張 維 春， 梁 小 陽， 張 浩

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

某水電站位于四川省甘孜州雅江縣境內(nèi)的雅礱江干流上，為雅礱江中下游的“龍頭”水庫。電站的開發(fā)任務(wù)為以發(fā)電為主、兼顧長江中下游防洪任務(wù)和改善枯水期航運條件，電站裝機容量為3 000 MW(6×500 MW)，多年平均年發(fā)電量110.62億kW·h，大壩壩高295 m，為礫石土心墻堆石壩，壩體所需堆石料、反濾料、過渡料共計約3 000萬m3。

電站修建所需砂石骨料的原料主要來自瓦支溝石料場，料場分布高程為3 250～2 800 m，最大開挖坡高450 m，高程3 000～3 250 m的坡比為1∶0.3。料場地處高原，每級開挖梯段垂直高度為25 m，每級開挖梯段均需進行大量的錨桿及預(yù)應(yīng)力錨索施工。

瓦支溝料場地處高原寒冷地區(qū)，料場邊坡為永久外露邊坡，其預(yù)裂開挖質(zhì)量直接影響到工程的形象面貌，因此，對預(yù)裂開挖永久外露面的外觀質(zhì)量要求較高，須預(yù)裂爆破一次成型。料場巖石以砂板巖為主，抗壓強度較高，料場巖石的烘干抗壓強度最高達到177.22 MPa，烘干強度最低為96.49 MPa[1]。瓦支溝石料場巖石抗壓強度見表1。

表1 瓦支溝石料場巖石抗壓強度表

因該料場地處山區(qū)，地形復(fù)雜，道路交通極其不便，料場邊坡的預(yù)應(yīng)力錨索、錨桿等的施工與預(yù)裂爆破作業(yè)存在一定程度的交叉作業(yè)情況，所存在的安全隱患亦為邊坡開挖成型增加了一定難度。在高原、高陡邊坡、超深孔、巖石強度高等條件下施工如何保證開挖質(zhì)量是一個難點。

2 邊坡開挖技術(shù)方法的確定

根據(jù)長河壩水電站料場開挖以及該水電站大壩左/右岸壩肩開挖的經(jīng)驗，結(jié)合瓦支溝石料場的各項指標(biāo)及特點，現(xiàn)場管理人員及技術(shù)人員總結(jié)出一套在施工機械設(shè)備、施工所用材料、造孔、裝藥、爆破網(wǎng)絡(luò)、爆破振動等方面適合于瓦支溝石料場開挖的施工技術(shù)方法。

2.1 機械設(shè)備及材料的選取

(1)預(yù)裂孔造孔設(shè)備采用100B潛孔鉆，空氣壓縮機選用中風(fēng)壓(10～16 MPa)，每臺100B潛孔鉆按10 m3/min的風(fēng)量配置，以保證供風(fēng)量及供風(fēng)壓力滿足100B潛孔鉆在超深孔鉆進條件下的工作需求。

(2)在超深預(yù)裂孔造孔鉆進到位后，孔內(nèi)殘留的渣滓難以沖洗干凈而導(dǎo)致預(yù)裂深度不足、欠挖嚴(yán)重，對此，技術(shù)人員通過一種實用新型發(fā)明《一種預(yù)裂孔簡易快速洗孔裝置》(圖1)與料場錨索施工的高風(fēng)壓空氣壓縮機或100B潛孔鉆使用的中風(fēng)壓空氣壓縮機進行連接，針對部分掃孔不徹底的預(yù)裂孔再次進行掃孔，將孔內(nèi)的渣滓清掃干凈，保證了預(yù)裂孔深度。

圖1 預(yù)裂孔簡易快速洗孔裝置示意圖

(3)施工過程中，采用自制的(安裝角鋼和鉛墜)大量角器(圖2)測量孔斜以提高孔斜的測量精度；采用自制的大量角器對坡度儀進行校準(zhǔn)并固定讀數(shù)后的坡度儀進行使用(圖3)。

圖2 自制大量角器

圖3 校準(zhǔn)固定讀數(shù)后的坡度儀

(4)對用于預(yù)裂孔造孔樣架的鋼管進行篩選，剔除變形彎曲及物理性能差的：彈性模量小于2.06×105 N/mm2，抗彎強度小于205 N/mm2的鋼管，保證了預(yù)裂樣架的穩(wěn)定、牢固以及角度的精準(zhǔn)[2]。

2.2 預(yù)裂孔造孔方法的確定

在預(yù)裂孔造孔過程中，為確保終孔時鉆孔質(zhì)量符合設(shè)計要求，其合格率至少應(yīng)達到98%，不出現(xiàn)兩孔交叉等現(xiàn)象，在總結(jié)了已施工的預(yù)裂孔后采取了以下方法進行預(yù)裂孔施工：

(1)造孔施工前，首先對開挖平臺進行整平使其大面平整，開挖馬道上施工兩排插筋(Φ28，L=0.8 m入巖0.5 m)，將鋼管架固定在插筋上，鋼管架間距為0.8 m與預(yù)裂孔間距一致，盡可能地將100B鉆機安裝在有鋼管斜支撐的地方作業(yè)，以降低100B鉆機作業(yè)時的抖動；利用測量儀器測放孔位，并將孔位點在水平鋼管架上用膠帶進行標(biāo)記。

