柔性墊層爆破法在大石峽水利樞紐趾板基礎開挖中的應用

李偉 索超 王建軍

摘要：新疆大石峽水利樞紐工程攔河壩混凝土面板砂礫石壩壩高247 m，趾板開挖工期緊、要求高，采用快速經濟的巖石基礎爆破開挖工藝是工程順利施工的關鍵。運用定量分析和定性分析方法，介紹了柔性墊層爆破法在大石峽水利樞紐左岸趾板基礎開挖的應用，從聲波測試和外觀質量兩個方面進行了分析。結果表明：柔性墊層爆破法不僅可實現快速高效施工，還能降低建基面巖體受爆破震動的影響。大石峽水利樞紐工程趾板柔性墊層法開挖施工實踐可為不利地質條件下的趾板開挖提供參考。

關鍵詞：趾板基礎開挖； 爆破設計； 柔性墊層爆破法； 大石峽水利樞紐工程

中圖法分類號：TV554

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.S2.012

文章編號：1006-0081（2023）S2-0043-03

0 引 言

大壩趾板基礎面常見的開挖方式有預裂爆破+淺孔梯段爆破法、上部垂直爆破+建基面光面爆破法、預留保護層爆破+清撬以及柔性墊層爆破法。作為整個混凝土面板砂礫石壩防滲體系中的關鍵環節，趾板開挖的質量直接關系到大壩工程施工進度、質量和成本。對于趾板基礎面以上的開挖，采用先進、高效的開挖方法可最大程度保護基巖的完整性，盡可能減少基巖產生的爆破裂隙。柔性墊層爆破開挖原理是在保護層開挖垂直爆破孔底部加柔性墊層，使炸藥爆炸時的應力波得到消減，起到保護建基面的作用。該方法既能高效、快速進行建基面爆破開挖，又能確保建基面所受爆破振動影響最小［1］。

1 工程概況

新疆大石峽水利樞紐工程位于阿克蘇地區烏什縣與溫宿縣境內，樞紐位于庫馬拉克河大石峽峽谷出口。工程主要由大壩、引水發電建筑物及泄水建筑物組成，大壩最大壩高247 m，水庫正常蓄水位1 700 m，庫容11.74億m3，裝機容量75萬kW（25萬kW×3臺），平均年發電量18.93億kW·h。該樞紐工程兼具灌溉、防洪、發電等綜合效益，為Ⅰ等大（1）型工程。

2 地質條件

新疆大石峽水利樞紐工程大壩左岸趾板基巖為灰色中厚層-薄層微晶灰巖夾紫紅色厚層灰質礫巖，巖層產狀總體走向NE50°～60°，傾向NW，傾角62°～70°，層面較發育；基本無覆蓋層分布，零星小范圍的崩坡積塊碎石層厚度一般小于3 m。斷裂構造主要發育7條斷層及8組裂隙，其中，斷層均有寬度30～100 cm不等的破碎帶，個別斷層有較寬的影響帶，性狀較差。除上述斷層及長大裂隙外，巖體中還發育有大量隨機分布的裂隙，按產狀可歸納為4組，優勢結構面產狀包括：① NW300°SW∠60°；② NE60°NW∠59°；③ NE62°SE∠42°；④ NW325°SW∠56°。左岸強風化深度一般為3～7 m，局部約10 m；弱風化深度一般為25～45 m，局部可達60 m。

3 柔性墊層爆破法

目前，對于巖石爆破機理的研究，普遍達成的共識是，爆炸沖擊波和爆炸產生的氣體膨脹壓力共同作用于巖石，產生巖石破壞。對于起主導作用的影響因素，主要有兩種觀點：① 爆炸沖擊波的作用只表現在對形成初始徑向裂紋的先導作用；② 爆破過程中起主要作用的荷載取決于巖石的波抗阻［2］。

柔性墊層爆破法通常是在采用柱狀不耦合裝藥結構時，用竹片、泡沫、鋸末等可壓縮介質作為墊層材料，設置于炮孔底部達到減震的效果。當爆破發生時，產生的爆炸沖擊波作用于墊層材料時發生透射和反射，從而消耗能量，造成應力衰減。同時，柔性墊層材料受力壓縮膨脹，進而擠壓炮孔造成準靜態壓力降低。因此，當爆破發生時，傳導至下伏巖體的應力作用會降低，當基巖內承受的應力小于巖石本身的極限抗拉、抗壓強度時，下伏巖體就不會因為爆破產生破壞。

柔性墊層爆破法鉆孔采用大型鉆機機械化作業，一次性成孔，對比保護層分層爆破法，不采用手風鉆打孔，克服了分層爆破的工藝繁瑣性；與水平預裂和水平光面爆破法比較，減少水平預裂孔（光面爆破孔），節約了工期，降低了施工成本，大大提高了施工效率。

