

4 預裂爆破鉆孔控制

4.1 預裂孔鉆孔質量

爆破參數、裝藥質量、起爆方式、鉆孔質量等均對預裂面成型質量有較大影響，其中預裂孔鉆孔質量是關鍵性影響因素，為此，必須嚴格控制預裂孔鉆孔施工質量。

按照施工規范驗收鉆機平臺后展開測量放樣，測量人員通過全站儀逐孔測放預裂孔中心點位，并通過紅色油漆標識。在每排爆破孔、緩沖孔和預裂孔中間及兩端設置3 個控制點，技術人員據此布置其余各孔，并通過水準儀測量孔口高程，推測實際鉆深。為保證布孔精度，爆破孔和緩沖孔孔位偏差不超出孔距的5%，預裂孔孔位偏差應控制在±1 cm以內。

4.2 鉆孔及清孔

按照設計孔位、傾角和方位角將YQ100B 鉆機粗調后固定，進而展開孔位、傾角和方位角等的微調。開孔過程嚴格按照小沖擊、緩轉速、勤校鉆的原則進行，并待鉆深分別達到20 cm、50 cm和100 cm時，展開方位和傾角校核，出現偏差后及時糾正。待鉆進至設計深度后，通過高壓風機將孔底碎渣及巖粉后提出鉆桿，再次檢測孔深、孔斜、孔距且無誤后通過柔性材料堵塞孔口。其中，預裂孔和緩沖孔應全部檢測，而主爆孔按80%抽檢。

5 結論

正安縣巫家水庫壩肩預裂爆破開挖前，對爆破開挖方案展開設計，并對爆破參數取值進行了驗證，爆破期間嚴格施工質量控制。當前壩肩開挖任務已經全部完成，預裂面整體開挖效果良好，平整度合格率平均達到93.41%，平整度偏差不超出10 cm。該水庫壩肩預裂爆破技術應用過程表明，該開挖爆破方式能保證保留巖體的完整性，既省去了保護層開挖環節，又使巖石基礎更加平坦和完整，可在類似水利工程壩基等結構開挖施工中推廣應用。