高边坡薄层预裂梯段微差爆破的应用

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[摘 要]预裂梯段微差爆破在石方开挖中运用广泛，石垭子水电站左、右岸坝肩高边坡薄层开挖过程中采用了预裂梯段微差爆破手段进行施工，取得了良好的效果。

[关键词]石垭子水电站；高边坡；薄层开挖；预裂梯段微差爆破

中图分类号：TD235.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）37-0278-01

1 工程概况

石垭子水电站位于贵州省东北部，乌江水系左岸一级支流―洪渡河中下游。坝址位于大坪镇两河口（甘河）下游约1.9km处。左岸为栖霞灰岩顺层陡坡，右岸为茅口灰岩陡壁。坝址下游为志留系砂页岩、泥岩分布，河谷开阔，上部覆盖砂页岩风化层及残坡积粘土夹碎石层。

石垭子水电站坝址处于“V”字形峡谷内，谷底宽25m左右，上宽400m，地形较复杂，右岸山体较厚，两岸坝肩及左岸山体开挖均较单薄；属薄层坝肩开挖，左岸高程547.2以上开挖坡度较缓，高程547.2以下开挖坡度较陡，右岸山坡较左岸陡峭，520以上犹为突出。左岸开挖高差约154m，平均厚度约3m；右岸开挖高差约177m，开挖厚度1～3m。坝基最低开挖高程高程413，开挖边坡随地形变化，左岸边坡坡度在1：0.7～1：0.1之间，右岸边坡坡度在1：0.8～1：0.25之间。河床坝基基岩为深沟冲积砂砾石，岩性为中层夹薄层深灰色岩。两坝肩开挖属高边坡薄层开挖。

2 预裂梯段微差爆破施工

石垭子水电站大坝左、右岸坝肩开挖总量约30万方，开挖方量大；开挖要求在第二年汛期来临前完成，工期紧；左、右两岸坡比较陡峻、高差大超过了150m、开挖厚度薄，局部厚仅为2m，平均开挖厚度小于8m。如何保证高边坡薄层开挖的施工安全、质量和进度是整个坝肩开挖的关键。

国内大型的土石方开挖常规的方法主要有：（1）梯段爆破、（2）洞室爆破、（3）定向爆破等。结合本项目的实际情况，在此采用预裂梯段微差爆破技术来进行坝肩开挖，成功按期完成了整个坝肩的开挖。，高边坡薄层开挖的主要控制特点如下：

2.1 预裂爆破

预裂爆破为轮廓爆破，主爆孔起爆前，在开挖面上先爆破一排预裂炮孔，在相邻炮孔之间形成裂缝，从而在开挖面上形成断裂面，以减弱主爆区爆破时地振波向岩石传播，控制爆破对保留岩体的破坏影响，且沿预裂面形成一个平整壁面。

（1）钻孔：根据坝肩的地质情况，开挖岩体属于中等岩石，预裂孔间距设计在0.8m～1.0m之间，岩体支离破碎地带预裂孔间距调整为0.6m。按照坝肩的设计开挖坡比确定钻机的倾斜角度，采用Φ48脚手架钢管制作样架固定YQ-100B潜孔钻机，钻孔直径Φ100mm；孔超钻0.5m。预裂爆破孔在钻孔前精确测量边坡开挖线，并用红油漆标明开孔孔位，安装钻孔样架，按钻孔角度和方位精确定位，开孔时适当降低钻孔速度并且人工用钢管控制第一根钻杆位置，以确保钻孔的准确无误。

（2）装药：炸药选择乳化炸药，以防止孔内积水浸泡炸药导致失效；药卷直径32mm，装药结构采用不耦合间隔装药，先将药卷按设计的间隔装药结构与导爆索串联，用胶布绑扎在竹片上，然后放入孔内；按照经验公式：①②（qx为线装药密度kg/m，全孔装药量扣除底部装药量后除装药长度；σp为岩石极限抗压强度MPa；a为炮孔间距；d为孔径），结合现场爆破试验，最终确定预裂孔线装药密度为250g/m～350g/m；孔堵塞3.0m，用钻屑或粘土堵孔，防止预裂爆破冲孔，提高爆破效率。为使整体起爆来提高预裂面的完整性，预裂孔内和孔外均采用双导爆索传爆；同时为了减少单响药量，每隔30个预裂孔，将孔外导爆索网络截断用MS3非电毫秒管来调节爆破时差。

