管芙蓉 王力軍

(1.湖北水總水利水電建設(shè)股份有限公司， 湖北 武漢 430034;2.湖北省漢江興隆水利樞紐管理局， 湖北 武漢 430062)

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巖基深窄齒槽爆破開挖技術(shù)在宜昌西北口水庫(kù)工程中的應(yīng)用

管芙蓉1王力軍2

(1.湖北水總水利水電建設(shè)股份有限公司， 湖北 武漢 430034;2.湖北省漢江興隆水利樞紐管理局， 湖北 武漢 430062)

巖基深窄齒槽開挖難度較大，爆破設(shè)計(jì)是其中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。本文主要從爆破設(shè)計(jì)方面出發(fā)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和施工要求，論述了如何進(jìn)行爆破方案選擇和數(shù)據(jù)計(jì)算，對(duì)爆破結(jié)果進(jìn)行分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)爆破方案和參數(shù)進(jìn)行反復(fù)調(diào)整，以達(dá)到工程施工前設(shè)定的要求。同時(shí)，對(duì)破碎深度臨界值進(jìn)行了探討。

深窄齒槽； 爆破開挖； 技術(shù)； 應(yīng)用

1 工程概況

宜昌市西北口水庫(kù)是中國(guó)第一座混凝土面板堆石壩水庫(kù)，位于宜昌市境內(nèi)黃柏河中游。工程由鋼筋混凝土面板堆石壩、右岸溢洪道、左岸泄洪洞、左岸發(fā)電兼防空洞和發(fā)電站五大建筑物組成。設(shè)計(jì)水位322.00m，總庫(kù)容2.10億m3，西北口水庫(kù)是一座以灌溉為主，兼有發(fā)電、防洪、攔沙、養(yǎng)殖等綜合利用的大型水庫(kù)。

該次應(yīng)急加固工程主要為左岸泄洪洞續(xù)建尾工工程，包括泄洪洞洞身底板混凝土、三段頂拱混凝土襯砌、出口挑流鼻坎和進(jìn)口導(dǎo)墻加高至設(shè)計(jì)高程等施工任務(wù)。施工項(xiàng)目多、工序復(fù)雜，各項(xiàng)目之間因工程自身?xiàng)l件相互干擾較大，且工期緊，要求在汛前完工。

2 開挖位置

齒槽開挖位于山腳凹陷處，緊靠泄洪洞出口底板，距管理局辦公樓和設(shè)備?？奎c(diǎn)大于100m。開挖面的表面有約0.80m厚巖石層被以往的爆破開挖炸裂，容易形成大塊，且難成形。地質(zhì)勘探挑流鼻坎基礎(chǔ)全部為灰?guī)r，層間走向基本水平，層厚60～80cm，節(jié)理裂隙發(fā)育一般。設(shè)計(jì)齒槽開口寬3.20m，底寬1.60m，開挖深度8m，外側(cè)邊坡90°，內(nèi)側(cè)邊坡1∶0.20，設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 齒槽開挖設(shè)計(jì)

3 開挖方案設(shè)計(jì)及施工

3.1 總體方案

開挖總方量約300m3。在工程施工進(jìn)度計(jì)劃中，齒槽開挖處于關(guān)鍵線路上。開挖施工需在圍堰防護(hù)下施工，圍堰一旦形成，必須立即開挖。在開挖及出渣設(shè)備選型方面，投入大型專用設(shè)備不僅在經(jīng)濟(jì)上不合理，而且大型設(shè)備安裝及拆除都占用較多時(shí)間，工期不允許。

