病险水库除险加固工程中降低深孔爆破大块率的有效措施
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摘要: 面板堆石坝是当今世界发展的主要坝型之一。为节省投资，近年来利用枢纽建筑物的开挖弃料进行坝体石碴填筑，因此对控制爆破产出的石碴级配料、尤其是大块率提出严格要求。通过王快、西大洋水库正常溢洪道深孔梯段爆破的大量工程实践, 从施工工艺、爆破参数、工程地质等方面分析了爆破试验大块率偏高的原因，并提出了降低大块率的具体措施。实践证明，只要采取行之有效的技术措施，完全可以控制大块率。
Abstract: Concrete faced rockfill dam is one of the major dam types in the world. To save investment, excavation materials from hub buildings are used for dam embankment of ballast. Therefore, strict requirements of controlling the ballast output levels of ingredients, especially boulder yield from blasting are put forward. Based on a large number of engineering practice on deep hole bench blasting of normal spillway in Wangkuai reservoir and Xidayang reservoir, this thesis analyzes the reasons of higher rate of boulder yield in blasting test from the following aspects: construction technology, blasting parameters and engineering geology. Besides, specific measures are proposed to lower Boulder yield rate. Practice has proved that as long as effective technological measures are taken, boulder yield rate can be controlled.
Key words: deep hole bench blasting; rockfill dam; boulder yield; optimization of blasting parameters
中图分类号：TV641.4+3文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1 引言
面板堆石坝是当今世界发展的主要坝型之一，由于施工方法简单，坝体断面较土坝断面小，石渣料源可就地取材，所以自第一座碾压堆石坝建成以来，发展迅速。面板堆石坝的主体是堆石体，而堆石料需要依靠爆破开采获得。为了节省工程投资，近年来利用枢纽建筑物（如溢洪道、岸坡、基坑等）的开挖弃料来进行坝体石渣填筑，从而达到节约投资，减少弃料，实现挖填平衡，加快面板堆石坝填筑进度的目的，还有利于自然环境的保护。但这就要求，枢纽建筑物的爆破开挖除要满足一般爆破开挖的、挖运要求外，还要采取控制爆破技术，使爆破出的石渣满足开采、挖运、填筑、碾压等环节的技术要求；并要严格控制超径大块石的产生，避免二次爆破，以致增加工程成本。
2 工程概况
西大洋水库溢洪道石方扩挖51.2万m3，最大开挖深度72m ,每10m预留1.5m宽马道，爆破施工工期10个月，工程量大，施工强度高。溢洪道地表即出露基岩，岩性为太古界阜平群南营组花岗片麻岩，岩石矿物成分为石英、长石、云母及少量角闪石等，弱~微风化岩体较坚硬完整。局部岩体内发育两组节理，溢洪道除表层为全风化花岗片麻岩外，下部均呈弱风化，岩石较为完整。岩石饱和抗压强度和干抗压强度平均值均大于70Mpa，干密度平均值2.60kg/cm3，说明岩体较致密坚硬。
设计要求坝体堆石填筑石料为溢洪道开挖的弱风化及以下部的开挖石渣填筑，石渣应有良好的级配，可筑坝的石渣最大粒径不宜大于80cm，且不超过填筑层厚的2/3，填筑层厚度不宜超过120cm，填筑时不得发生粗料集中及架空现象。填筑要求采用振动碾分层碾压，碾后堆石孔隙率小于25%，干容重不小于20KN/m3。根据设计要求可知，当填筑层厚分别为1.0m、1.20m时，粒径分别大于67cm、80cm以上的石料即为超径石，需要二次爆破解小，才能满足填筑要求。
3 爆破试验
在总结以往的施工经验、技术参数的基础上，查阅技术资料，并参考类似工程实例，结合本工程实际地质、地形及现有机械设备，决定以深孔梯段爆破为主，按设计预留马道分梯段进行爆破，边坡采用预裂爆破技术，爆破采用毫秒微差挤压爆破技术，梅花形布孔，“V”形起爆，炸药选用2#岩石炸药。
根据拟定的试验方案进行爆破试验。首先清除爆破试验的工作面，达到梯段爆破要求；然后进行爆破现场的地形测量，对岩层和主要裂隙、节理进行地质描绘；再按拟定的布孔参数施钻，逐孔进行检查验收，控制超欠深，按实际孔网参数调整装药量；按设计起爆网络连接、检查、起爆；爆后随机取样进行石渣颗粒分析，检查超径石料所占百分比。
爆破后经现场检查及颗粒分析发现，爆破参数满足开挖要求，边坡平整，超欠挖在规范允许范围之内，石渣级配满足面板堆石坝筑坝要求，但是大块率偏高，最高达到13.79%。各次爆破试验具体参数祥见表1所示。
表1 爆破参数及爆破效果
4 大块率高原因分析
大块率式衡量深孔爆破效果优劣的主要指标，大块率过高不仅增加二次破碎成本，爆破大块还使挖装损耗增加。有必要对产生大块的原因进行分析，并通过采取一些工程技术措施来降低大块率，以达到降低工程爆破成本的目的。只有成本不断降低，深孔梯段爆破才能不断得到推广和发展。
4.1 大块产生部位
深孔梯段爆破按正常的孔网参数设计，炸药单耗控制在0.4~0.5kg/m3，若所有炮孔正常起爆，爆堆内部大块极少，除个别地质条件的特殊地段，几乎不会在爆破岩体中心产生大块，这一现象经过几次爆破试验后出渣情况也得到了验证。根据资料及实际观察，深孔梯段爆破产生大块主要来自三个部位：一是前排临空面；二是爆区顶面孔口堵塞段；三是爆区后缘边坡拉裂。
4.2大块产生的主要原因
根据该工程的生产爆破情况及大块产生部位调查分析后认为大块产生的原因主要有以下两点：一是人为因素，如爆破参数设计与选择不合理；造孔质量差等，二是自然因素，即被爆岩体本身具有易出现大块的内在因素，如因断层、节理、层理裂隙等影响而生成许多原始大块。具体原因如下：
（1）前排临空面凹凸不平，第一排最小抵抗线大小不一；天然开挖边坡通常坡度上陡下缓，使底部最小抵抗线偏大，而且若炮孔底部有积水，只能装乳化炸药，从而使底部线装药密度降低，所以第一排下部容易产生大块。
（2）第一排炮孔爆破后压缩应力波和反射拉伸波作用，瞬间使第一排岩体剥离破裂，由于岩体抗拉强度低，节理、裂隙处强度更低，所以第一排岩体在应力波和反射拉伸波作用下很快沿原始结构面破裂，后续气体膨胀能没有足够的压缩破碎岩体时间，气体膨胀主要贡献于前排破裂岩块的抛掷，从爆堆前缘可见到被抛出的很多大块。而后排炮孔爆破时，因临空面条件不及前排，反射波强度较弱，所以后续气体膨胀压力作用时间较长，从而岩体内剪、压作用增强，此外当岩块被抛出时，由于受前排的阻挡，岩块间发生强烈的挤压碰撞，更多抛掷动能转为破碎作功，所以后排爆破大块明显低于前排。