山口岩灌浆排水平洞加深爆破对大坝安全影响分析

李圣凡，杨 阳，马玉良

(1．江西省萍乡市水利水电勘察设计院，江西萍乡 337000;2．江西省水利规划设计院，江西南昌 330029;3．江西省萍乡市水务局，江西萍乡 337000)

0 引言

山口岩水利枢纽工程是一座具有供水、防洪、灌溉、发电等综合利用的大型水利工程。库容1．051 6×108m3，平均日供水量 20 ×104m3，灌溉面积 0．67 ×104hm2，电站装机容量12 MW。拦河坝为碾压混凝土双曲拱坝，坝顶长268．23 m，最大坝高99．1 m。

山口岩水利枢纽工程区域地质构造背景复杂，坝址软弱夹层、层间滑动带、断层和卸荷裂隙发育，岩体破碎，层间滑动带和断层主滑面普遍存在构造泥及糜棱岩。坝基相对透水带分布较厚，透水性相对较大，存在渗漏及渗透稳定问题。为保证防渗帷幕质量及降低坝肩渗透水压力，在左右坝肩布置了七条灌浆排水平洞，其中在右坝肩的 163．0 m、195．0 m、220．0 m 及247．6 m高程设置了四条灌浆排水平洞。受右坝肩卸荷裂隙形成的不稳定岩体威胁和超常山洪影响，以及交通条件制约，右坝肩220．0 m高程灌浆排水平洞洞底欠挖，拟调整到后期实施。由于右坝肩建基面坡度很陡，开挖边坡稳定性差，大坝浇筑与施工洪水争夺等矛盾，难以及时对右坝肩220．0 m高程灌浆排水平洞继续开挖，现利用大坝高温停筑期进行开挖。目前坝体混凝土已经浇筑至206 m高程，距待开挖的右坝肩220．0 m高程灌浆排水平洞仅14 m高差，考虑平洞开挖爆破对坝体的不利影响，需对爆破安全性进行评价［1，2］。

1 地质概况

1．1 地形条件

坝址右岸山体雄厚，基岩裸露，岸坡坡角35°～40°，局部陡立，建基面开挖坡度 60°～70°。

1．2 水文条件

坝址以上流域面积230 km2，主河长28．7 km，流域平均宽度8．01 km，主河道平均比降14．8‰。属亚热带季风气候区，气候温暖，四季分明，降水充沛，日照时间长。受季风影响，每年4月—6月，冷暖气流持续交绥于长江中下游一带，形成大范围的降水。该时期也是本流域降水量最多的季节，加之地形影响，往往产生较大暴雨，引发洪水灾害及坝肩滑坡次生地质灾害，对坝基开挖及坝体施工带来极大影响。

1．3 右坝肩岩体结构特征

右坝肩分布石炭系碎屑岩，呈单斜倾向下游，倾角60°左右，存在煤线、薄层粉砂岩，层间错动带等软弱夹层，层面节理、F13断层、顺坡卸荷裂隙等软弱结构面。属多软弱结构面的厚层状微风化岩体，软弱结构面工程特性为:

1．3．1 煤线

为顺岩层方向产出，产状为 N38°～50°E/NW∠35°～42°。煤线厚度一般为 0．05 ～0．25 m，最厚达0．8 m，一般以香肠状分布，局部呈鸡窝状产出。煤线抗剪强度，f'=0．32 ～0．35，c'=0．04 MPa。

1．3．2 薄层粉砂岩

薄层粉砂岩层厚1～40 mm，劈理发育，岩石极破碎。薄层粉砂岩抗剪强度，f'=0．65 ～0．70，c'=0．45 ～0．50 MPa

1．3．3 层间错动带

在砂岩、粉砂岩、煤层中均有分布，煤层均为层间错动带。层间错动带抗剪强度，f'=0．32～0．35，c'=0．04 MPa。

1．3．4 层面节理

走向N50°～85°E，倾向 NW 或 SE，倾角为50°～85°，这组节理裂隙，延伸不长，裂面粗糙不平，个别的裂面上见有阶步，铁锰质铁锰质渲染，呈微张—闭合状，张性。在砾岩、砂岩、粉砂岩均有发育，发育密度和强度依次加剧，在薄层粉砂岩中极发育。层面节理抗剪强度，f'=0．35 ～0．38，c'=0．10 MPa。

1．3．5 剪节理

走向N50°～75°W，该组节理裂隙主要倾向SW，少许倾向NE。倾向SW者，倾角多为55°～70°，发育频率4～5条/m，较发育，延伸较长，裂隙多呈平直粗糙，面上见铁、锰质薄膜或渲染，少数裂隙壁见轻蚀变现象，多呈闭合—微张状，为剪性，少量为张开状，张开0．3～3．0 cm，次生泥充填，裂隙壁蚀变较严重，张性。为地应力导致岩体破裂的X形节理。剪节理抗剪强度，f'=0．40 ～0．45，c'=0．12 MPa。