4 爆破設計與施工

基于大石峽水利樞紐工程大壩左岸趾板巖性特征，經爆破試驗確定，左岸趾板開挖采用柱狀不耦合方式裝藥，在炮孔底部設置約30 cm厚的鋸末作為緩沖墊層，以降低爆破對下伏巖體的影響。

4.1 工藝流程

預留保護層柔性墊層爆破施工工藝流程如下：技術交底→測量放樣→孔位布置→鉆機就位，復核角度、深度→開鉆、特殊地質條件填寫鉆孔記錄→鉆至約50 cm時復核角度→控制孔深至建基面預留30 cm→復核爆破設計→按爆破設計裝藥、聯網、爆破→人工配合鎬頭機、電錘進行保護層開挖。

4.2 裝藥結構

該工程柔性墊層爆破參數：炮孔間排距3～4 m；孔深以孔底落在基礎面為止；孔徑與梯段爆破相同（90～110 mm）；炸藥單耗 0.30～0.55 kg/m3；采用毫秒微差復式起爆網絡；孔底放置約30～50 cm 鋸末，藥包不接觸基面，呈氣墊柔性爆破。具體裝藥結構及起爆網絡詳見圖1。

4.3 操作要點

（1） 測量。左岸板建基面孔位放樣由施工單位專人負責，監理測量工程師檢查，并對測量數據進行復核計算。按照爆破設計復核孔位、孔深，確保左岸趾板爆破部位的放樣、炮孔點位的準確性。

（2） 鉆孔。依據放樣單檢查炮孔間排距是否合格。確認合格后，鉆機進場。調整好角度后開鉆，鉆孔過程中時刻關注鉆桿角度，及時調整以避免誤差過大。鉆孔過程中嚴格控制孔深、孔斜指標。

（3） 爆破施工。根據炮孔現場檢查情況及爆破試驗結果，爆破設計時做好藥量控制，遇到薄弱或破碎帶應適當減少藥量。在炮孔孔底墊層區及裝藥過程中，爆破員、質檢員全程監控，根據孔深及時修正裝填高度，孔底柔性墊層使用0.3 m鋸末作為墊層。然后進行裝藥、封堵、聯網、起爆等工序。

5 施工質量評價

5.1 爆破聲波檢測

根據DL/ 2010-2005《水電水利工程物探規程》，將彈性波測試聲波法作為巖體質量檢測的主要方法。在大石峽水利樞紐工程大壩左岸趾板開挖前后，對建基面各進行1次爆前、爆后的單孔聲波檢測，檢測在同一鉆孔內進行。根據SL 326-2005《水利水電物探規程》，單孔聲波測試采用一發雙收換能器，源間距分別為30 cm和50 cm。鉆孔中探測部分采用1個換能器和2個接收換能器，聲波儀為非金屬聲波檢測儀RSM-SY5。

采用聲波檢測法判斷爆破破壞或巖體質量，以同孔爆后與爆前波速的變化率η來衡量：

式中：η為爆破后聲波波速的變化率，%；Vp1為爆破前的聲波波速，m/s；Vp2為爆破后的聲波波速，m/s。

左岸趾板22組巖體爆前、爆后聲波波速的對比見表1。由表中數據分析可知：巖體聲波爆破前后波速衰減率為4.2%～6.2%，符合規范和設計衰減率要求（≤10%）；左岸趾板建基面開挖質量優良。

5.2 外觀質量

趾板建基面平順完整，穩定無松動巖塊，平整度小于15 cm。巖石整體完整性受控，無明顯爆破裂隙，建基面平整。爆破效果見圖2。

6 結 語

大石峽水利樞紐工程左岸趾板采用柔性墊層爆破法開挖，無欠挖和較大超挖，爆破后巖體完整性較好，無明顯爆破裂隙，開挖形體受控且棱角清晰，建基面平整。

在水利水電工程趾板開挖方案設計時，基于實際地質條件，選取適宜的爆破參數，采用預留0.3～0.5 m柔性墊層爆破工藝，可有效控制爆破，降低對建基面巖層的擾動，取得較好的爆破效果。大石峽水利樞紐工程趾板柔性墊層法開挖施工實踐可為不利地質條件下的趾板開挖提供參考。

參考文獻：

［1］ 劉振宇，羅志敏.柔性墊層爆破在豐滿重建工程開挖技術中的應用［J］.水利水電技術（中英文），2021，52（增1）：200-204.

［2］ 黃霖.大壩基巖保護層開挖中柔性墊層爆破方法及爆破效果研究［D］.武漢：武漢理工大學，2003.