復(fù)雜地質(zhì)條件下定向爆破截流技術(shù)研究

柳錫鋒，栗 雪

（中國水利水電第一工程局有限公司，長春 130033）

1 工程概況

某水電站工程1#施工支洞出口貫通后揭示的出口部位實際地形為陡崖，常規(guī)戧堤進占截流方案無法實施，因此采取定向爆破拋填圍堰方式進行截流。

該工程左右岸邊坡主要以石英片巖、絹云片巖、板巖、千枚巖為主，裂隙較為發(fā)育，巖石破碎，地質(zhì)條件復(fù)雜。河段為峽谷地貌，河流整體流向為N30°～35°W，河床底部高程為745～755 m，水流湍急，為“V”型河谷。兩岸岸坡坡度40°～60°，局部呈陡崖，兩岸山頂高程為950 m，900 m 高程以下岸坡陡峻，基巖裸露，植被較少；上部地形逐漸變緩，植被茂盛。爆破區(qū)左、右岸山坡陡峻，未見明顯的沖溝分布。

2 施工布置

（1）道路布置。利用已有的左岸1#施工支洞～導(dǎo)流洞施工便道，右岸地質(zhì)勘探洞～索橋～測量臨時便道作為施工通道，并按照臨邊作業(yè)要求搭設(shè)護欄、防護網(wǎng)。

（2）供風(fēng)系統(tǒng)。由主供風(fēng)系統(tǒng)接引，采用專用風(fēng)管接至施工部位。

（3）供水系統(tǒng)。接引布置在進水口平臺500 m3水池，供水管路主管為DN150鋼管，支管為DN40鋼管。

（4）供電系統(tǒng)。使用業(yè)主提供的網(wǎng)電。

3 定向爆破截流重難點及對策

充分利用壩址～導(dǎo)流洞進口部位河道狹長、兩岸邊坡陡峭及8 月徑流量較小的特點，采取定向爆破拋填圍堰方式進行截流。

兩岸邊坡巖石裂隙較為發(fā)育，巖石破碎，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，給定向爆破截流工作帶來一定困難。現(xiàn)場采取在施工前提前做好定向爆破設(shè)計及專項方案，在施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行，并嚴(yán)格控制裝藥量和分序、分段起爆藥量等措施，以確保定向爆破截流工作達到預(yù)期效果。

4 定向爆破截流實施方法

4.1 截流位置選擇

經(jīng)現(xiàn)場實際反復(fù)勘察，選擇3 個部位作為截流位置備選方案。根據(jù)計劃截流時段以往水文資料及導(dǎo)流洞實際過流能力，對3 個擬截流部位從兩岸坡比、與主體結(jié)構(gòu)最小距離、河床深度、拋填截面面積、拋填距離、施工通道情況以及水文氣候條件、流域特性、河床地形地質(zhì)特點等方面進行技術(shù)經(jīng)濟比較，最終確定將截流部位選定在1#施工支洞上游側(cè)，該部位具有以下優(yōu)勢：

（1）左右岸均有通道，可利用左岸1#施工支洞～導(dǎo)流洞口臨時便道為施工通道，右岸可利用從原地質(zhì)勘探洞經(jīng)索橋過江有至Ⅲ-01觀測點測量便道（779 m 高程）作為通道，可采用兩岸定向爆破拋填施工，與單岸定向爆破拋填相比，可以獲得更好的拋填效果。

（2）水平拋擲距離和落差小，定向爆破方向更容易控制。

（3）河床窄，拋填工程量小，節(jié)約成本。

（4）爆破裝藥量、單響藥量小，距離大壩等主體建筑物較遠，利于對永久構(gòu)筑物基礎(chǔ)及永久邊坡的保護。

4.2 截流圍堰設(shè)計

4.2.1 定向爆破拋填圍堰頂部高程的確定

截流時間選定在8 月，按照8 月（P=10%）月平均流量計算截流設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為112 m3/s，對應(yīng)河水水位高程為761.89 m。因上游已有建成水電站，考慮最不利情況下，上游水電站全部機組發(fā)電對應(yīng)的泄流量255 m3/s 為截流設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，對應(yīng)河水水位高程為768.0 m。