1．3．6 F13断层

横向河谷，贯穿坝基，倾向下游，倾角49°～66°，断层带宽0．6～4．0 m，断层有角砾岩、碎裂岩、片状岩、糜棱岩、断层泥等，段曾经多次地质构造活动变形，早期断层岩有所胶结，属于偏中硬岩的软岩;后期断层岩无胶结，属于软岩。其力学性质较差。F13断层抗剪强度，f'=0．41 ～0．45，c'=0．05 MPa

1．3．7 顺坡卸荷裂隙

其产状为 N72°W/SW∠55°，与岸坡走向基本相同，多沿山坡分布，倾角陡，张开的宽度0．2～1．0 cm，充填次生泥及少量的碎屑，裂面粗糙度为波状粗糙，局部见有平直光滑。抗力体均有分布，多追踪顺河向的陡倾角剪节理发育演化而成，发育深度在垂直坡向的5～20 m。顺坡卸荷裂隙抗剪强度，f'=0．32 ～0．35，c'=0。

2 洞挖方法的确定

灌浆排水平洞被开挖岩石为微风化砂岩，属坚硬岩石(Ⅲ类)。层面节理稍发育，属较完整岩体。为此开挖方式拟采用光面爆破，全断面一次开挖成型的钻爆法。工作面周边钻孔使用小直径光爆炸药，炮孔间距45～55 cm，间隔装药，乳化炸药规格32 ×200，装填系数0．7～0．85，电毫秒导爆管雷管引爆导爆索，通过导爆索传爆起爆炸药，孔口用炮泥堵塞。炮孔痕迹在开挖轮廓面上均匀分布，炮孔痕迹保存率达到80%以上，保证开挖面与设计轮廓线一致，径向超挖值和开挖岩面的起伏差均＜200 mm，平均＜100 mm。围岩中要求没有明显震动裂隙和欠挖。起爆顺序先掏槽孔，再辅助孔，辅助孔起爆后再起爆周边孔，底孔最后起爆。

3 爆破设计［3］

3．1 炮孔数目

炮孔数目的多少直接影响每一循环凿岩工作量、爆破效果、循环进尺、隧洞成型的好坏。暂按下式计算炮孔数目，在施工中，根据具体情况再作调整，以达到最佳效果。炮孔数目按下式计算:

表1 隧洞开挖爆破参数及振动速度计算表Table 1 Calculation table of blasting parameters and vibration velocity in tunnel excavation

式中:q——炸药单耗量，取 =1．9 kg/m3;s——开挖面积，s=15．14 m2;r——每米长度炸药的药量，2 号岩石乳化炸药 r=1．0 kg/m;η——炮孔装药系数，取 η =0．7。

经计算，N=41，光面爆破需多增加周边孔15个，共计56个。

3．2 单个炮孔装药量

按公式(2)进行计算

式中:Q——单个炮孔装药量;η——炮孔装药系数，取η =0．7;L——钻孔深，L=1．3 m;r——每米长度炸药药量，r=1．0 kg/m。

经计算，掏槽孔装药量 Q1=0．91取 Q1=0．8 kg。辅助孔装药量 Q2=0．7 kg，取 Q2=0．6 kg。

3．3 光面爆破参数

针对Ⅲ类岩石初选爆破参数为周边孔间距a=(15～10)d=(15～10)×50=750～500(mm);不耦合系数为2．0;线装药密度为250 kg/m;最小抵抗线W=700 mm。

4 爆破试验及其安全性评价

根据爆破设计确定的爆孔数目、单孔装药量和光爆参数，选择合适场地进行了爆破试验，并通过波速仪接收爆破振动速度。经试验测定，爆破振动速度均在计算值 4．25～6．66 cm/s之内。《爆破安全规程》(GB6722—2003)和水利行业标准《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》(SL47—94)(第3．7．1条及附录C)新浇筑大体积混凝土(7-28d)基础面上的安全质点振动速度要求范围为5．0～7．0 cm/s。计算结果和试验测定结果表明，爆破质点计算振动安全允许速度满足国家规范要求，因此右坝肩220灌浆排水平洞开挖采用全断面一次开挖成型的光面钻爆法是安全可行的。

［1］ 何丽华，杨溢，庙延刚，王国华．浅析爆破工程安全评价［J］．云南冶金，2007，36(2):17 －21．

［2］ 张云鹏，于亚伦．爆破工程安全评价初探［J］．工程爆破，2004，10(4):82－84．

［3］ 翟旭东，彭立敏，吴涛，李兴龙．城市浅埋隧道工程爆破震动效应与安全评价［J］．安全与环境工程，2009，16(1):92 －94．