馮光學(xué),李 偉

(1.四川二灘國(guó)際工程咨詢有限責(zé)任公司,四川 成都 610072;2.中國(guó)水利水電第八工程局,湖南 長(zhǎng)沙 410017)

1 前 言

格里橋水電站位于貴州省中部,烏江中游右岸支流——清水河干流下游。工程以發(fā)電為主。本工程為Ⅲ等工程,工程規(guī)模為中型,工程樞紐由碾壓混凝土重力壩、左岸引水發(fā)電系統(tǒng)組成。碾壓混凝土重力壩最大壩高 124m,壩頂高程 724m,壩頂全長(zhǎng)103.9m。

壩址位于久場(chǎng)斷裂帶下游 300m峽谷河段上,河谷斷面為“U”形谷,河谷狹窄,兩岸峭壁陡峻,壩軸線處兩岸在 800m高程以上地形相對(duì)較緩,自然邊坡坡角 23°～34°;800m高程以下較陡,左岸綜合坡度 60°,右岸約 80°,部分為近乎直立的基巖陡壁或存在倒坡現(xiàn)象。壩基坐落在角礫狀白云巖及角礫狀灰?guī)r上,巖體較軟弱、允許承載力低,飽和抗壓強(qiáng)度達(dá) 15～40MPa,變形模量為 4.5～7.0GPa。左、右壩肩地基為角礫狀白云巖、角礫狀白云巖的厚層塊狀白云巖中厚層白云巖。左、右岸壩肩開(kāi)挖高度分別為 180m和 200m。

格里橋大壩壩肩開(kāi)挖的主要特點(diǎn)是工期緊、開(kāi)挖厚度薄、坡陡,若采用常規(guī)預(yù)裂爆破技術(shù),則預(yù)裂鉆孔量大,是影響開(kāi)挖工期的關(guān)鍵因素,經(jīng)過(guò)技術(shù)人員的分析論證,決定在壩肩開(kāi)挖中采用雙聚能預(yù)裂爆破技術(shù),以減少鉆孔量實(shí)現(xiàn)加快工期的目的。先在毛料場(chǎng)進(jìn)行了雙聚能預(yù)裂爆破試驗(yàn),取得了合理的爆破參數(shù),用在壩肩開(kāi)挖中,取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

2 雙聚能預(yù)裂爆破技術(shù)

雙聚能預(yù)裂爆破技術(shù)由水電八局于 2007年申請(qǐng)了“雙聚能預(yù)裂與光面爆破方法及專用裝置”發(fā)明專利和“雙聚能預(yù)裂與光面爆破專用裝置”實(shí)用新型專利。它是通過(guò)專用雙向聚能裝置在設(shè)定方向上的聚能作用實(shí)現(xiàn)巖石定向斷裂控制爆破,聚能藥卷是通過(guò)按一定角度在兩個(gè)設(shè)定方向有聚能槽的 PVC管裝入粉狀或者乳膠炸藥制作而成(見(jiàn)圖1),藥卷起爆后,炮孔壁在非設(shè)定方向上均勻受壓,而在設(shè)定方向上集中受拉,致使巖體按設(shè)定方向拉裂成型。

該技術(shù)施工工藝簡(jiǎn)單,易于在現(xiàn)場(chǎng)推廣使用。與常規(guī)預(yù)裂爆破、光面爆破相比,雙聚能預(yù)裂爆破具有以下優(yōu)越性:

(1)利用巖體耐壓怕拉的特性,同時(shí)不耦合裝藥結(jié)構(gòu)以及聚能藥卷的聚能作用,炸藥爆炸后,在裂縫開(kāi)始形成的同時(shí)聚能射流沿著裂縫噴射,其氣刃作用進(jìn)一步大大加強(qiáng)裂縫的擴(kuò)展和延伸,相應(yīng)加大了炮孔間距,減少了同等爆破方量炮孔鉆進(jìn)量;

(2)成型效果好,開(kāi)挖輪廓質(zhì)量高,不平整度低,半孔率高(一般可達(dá)到 90%);