通過計算波浪爬高、風(fēng)浪雍高及安全超高后，確定本次截流圍堰頂部高程按照769.6 m進行設(shè)計。

4.2.2 定向爆破拋填工程量計算

按照769.6 m高程確定拋填圍堰的河床斷面面積為191.39 m2，綜合邊坡掛渣等因素計算，最小斷面面積為549.31 m2，爆破區(qū)長度45 m（有效長度35 m），共計工程量約19 225 m3。

考慮爆破截流的重要性，為確保一次性定向爆破拋填成功率，現(xiàn)場根據(jù)兩岸邊坡的實際情況，確定截流部位定向爆破拋填保證系數(shù)按照1.25 倍自然方（1.91倍松方）控制，共計爆破拋填石方自然方約21 142 m3（松方比為1∶1.53），斷面開挖面積為686.64 m2。

4.3 截流爆破設(shè)計

4.3.1 截流區(qū)域地形地質(zhì)情況

兩岸以石英片巖、絹云片巖、板巖、千枚巖為主，巖石裂隙較為發(fā)育，巖石破碎，地質(zhì)條件較為復(fù)雜。①左岸巖體風(fēng)化，岸坡較陡，為逆向坡。未見全風(fēng)化巖體分布；強風(fēng)化巖體分布于885 m 高程以上，垂直厚度10～30 m，水平厚度較大，多橫穿山脊；弱風(fēng)化巖體垂直厚度15～50 m，隨著地勢增高，厚度增大，水平厚度10～40 m。②右岸巖體風(fēng)化，岸坡相對較緩，為順向斜向坡。未見全風(fēng)化巖體分布，強風(fēng)化巖體多分布于山脊及緩坡地帶。根據(jù)勘探揭露：右岸強風(fēng)化巖體分布于865 m高程以上，垂直厚度一般為5～20 m，岸坡水平厚度一般為10～20 m；弱風(fēng)化巖體垂直厚度20～50 m，隨著地勢增高，厚度增大，水平厚度15～50 m。

河床巖體風(fēng)化，壩址區(qū)河床兩岸出露巖石均為弱風(fēng)化巖體，勘探揭露弱風(fēng)化巖體垂直厚度10～20 m。

4.3.2 截流爆破布置

按照一次定向爆破石方約21 142 m3（自然方）的拋填量要求，采取兩岸上、下層分序起爆方式進行定向爆破。將左、右岸河道最窄處（爆破區(qū)長度15 m）岸邊出露的巖臺作為Ⅰ序爆破區(qū)，采用深孔爆破。左岸Ⅱ、Ⅲ序爆破區(qū)長度按照30～35 m（有效長度20～25 m）控制，采用水平孔及深孔爆破相結(jié)合；右岸Ⅱ序爆破區(qū)長度按照45 m（有效長度35 m）控制，采用硐室爆破。

（1）Ⅰ序爆破區(qū)。利用河道最窄處，左右岸邊出露的巖臺作為Ⅰ序爆破區(qū)進行水下爆破，爆破形成的大塊料改善河道水流性質(zhì)，起到降低截流區(qū)龍口單寬功率的作用。爆破區(qū)底面高程約765～768 m，爆破區(qū)長度15 m。

（2）Ⅱ序爆破區(qū)。①左岸：采取上、下游布置單排水平孔，棧道上布設(shè)豎直孔，爆破采取對掏方式進行。爆破區(qū)底面高程768 m，起鉆高程778～783 m，邊坡按照1∶0.1 控制。②右岸：爆破區(qū)底面高程772 m，邊坡按照（1∶0.3）～（1∶0.5）控制。按照爆破區(qū)范圍，修建3條爆破主隧洞，布置6個主藥室，A、B藥室為單排單層布置，C、D、E、F藥室為單排雙層布置。其中，1、2#爆破主隧洞進口高程772 m高程，開挖尺寸1 m×1.5 m，長度分別為32.78 m 和36.39 m，內(nèi)采取“T”型布置，上、下游兩側(cè)分別設(shè)藥室；3#爆破主隧洞進口高程792.0 m 高程，開挖尺寸1.5 m×1.8 m，長度23.85 m，內(nèi)采取“T”型布置，在C、D藥室同斷面處設(shè)E、F藥室。結(jié)合上、下層硐室間存在兩層較大節(jié)理裂隙帶的實際地質(zhì)情況，為確保硐室爆破效果，使石方的拋出率達到90%以上，在上、下兩層藥室之間布置一條4#爆破隧洞（補償），進口高程782.0 m，開挖尺寸1.5 m×1.8 m，長度27.33 m，內(nèi)采取“T”型布置，在C、D、E、F藥室同斷面處設(shè)G、H補償藥室。