結(jié)合工程的地質(zhì)情況和工程特點(diǎn)與要求，初步確定的施工方案是采用爆破方法自上而下分層開挖，水平分段爆破，人工手風(fēng)鉆鉆孔，淺孔松動(dòng)爆破。施工工序及方法是先在槽中間掏先鋒槽，然后向兩側(cè)擴(kuò)大開挖，人工配合風(fēng)鎬破碎較大塊徑石渣、人工裝渣手推車出渣，邊坡采用光爆配合風(fēng)鎬修邊。為配合手推車人工出渣，在爆破設(shè)計(jì)上應(yīng)保證爆破后的石渣粒徑能方便人工上料，但又不能因此對(duì)邊線產(chǎn)生破壞。

為提高施工速度，在施工過(guò)程中，還需根據(jù)每一次的實(shí)際爆破效果對(duì)爆破設(shè)計(jì)方案和參數(shù)不斷進(jìn)行調(diào)整，以求下層的爆破開挖達(dá)到更好的效果。

3.2 齒槽口開挖

3.2.1 爆破設(shè)計(jì)

對(duì)于齒槽開口的爆破方案選擇，在邊線控制方面需考慮對(duì)表層超挖的控制，第一次爆破設(shè)計(jì)時(shí)確定采用光面爆破加減震孔的方式進(jìn)行控制。結(jié)合總體方案，設(shè)計(jì)采用先鋒槽、松動(dòng)爆破、光爆孔控制邊線加邊線減震孔的方式。炮孔布置及起爆順序見圖2。

圖2 齒槽口開挖炮孔布置及起爆順序

各孔參數(shù)確定及裝藥量計(jì)算如下：

a.掏槽孔孔深為1.80m，排距0.50m，孔距0.60m，巖石級(jí)別13級(jí)，采用φ32防水乳化炸藥，按標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破計(jì)算，其炸藥單耗考慮在松動(dòng)爆破用藥量的基礎(chǔ)上增加1/3，取0.73kg/m3。單孔裝藥量=0.73×0.50×0.60×1.80=0.39kg。

b.松動(dòng)爆破孔(主爆孔)兩排，淺于掏槽孔，孔深為1.6m，孔距0.80m，炸藥單耗0.55kg/m3，其單孔裝藥量=0.55×0.80×0.60×1.60=0.42kg?？紤]到主爆孔距開口邊線較近，為防止對(duì)基巖表面造成破壞，其用藥量在此理論計(jì)算量的基礎(chǔ)上略有減少。

c.光爆孔孔距0.50m，孔深同松動(dòng)爆破孔深為1.60m。松動(dòng)爆破后，光爆的最小抵抗線約0.20m，炸藥單耗為0.25kg/m3，則線裝藥密度為Qx=0.25×0.50×0.20=0.025kg/m。

d.減震孔與光爆孔布置于同一條線上，兼作邊線控制孔，孔距0.50m，孔深為光爆孔的2/3。

e.起爆網(wǎng)絡(luò)采用電雷管串并聯(lián)起爆，孔間微差，電力起爆，光爆采用主導(dǎo)爆索引爆各孔孔口支導(dǎo)爆索，火花起爆。起爆順序見圖2。

3.2.2 鉆孔施工方法

鉆孔采用五臺(tái)手風(fēng)鉆同時(shí)鉆孔，孔徑42mm。外側(cè)垂直邊坡比較好控制，直接靠作業(yè)人員觀測(cè)控制。內(nèi)側(cè)1∶0.20邊坡用手風(fēng)鉆不好控制，采用垂直孔成階梯狀接近，鉆孔時(shí)可稍向槽內(nèi)傾斜。

3.2.3 開挖效果及改進(jìn)