(3)超挖石方少,減少了清方和回填工程量;

(4)采用了完全不耦合裝藥結(jié)構(gòu),使炮孔與藥卷之間在全孔有完全相等的間隔,對(duì)孔壁起到了更好的減壓保護(hù)作用,對(duì)建基面炮震振動(dòng)范圍小、損傷輕,有效地保護(hù)了建基面,有利于開(kāi)挖邊坡的支護(hù)與穩(wěn)定;

(5)炸藥單耗少,鉆爆成本低,經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。

圖1 雙聚能藥卷斷面示意

3 爆破試驗(yàn)和爆破參數(shù)的選定

3.1 試驗(yàn)部位

根據(jù)格里橋現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,爆破試驗(yàn)的部位選定在毛料場(chǎng),該部位開(kāi)挖區(qū)域?qū)掗?可以分塊進(jìn)行多組試驗(yàn),且道路通車條件較好,人員、設(shè)備及材料等可以直接進(jìn)入場(chǎng)內(nèi)。

3.2 試驗(yàn)內(nèi)容

爆破試驗(yàn)的目的是為正式施工時(shí)取得最優(yōu)的爆破參數(shù),如孔距、線裝量等影響爆破質(zhì)量的關(guān)鍵因素。由于本工程使用的雙聚能 PVC管是定型管,管內(nèi)充填 2號(hào)巖石乳化炸藥,線裝藥密度只能靠間斷裝藥的間距來(lái)控制。爆破效果通過(guò)外觀和爆破前后單孔聲波的對(duì)比判定。

試驗(yàn)孔采用 YQ-100B潛孔鉆成孔,孔徑90mm,在同一預(yù)裂(光爆)面依次按照 1.5m孔距 6孔、2.0m孔距 4孔、2.5m孔距 4孔、3.0m孔距 5孔進(jìn)行布置;鉆孔坡比為 1∶0.3,孔深 15m。采用連續(xù)裝藥,線裝藥密度為 430～450g/m,裝藥結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

3.3 爆破效果分析和爆破參數(shù)的選定

(1)外觀分析:預(yù)裂孔單獨(dú)爆破后,雙聚能預(yù)裂爆破聚能效果明顯,可以看到不管是單孔(邊孔)還是聯(lián)孔,起爆后爆炸能量均沿預(yù)設(shè)兩個(gè)方向集中釋放,形成較為明顯的裂縫;從聯(lián)孔情況看,1.5～2.5m孔距預(yù)裂孔成縫良好,3m孔距部分兩孔間位置未張開(kāi),在主爆孔爆破出渣清理開(kāi)挖面后,可以看到,孔距在 1.5～2.5m的預(yù)裂面成縫平整,半孔成縫率 100%,3m孔距部位雖半孔率也達(dá)到 100%,但開(kāi)挖面不平整,部分位置兩孔中部有巖埂,需修整規(guī)格。從所有的殘留半孔中可以看到,均沒(méi)有新增爆破裂隙。

(2)單孔聲波分析:總共布置 4個(gè)聲波孔,分別位于 1.5、2、2.5、3m孔距區(qū),孔深 2m(開(kāi)挖面以內(nèi)),爆前和爆后分別作單孔聲波測(cè)試,然后加以比較,分析保留巖體的衰減率是否滿足規(guī)范要求。從各孔的爆前、爆后的單孔聲波值中可以看出,各種孔距的預(yù)裂面聲波衰減率均滿足規(guī)范要求,在 1.5～2.5m孔距范圍內(nèi),同時(shí)隨著孔距的增大,單位面積的裝藥量減少,其聲波衰減率越低。

綜上分析,確定壩肩開(kāi)挖的雙聚能預(yù)裂爆破參數(shù)如下:線裝藥密度為 430～450g/m,完整巖體孔距為 2.5m,節(jié)理、裂隙發(fā)育部位孔距為 2m。

4 雙聚能預(yù)裂爆破在格里橋壩肩開(kāi)挖的實(shí)施

圖2 雙聚能預(yù)裂爆破裝藥結(jié)構(gòu)