(2)預(yù)裂孔采用“五步校鉆”法鉆孔：

①樣架搭設(shè)完畢，及時進行角度、位置校核；

②架鉆過程及結(jié)束后及時進行角度、位置校核；

③開鉆前對鉆機角度、開孔位置進行校核；

④開鉆0.3 m后對鉆機角度進行校核；

⑤開鉆1 m后對鉆機角度進行校核。

2.3 爆破參數(shù)的設(shè)計

(1)預(yù)裂爆破的主爆孔及緩沖孔采用CM351、T35、T40高風(fēng)壓鉆機造孔；緩沖孔間距為2.1 m,排距離預(yù)裂孔2 m，孔徑為90 mm；主爆孔間距4.2 m，排距3.6 m，孔徑為115 mm；主爆孔及緩沖孔均采用φ70乳化炸藥連續(xù)裝藥，炸藥采用人工裝填，木(竹)棍搗實，巖屑或黏土堵塞，裝藥按單耗炸藥量0.5～0.6 kg/m3控制。

(2)預(yù)裂孔孔距為0.8 m，孔徑90 mm，采用φ32乳化炸藥、孔底2倍加強裝藥，孔口1 m用炮泥堵塞或巖粉作為充填物，預(yù)裂孔線裝藥密度為325～425 g/m(結(jié)合上一茬炮情況以及本次地質(zhì)情況預(yù)報、現(xiàn)場查看情況、預(yù)裂孔線裝藥密度進行動態(tài)調(diào)整)[3]。

2.4 爆破振動速度的控制

根據(jù)規(guī)范及參建各方的要求，需將錨索施工進度與開挖面高差控制在25 m左右。因此，爆破時的振動速度控制尤為重要。根據(jù)規(guī)范要求的爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)，混凝土及錨索施工后7 d以內(nèi)其爆破振動速度不能大于5 cm/s，混凝土及錨索施工后大于7 d的爆破振動速度不能大于10 cm/s；結(jié)合料場施工的實際情況進行綜合考慮后最終確定：料場后邊坡混凝土澆筑及預(yù)應(yīng)力錨索灌漿及張拉作業(yè)50 m范圍內(nèi)7 d以內(nèi)不得進行爆破，7 d以后的爆破振動速度不大于7 cm/s[4]。

為降低爆破振動速度，通過一系列的監(jiān)測及試驗得出最大單響藥量及爆破距離對爆破振動速度的影響關(guān)系(表2)。

表2 料場預(yù)裂爆破振動監(jiān)測成果表

通過計算及討論確定：將預(yù)裂爆破的單響藥量控制在34 kg以內(nèi)，距離料場邊坡50 m以內(nèi)的單響藥量控制在200 kg及以下；距離料場邊坡50 m以外的單響藥量控制在300 kg及以下。

2.5 起爆網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計

起爆網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計必須保證梯段爆破臨近坡面的最大單段起爆藥量符合要求，起爆后巖體在排間和孔間充分碰撞、擠壓；保持粒徑和級配滿足相關(guān)要求。排間微差延時分段，多創(chuàng)造瞬時臨空面以提高爆破效果。為減少振動，采用了毫秒微差網(wǎng)絡(luò)起爆。采用排間分段的方法控制最大單響起爆藥量，以確保邊坡和新噴錨支護區(qū)的安全并控制飛石，減少開挖部位之間、開挖和其他工序之間的影響。

采用“V”形網(wǎng)絡(luò)起爆，排間用MS7和MS9雷管連接，起爆的時間間隔為110 ms，孔內(nèi)統(tǒng)一裝MS11或MS13雷管起爆。緩沖孔采用導(dǎo)爆索傳爆，起爆網(wǎng)絡(luò)與主爆孔一起采用非電毫秒導(dǎo)爆管引爆聯(lián)網(wǎng)、電力起爆方式、電雷管引爆、起爆器起爆。

2.6 輔助措施

對每次預(yù)裂爆破進行總結(jié)，結(jié)合地質(zhì)條件、現(xiàn)狀等情況，對下一次預(yù)裂爆破的裝藥參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，設(shè)計出最優(yōu)爆破參數(shù)進行施工。

3 效果檢測

為驗證瓦支溝石料場預(yù)裂爆破的各項技術(shù)措施的有效性，我們對實施措施后的7次預(yù)裂爆破后的平整度及半孔率進行了檢查統(tǒng)計，平整度合格率最低為94.8%，最高為97%；半孔率最低為87.7%，最高為93.3%(表3)[5]。料場后邊坡開挖效果見圖4。

表3 平整度及半孔率檢查表

圖4 料場后邊坡開挖效果

4 結(jié) 語

通過對瓦支溝石料場地質(zhì)條件、環(huán)境等各種因素進行分析，采用選擇合理的材料、設(shè)備、施工方法及爆破參數(shù)等措施進行施工以達到開挖的各項要求及指標(biāo)，有效地保證了邊坡預(yù)裂爆破質(zhì)量，施工進度、成本、安全等受控并符合標(biāo)準(zhǔn)。

料場后續(xù)多次預(yù)裂爆破開挖的整體效果均較好，預(yù)裂成型的輪廓規(guī)則，邊坡平整度及超欠挖符合要求，半孔率高，振動速率均在規(guī)定范圍內(nèi)，由此可見，所采取的各項施工措施可行有效。