（3）Ⅲ序爆破區(qū)。為確保爆破拋擲效果，采取上、下游布置單排水平孔，爆破采取対掏方式進行，頂部設(shè)置扇形豎直孔。爆破區(qū)底面高程780 m，起鉆高程800～805 m，邊坡按照1∶0.1控制。

4.3.3 截流爆破設(shè)計

（1）爆破參數(shù)設(shè)計。截流爆破由深孔爆破、水平孔爆破及硐室爆破組成。結(jié)合工程的地形、地質(zhì)條件進行爆破參數(shù)計算，并經(jīng)拋出方量、拋出率及堆積形態(tài)的驗算后，最終確定爆破參數(shù)（見表1和表2）。

表1 深孔、水平孔爆破參數(shù)表

深孔、水平孔爆破使用乳化炸藥，各序爆破區(qū)爆破網(wǎng)絡(luò)均采用排間微差順序爆破網(wǎng)絡(luò)，同排炮孔內(nèi)裝同段非電雷管，將各孔連接在同一股導(dǎo)爆索的支線上，然后將各排導(dǎo)爆索連接在主導(dǎo)爆索上。降低梯段爆破單響藥量、調(diào)整優(yōu)化爆破方式是保護永久邊坡和降低爆破地震效應(yīng)的有效手段。主爆破孔采用排間微差順序起爆的網(wǎng)絡(luò)連接，能夠最大限度的降低單響藥量，根據(jù)本工程實際地質(zhì)條件及類似工程經(jīng)驗，設(shè)計單響藥量＜300 kg，排間微差時間＞75 ms。

硐室爆破使用乳化炸藥，根據(jù)封堵長度要求，封堵長度不短于實際開挖洞寬與洞高之和的1.5倍，并確保各硐室封閉嚴(yán)密。

（2）定向爆破施工。左岸分3序（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序）起爆，右岸分2 序（Ⅰ、Ⅱ序）起爆。起爆地點位于1#施工支洞與導(dǎo)流洞施工支洞交叉段，為確保起爆安全并到達預(yù)期效果，起爆網(wǎng)絡(luò)共設(shè)置3 條起爆通路經(jīng)跨河棧橋過江后，分別引爆各硐室的炸藥。首先，進行左岸Ⅰ序和右岸Ⅰ序的起爆。起爆后，為保證截流區(qū)的水流平緩，確保截流效果，從1#施工支洞出口便道向爆破區(qū)河道拋填鋼筋石籠。鋼筋石籠采用Φ32 鋼筋為框架，Φ16 鋼筋（間距20 cm）為網(wǎng)格，尺寸1 m×1 m×3 m，共計10 個；然后，進行左岸Ⅱ、Ⅲ序和右岸Ⅱ序的起爆。右岸Ⅱ序起爆順序：A、B藥室→C、E、G藥室→D、F、H藥室。

4.4 截流效果檢查

定向截流爆破后，河水順利改道并通過導(dǎo)流洞過水，爆破拋填區(qū)域河水滲流量遠小于計算預(yù)期滲流量，成功實現(xiàn)大江截流，為后續(xù)圍堰施工創(chuàng)造了條件。最終，項目按期完成圍堰施工，主體工程也在圍堰的擋水保護下，順利完成了全部施工任務(wù)，定向爆破截流取得了較好的效果。

5 結(jié)語

本文對復(fù)雜地質(zhì)條件下定向爆破截流涉及的關(guān)鍵技術(shù)進行詳細的研究和總結(jié)。在面對地質(zhì)條件復(fù)雜的峽谷、山谷地區(qū)，施工道路無法滿足常規(guī)戧堤進占截流施工的情況下，采取定向爆破截流技術(shù)手段，通過深孔爆破、硐室爆破等爆破方式，將兩岸石方拋填至指定截流區(qū)域，利用瞬時的巨大拋填強度截斷水流，使河水改道來實現(xiàn)截流目標(biāo)。定向爆破截流技術(shù)相比傳統(tǒng)截流技術(shù)有著生產(chǎn)效率高、加快施工進度、截流效果好等優(yōu)點，本文可以為類似項目提供參考。