按以上計(jì)算參數(shù)進(jìn)行開挖，施工后的實(shí)際效果基本達(dá)到預(yù)期要求，槽身兩邊尺寸控制得很好，但存在以下兩個(gè)問(wèn)題：?在開口表面有超挖現(xiàn)象；?預(yù)期開挖深度為1.30m,實(shí)際開挖深度為1m。對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題的原因分析及改進(jìn)方法如下：

a.開口表面有超挖。造成開口表面超挖原因主要是表層巖石的表面無(wú)約束，爆破抬動(dòng)了開口線以外的巖石。改進(jìn)方法是在巖基上開口時(shí)，減少主爆孔的用藥量，同時(shí)將開口邊線由光爆加減震孔組合的方式改為預(yù)裂爆破以消除爆破時(shí)對(duì)開口線外巖石的抬動(dòng)。

b.開挖深度沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果。造成開挖深度沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果的原因可能有兩個(gè)：?槽身過(guò)窄，在僅有一個(gè)向上臨空面的情況下，炮孔下段的巖石會(huì)因深度增加而造成向上的位移越來(lái)越小，在一個(gè)臨界深度以下時(shí)，巖石向上的位移基本等于零，僅僅只受到爆破氣體的擠壓作用但因無(wú)位移空間造成無(wú)法打破巖石分子鏈，即在臨界深度以下時(shí)巖石基本無(wú)破碎，這個(gè)結(jié)果還可能因?yàn)榇嬖诓糠制扑椴煌耆膸r石而對(duì)下一次的鉆孔造成困難；?用藥量不夠，改進(jìn)方法是爆破設(shè)計(jì)深度以臨界值為準(zhǔn)、加大底部用藥量，重新調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)。

3.3 槽身開挖

根據(jù)以上分析，設(shè)計(jì)調(diào)整思路后，齒槽口以下槽身開挖炮孔布置及起爆順序設(shè)計(jì)見圖3。

圖3 槽身開挖炮孔布置及起爆順序

爆破參數(shù)重新設(shè)計(jì)并計(jì)算后見下表。

槽身開挖爆破設(shè)計(jì)參數(shù)表

邊線控制仍然采用光爆方式。

爆破后，清渣采用人工裝手推車，可旋轉(zhuǎn)卷?yè)P(yáng)機(jī)起吊至槽口以上，推運(yùn)至附近，集中用反鏟清挖裝自卸車。槽底部松動(dòng)巖石采用風(fēng)鎬撬挖，注意松動(dòng)部分應(yīng)撬挖干凈，否則會(huì)對(duì)下一層的風(fēng)鉆鉆孔造成施工困難。

盡管每一層的鉆孔孔深降至1.30m，但每一層爆破后的實(shí)際開挖深度基本穩(wěn)定在0.50～0.60m，加大藥量無(wú)明顯效果，與原因分析中的第一條比較相符，說(shuō)明了破碎深度臨界值存在的可能性，但需要進(jìn)一步論證。

3.4 出渣

齒槽開挖出渣為垂直上升出渣，出渣速度直接影響到開挖的進(jìn)度，因此出渣方式的選擇相當(dāng)關(guān)鍵。第一層采用挖掘機(jī)出渣后，以后各層因齒槽寬度及邊坡坡度原因，已不可能再采用挖掘機(jī)出渣。實(shí)際出渣采用的是兩臺(tái)自制的可旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)扒桿，人工裝手推車、扒桿吊手推車出基坑、人工推運(yùn)至附近、裝載機(jī)裝渣并由自卸汽車運(yùn)至棄渣地點(diǎn)。

3.5 第二次改進(jìn)

實(shí)際施工時(shí)，為利于人工清渣，主爆孔的裝藥量按標(biāo)準(zhǔn)拋擲爆破計(jì)算，即在上述數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上增加1/3，其他孔的裝藥量不變。

在開挖過(guò)程中，隨著槽身寬度逐漸變窄，開挖越來(lái)越困難，在最后2m深段采用預(yù)留垂直邊坡保護(hù)層方式，即每次開挖層只爆破掏槽孔和主爆孔，上一層的保護(hù)層采用光爆方式開挖，與本層同時(shí)爆破，保護(hù)層的光爆孔深入下一層一定深度。