4.1 雙聚能預(yù)裂爆破的實(shí)施要點(diǎn)

(1)應(yīng)嚴(yán)格控制鉆孔作業(yè),確保各個(gè)炮孔的同面性良好,炮孔的同面性越好,爆破效果越佳。

(2)雙向聚能藥卷事先在炸藥庫(kù)按照需要量采用專用裝藥設(shè)備灌裝完成(標(biāo)準(zhǔn) PVC雙槽聚能管3m長(zhǎng)一根),引爆前運(yùn)到工地放入炮孔時(shí)接長(zhǎng)至需要長(zhǎng)度。雙聚能預(yù)裂爆破底部加強(qiáng)裝藥同常規(guī)預(yù)裂爆破,只需將普通 φ32mm藥卷捆綁至 PVC管無(wú)聚能槽兩側(cè)上即可。

(3)由于聚能藥卷是靠 PVC管成型,因此必須全孔用導(dǎo)爆索進(jìn)孔引爆,另一方面導(dǎo)爆索也起到接長(zhǎng)聚能藥卷的承重作用,導(dǎo)爆索插入第一標(biāo)準(zhǔn)節(jié)雙聚能槽藥管內(nèi) 5cm,彎曲后捆綁在雙聚能管無(wú)聚能槽的一側(cè),底部加強(qiáng)裝藥捆綁在雙聚能管無(wú)聚能槽的兩側(cè),然后將第一標(biāo)準(zhǔn)節(jié)雙聚能槽藥管慢慢送入炮孔并注意將聚能槽對(duì)準(zhǔn)預(yù)裂(光爆)面方向。

(4)第一標(biāo)準(zhǔn)節(jié)雙聚能槽藥管末端達(dá)到炮孔孔口時(shí),在第一標(biāo)準(zhǔn)節(jié)雙聚能槽藥管末端套上第一個(gè)孔內(nèi)居中環(huán),再套上 10cm長(zhǎng)的聯(lián)接套管。依次安裝各節(jié)雙聚能槽藥管,長(zhǎng)度調(diào)整節(jié)和封堵節(jié)在最后安裝,封堵節(jié)露出炮孔孔口時(shí)在其上套上孔口對(duì)中環(huán),單孔雙聚能槽管即告安裝完成。

(5)雙聚能預(yù)裂爆破堵塞段一般為 120～150cm,堵塞方法同常規(guī)預(yù)裂爆破。由于堵塞段長(zhǎng)短對(duì)預(yù)裂(光爆)面的效果有較大影響,堵塞長(zhǎng)度過(guò)短,則爆破時(shí)氣體逸出,甚至將雙槽聚能管沖出孔外,不易形成預(yù)裂縫或預(yù)裂縫寬度不夠;堵塞長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng),則在孔口附近部位易殘留炮孔。實(shí)際施工中的堵塞長(zhǎng)度根據(jù)爆破效果予以調(diào)整修正。

(6)所有炮孔內(nèi)的雙聚能槽管安裝完成后,在首尾炮孔之間用尼龍線拉直作為預(yù)裂(光爆)面的標(biāo)識(shí),轉(zhuǎn)動(dòng)各個(gè)炮孔孔口所套上的孔口對(duì)中環(huán),使孔口對(duì)中環(huán)上面的兩個(gè) V形對(duì)中槽聯(lián)線與拉直的尼龍線方向吻合,然后用兩端彎成 90度的鐵絲穿入相鄰孔口對(duì)中環(huán)的固定孔內(nèi)將孔口對(duì)中環(huán)固定。在上述安裝步驟完成后,拆除固定鐵絲和孔口對(duì)中環(huán),以便以后重復(fù)使用。

(7)由于雙聚能預(yù)裂爆破單孔成縫情況也較好,因此在施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制裝藥質(zhì)量,確保聚能槽方向與開(kāi)挖面一致,以免直接破壞保留巖體,釀成嚴(yán)重的質(zhì)量、安全事故。