2.2 梯段微差爆破：

梯段爆破的主爆孔在每次钻孔爆破前，先将台阶面上的浮渣清理干净，并按设计用红油漆标明爆破孔位，上次爆破石料挖运完成后，应将临空面清理干净，若局部根底较大（造成底部抵抗线较大），则采用手风钻钻孔，与梯段爆破一起起爆。

梯段微差爆破的参数主要包括台阶高度、底盘抵抗线、孔径、孔间排距、孔深、炸药单耗、堵塞长度等。

主爆孔钻孔形式采用倾斜孔，造孔用Q-100B潜孔钻机和汤姆洛克液压钻机，孔径100mm和76mm；主爆孔根据岩石情况，间排距选择2.5m×3.0m，梅花型布置；梯段高度按设计分阶高度确定，为15m；为了克服台阶底盘的影响，每个孔超钻0.5m；炸药选用70mm乳化炸药，采用连续装药形式；孔内、孔外用非电毫秒管联网，实现孔间微差毫秒爆破，用MS1～MS15段非电毫秒管联网控制起爆顺序和时差；孔口堵塞3.0m；结合现场岩层情况和多次爆破效果总结，不断优化爆破参数，爆破单耗控制在0.38kg/m？～0.45kg/m？；现场选择合适的爆破临空面，电雷管起爆。

3 预裂梯段微差爆破的几点注意事项和优势

预裂梯段微差爆破一般用于大型开挖，能有效的提高爆破效率和保证开挖边坡的轮廓质量；同时也由于爆破网络较为复杂，施工过程中要做到严谨细致，以保证爆破效果。

3.1 注意事项：

（1）根据设计开挖图结合现场实际地形和地质情况，确定有针对性的钻孔参数（包括主爆孔和预裂孔的角度、孔深、超钻深度、孔间排距）和爆破参数（临空面选择、单耗药量、单响药量、爆破网络）。

现场严格控制钻孔参数，尤其是孔深和孔向；选择好临空面，按照选择的临空面设计爆破网络和爆破的先后秩序；爆破设计时用非电毫秒管控制单响药量，预防爆破的冲击波危害周边建筑物和对山体造成危害。

（2）主爆孔孔内采用双非电毫秒管，孔外爆破网络同样采用双非电毫秒管连接；预裂爆破孔的孔内、孔外采用双导爆索联网。选择双非电毫秒管和双导爆索联网，确保爆破网络的安全性和稳定性，增加爆破的稳定性和成功率。

（3）主爆孔非电毫秒管与孔外爆破网络非电毫秒管连接部位加垫和覆盖纸板，防止管在传爆过程中摆动过大或者飞石击断破坏爆破网络。

（4）根据非电毫秒管设计爆破时间精确控制爆破网络时差，孔外网络采用MS3低号非电毫秒管传爆，孔内采用MS7以上的高号非电毫秒管，以便爆破信号能在起爆前传入孔内，防止产生“瞎炮”和“盲炮”。

（5）每一个爆破孔均须堵塞密实，防止冲孔影响爆破效果和防止爆破产生飞石危害。

3.2 优势和特点

（1）采用预裂梯段微差爆破可以提前预裂，可按设计要求先形成开挖轮廓，减弱爆破冲击产生的地振波的影响，保证开挖面的完整性。

（2）梯段微差爆破可以一次性爆破成型，减少重复钻爆对工期的制约。

（3）高边坡薄层预裂梯段微差爆破，实现微差毫秒爆破，可以减少单响药量，能有效的控制地振波和飞石对周边环境安全的影响。

（4）爆破后岩石破碎均匀，基本无大块石，减少块石解小处理的工作量，减轻开挖、运输难度，在工期上得到保障，成本得到控制。

4 结语

石垭子水电站大坝左、右岸坝肩开挖从2007年8月13日正式开始，2008年4月24日全部完成，满足在汛前完成开挖的目标。

开挖施工期间，于2008年4月29日，省质检站、监理、设计等单位对大坝430.00m高程以下、坝纵0+50.00桩号以前进行了联合验收；2008年5月15日对大坝430.00m高程以下、坝纵0+50.00桩号以后进行了联合验收；2009年2月26日，对大坝430.00m高程以上坝基范围进行了联合验收。大坝开挖建基面高程和轮廓尺寸均满足设计要求，地质缺陷均已按照设计有关要求进行处理。爆破半孔率达到85%以上，在质量控制上取得可喜的成果。坝肩共验收评定24个单元，优良20个，合格率100%，优良率达83.3%。

石垭子坝肩高边坡薄层开挖过程中采用预裂梯段微差爆破技术，在开挖的安全、质量和进度的控制上均起到了很好的预期效果，可以在类似工程项目中进行利用和借鉴。