開挖后的效果見圖4。

圖4 齒槽開挖成形

3.6 爆破安全措施

工程采用了微差爆破法，盡量分散一次起爆藥量，并盡可能多地利用臨空面，嚴(yán)格控制爆破振動(dòng)效應(yīng)對(duì)泄洪洞出口及山體邊坡的影響。合理布置好孔排、間距、起爆順序，使炮孔充分利用，嚴(yán)格控制爆破飛石不超過(guò)50m。對(duì)鄰近重要設(shè)施進(jìn)行掩體覆蓋，避免爆破作業(yè)對(duì)其影響。嚴(yán)格按《爆破安全規(guī)程》操作執(zhí)行，確保爆破施工安全完成。

4 經(jīng)驗(yàn)及總結(jié)

在不能采用專用施工設(shè)備情況下，要順利完成巖基上的深窄齒槽開挖，關(guān)鍵在于爆破設(shè)計(jì)及實(shí)施方案的選擇。在項(xiàng)目實(shí)施中，先后對(duì)爆破方案和參數(shù)進(jìn)行兩次修正調(diào)整，較好地控制了開挖尺寸，爆破效果也符合人工配合手推車出渣的要求，質(zhì)量和工期均滿足了合同要求。對(duì)于該工程施工，總結(jié)以下幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：

a.在開口表面巖石有裂縫情況下，為避免超挖，宜采用預(yù)裂爆破以消除爆破對(duì)開口線外巖石的抬動(dòng)。

b.在施工過(guò)程中，可以利用較多的臨空面、傾斜孔，把最大段單響藥量控制到最小，使爆破振動(dòng)效應(yīng)得到有效控制，并消除對(duì)周邊建筑物和山體的影響。

c.鉆孔及出渣是控制工期的關(guān)鍵，淺孔更有利于鉆孔速度，一次的爆破方量對(duì)出渣速度并無(wú)影響。

d.一般情況下，同一層光爆孔與主爆孔是同一次爆破，但在該項(xiàng)目中，這種方法效果不理想。其原因是開挖面狹窄，主爆孔起爆后，石渣仍堆積在原處，光爆的臨空面不好。實(shí)際施工中，將上一層的光爆孔深入下一層一定深度，充分利用其主爆孔造成的臨空面，可以較好地控制開挖邊坡線并加快施工進(jìn)度。

e.因爆破設(shè)計(jì)以開挖邊線外巖石不受損為前提條件，故破碎深度臨界值與槽寬成正比，爆破最大單層設(shè)計(jì)進(jìn)尺深度應(yīng)以此為依據(jù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

在整個(gè)爆破開挖過(guò)程中，由于孔、排距、起爆順序合理，爆破方案得當(dāng)，爆破效果完全符合人工配合手推車出渣要求。項(xiàng)目施工自開挖至混凝土開倉(cāng)，前后總共耗時(shí)18d，質(zhì)量及進(jìn)度均達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，并保證了施工安全。

[1] 張正宇.現(xiàn)代水利水電工程爆破[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2003.

[2] 紀(jì)云生，康世榮，陳東山,等.水利水電施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè) 第二卷：施工技術(shù)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1997.

Application of batholith deep narrow tooth groove blasting excavation technology in Yichang Xibeikou Reservoir Project

GUAN Furong1, WANG Lijun2

(1. Hubei Shuizong Water Resources and Hydropower Construction Co., Ltd., Wuhan 430034, China;2.HubeiHanjiangXinglongWaterConservancyProjectHubManagementBureau,Wuhan430062,China)

Batholith deep narrow tooth groove has high excavation difficulty, and blasting design is one of the most important links. In the paper, how to select blasting plan, calculate data and analyze blasting results according to site condition and construction requirements are discussed mainly from the aspects of blasting design. Blasting plan and parameter data are repeatedly adjusted according to analysis results, thereby reaching the requirements set before project construction. Meanwhile, breaking depth critical value is discussed.

deep narrow tooth groove; blasting excavation; technology; application

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.12.002

TV542

B

1005-4774(2016)12- 0006- 04