(8)聯(lián)網(wǎng)爆破:雙聚能預(yù)裂與梯段爆破孔若在同一爆破網(wǎng)絡(luò)中起爆,則雙聚能預(yù)裂與光面爆破孔最后一段起爆時(shí)間先于相鄰梯段主爆破孔的起爆時(shí)間,不應(yīng)小于 75～100ms。

(9)為保證雙聚能預(yù)裂爆破的實(shí)施效果,應(yīng)制定質(zhì)量檢查表,規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化組織質(zhì)量檢查工作。及時(shí)總結(jié)施工中出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷、分析產(chǎn)生的內(nèi)在原因,從設(shè)計(jì)、施工著手采取有力措施及時(shí)糾正。

(10)雙聚能預(yù)裂與光面爆破綜合技術(shù)施工必須采用國(guó)家專利產(chǎn)品——“雙聚能預(yù)裂與光面爆破專用裝置”進(jìn)行雙聚能預(yù)裂(光面)爆破。

4.2 雙聚能預(yù)裂爆破在壩肩開(kāi)挖中的實(shí)施效果

雙聚能預(yù)裂爆破在格里橋壩肩開(kāi)挖實(shí)施過(guò)程中,得到了水電八局原副總工秦健飛同志(該技術(shù)水電八局帶頭人)的大力支持和指導(dǎo),取得了優(yōu)良的效果,壩肩開(kāi)挖面平整,起伏差小,半孔率高達(dá)99%,無(wú)爆破振動(dòng)裂隙;開(kāi)挖后聲波檢測(cè)結(jié)果表明,建基面聲波波速滿足設(shè)計(jì)要求,爆破損傷深度小,遠(yuǎn)低于常規(guī)預(yù)裂爆破。

5 結(jié) 論

(1)雙聚能預(yù)裂爆破在格里橋大壩壩肩開(kāi)挖中的成功應(yīng)用,減少預(yù)裂鉆孔量 50%以上,減少炸藥消耗 40%以上,大大減少了施工單位鉆孔設(shè)備的投入,大大節(jié)約了施工單位的成本,同時(shí),使預(yù)裂鉆孔施工不再成為影響開(kāi)挖工期的關(guān)鍵因素,其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益可觀。

(2)雙聚能預(yù)裂爆破技術(shù)充分考慮了巖石耐壓怕拉的特點(diǎn),利用雙向聚能裝置對(duì)爆轟產(chǎn)物的導(dǎo)向作用,實(shí)現(xiàn)爆轟能量在設(shè)定方向上的集中卸壓釋放,使炮孔壁對(duì)應(yīng)處產(chǎn)生拉應(yīng)力集中,實(shí)現(xiàn)巖體定向斷裂,并相應(yīng)減少了爆破對(duì)非設(shè)定方向巖體的破壞,保護(hù)了保留巖體的完整性和穩(wěn)定性,即使對(duì)于完整性差的巖體,爆破產(chǎn)生的高能流可以切穿節(jié)理、裂隙等軟弱面,定向斷裂巖體,其半孔率一般也能達(dá)到90%以上,大大減小了臨時(shí)支護(hù)的工作量,可推遲進(jìn)行系統(tǒng)支護(hù),避免了開(kāi)挖與支護(hù)上下交叉作業(yè)及支護(hù)對(duì)開(kāi)挖的影響,使得開(kāi)挖工期大大提前。

(3)雙聚能裝置聚能效果好,能量利用率高,半孔率高,成型效果好,超欠挖巖方少、保留巖體損傷小于常規(guī)預(yù)裂爆破,其技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益明顯,它在格里橋工程的成功應(yīng)用為該技術(shù)推廣積累了豐富經(jīng)驗(yàn),有非常廣闊的應(yīng)用前景。

(4)為了保證爆破質(zhì)量,充分發(fā)揮雙聚能預(yù)裂爆破的特點(diǎn),必須加強(qiáng)布孔、鉆孔、裝藥、爆破等的全過(guò)程質(zhì)量管理,否則將會(huì)造成嚴(yán)重的安全、質(zhì)量事故。