某水库工程施工中料场坝料开采及爆破设计分析

李 松

(贵州水利实业有限公司，贵阳550002)

0 引言

某水库主要建筑物由混凝土面板堆石坝、溢洪道及引水遂洞等组成。面板堆石坝坝顶高程850.8 m，最大坝高68.8 m，坝顶设计长155 m，实际长165 m，坝顶宽7.4 m，上游坝坡1∶1.4;下游坝坡在802.33 m与826.8 m两处分别设置宽3 m的马道，干砌石坝坡1∶1.3，综合坝坡1∶1.4。由上游至下游分别为盖重及铺盖区、0.45 m厚混凝土面板、水平宽4 m垫层区、水平宽4 m过渡区、主堆石区、主堆石排水区、次堆石区及0.4 m厚干砌石护坡。溢洪道布置在左岸，为闸控开敞式，堰顶高程843.00 m，溢流堰净宽30 m，设计最大下泄流量567 m3/s，设3扇10 m×5 m(b×h)弧形工作闸门，泄槽宽34 m，消能方式为挑流消能。

1 土石方开挖工程

大坝右岸趾板以上边坡设计开挖坡度1∶0.2～0.3，左岸趾板以上边坡原设计1∶0.3，后因不良地质因素调为1∶0.75。

大坝土石方开挖分为左、右岸坡，趾板区及河床基础开挖。

1.1 左、右岸坡开挖

左坝肩开挖量大，但地形相对较缓，易于布置便道，开挖时在上下游中部各开设一条临时出渣便道，便道上部石渣可直接装车运至弃渣场或存料场，便道下部采用挖掘机甩至河床后再装车运走。

右岸由于地形较陡，坝顶850.8 m高程以上边坡利用下游侧上坝公路出渣;而坝顶850.8 m以下岸坡较陡，近似90°的直壁陡岩，局部还存在悬岩，开挖难度较大。因受地形限制无法开设出渣便道进入开挖区，为减少甩方量，同时避免造成二次削坡，开挖时要求一次成型，因爆破临空面较好，大量石碴可直接抛至河床，少量石碴再利用挖掘机甩至河床后装车运走。

因岸坡石方部分须用于坝体填筑，在进行爆破设计时除考虑边坡爆破质量外，还须对石料的爆破块度进行控制，防止超径量过大，增加二次解小工作量［1］。因岸坡爆破要求一次成型，在对地形地质条件分析后，决定对设计边坡线采用预裂爆破、开挖体采用梯段爆破、并从外至里依次延时起爆的爆破方案。以每个台阶(10 m)作为一爆破作业区，采用φ50潜孔钻造孔，梯段孔布置3排主炮孔与1排缓冲炮孔，预裂孔按设计坡度沿开挖边线布置。爆破参数为:预裂孔孔距0.6 m，线装药量0.2 kg/m;梯段孔主炮孔孔距4 m，排距3 m，堵塞长度2.5 m，单位耗药量0.6 kg/m3，缓冲孔孔距2 m，排距2 m，堵塞长度1.5 m，单位耗药量0.5 kg/m3。经对爆破成型边坡进行检查均能满足质量要求。

1.2 趾板区开挖

趾板区采用分层开挖方式。紧邻趾板建基面时，预留约1.5 m的保护层采取密孔、浅孔、少药量的松动爆破，爆破预留约20 cm采用风镐人工撬挖至设计建基面，并将松动岩块及石碴清除干净。但因趾板区受溶洞、溶槽、裂隙、强风化等不良地质条件的影响，大面积存在超挖。

1.3 河床基础开挖

进入河床开挖时，先用挖掘机将表层覆盖土、松碴等清除，再采用预留保护层的分层梯段爆破法开挖。其梯段爆破参数与岸坡开挖相同。

整个坝基经爆破开挖后，松动岩块、石碴、杂物等全部清除干净，无尖角、薄边、反坡等;受泥槽、溶洞、软弱破碎及强风化等不良地质条件影响部份均按设计、监理要求进行了清除。

2 料场坝料开采及爆破设计

2.1 1#、2#料场坝料开采及爆破设计

采用梯段爆破进行开采。先用手风钻爆破形成台阶后，便开始进行潜孔钻爆破作业，爆破顺序自上而下，由里至外，其炮孔剖面图见图1、爆破参数见表1。

图1 主、次堆石料爆破布孔剖面图

表1 坝体填料爆破参数表

起爆采用“V”型起爆方式。由于段数多，为避免可能出现的“串段”或“重段”现象，均采用孔内延时接力传爆，孔外用电雷管连接，孔内用1～12段雷管延时起爆，排与排之间时间差控制在50 ms左右。“V”型起爆的特点是更能加强岩块之间的碰撞程度，从而获得级配较好的石料。垫层料采用新鲜灰岩轧制成粒径80～100 mm的碎石与灰岩轧制的人工砂(细度模数3.0)进行掺配，比例为碎石60%，人工砂40%，用装载机掺配均匀;特殊垫层料为粒径＜40 mm的碎石掺配45%的人工砂而得。

2.2 3#料场坝料开采及爆破设计

因1#料场无用层较厚，开采工作量较大，供料紧张，为确保安全渡汛，经各方研究，决定另开辟3#料场。经对料场地形地质条件进行分析，并结合供料量及相邻建筑物安全进行考虑，最终决定采用洞室爆破方案［2-3］。

2.2.1 药仓布置

根据山体地形条件，设计布置3排药仓，抵抗线6.3～14.8 m，根据前排地形的变化情况布置一排抵抗线从6.3～10 m不等的集中药包作为辅助，由于大块率主要发生在有前排药包和坡面表层孤石，因此，设计时将前排药包密集系数调整到1，埋深比控制在0.7～0.9。考虑到顶部的破碎度，计划在顶部布置2个竖井。

2.2.2 爆破参数设计

1)根据料场地质情况，确定炸药的标准单耗为1.44 kg/m3。

2)通过综合山体的坡度、抛距、石料级配要求等情况，将n值确定为0.58～0.9。

3)药量计算公式(鲍式公式)，即集中药包(鲍式公式)计算公式为:

式中:e为炸药换算系数，m;W为最小抵抗线，m;L为药室长度，m。

4)爆破漏斗几何要数

压缩圈半径计算公式为:

式中:μ取10，Δ取850kg/m3。

上破裂半径计算公式为:

式中:β值取1.016。

下破裂半径计算公式为:

药包间距计算公式为:

式中:W1、W2为相临两药包的最小抵抗线。

爆破参数计算值见表2。

表2 洞室爆破参数计算值

2.2.3 药室、导洞开挖设计

根据主要药包位置布置1条主洞，6条支洞，导洞横断面设计为底宽1.4 m，顶宽0.8 m，高1.6 m的梯形断面，断面面积1.65 m2，药室扩大系数取1.3，装药密度850 kg/m3，因此药室的横断面设计成1.5m×1.5m×1.5m。

主洞最长开挖长度35m，整个洞室设计开挖总

长度220 m。

2.2.4 装药、堵塞及起爆网络设计

爆破设计采用复式塑料导爆管与非电导爆索起爆网络，非电延时起爆雷管直接装入起爆药中，导爆管牵入主洞中，然后用导爆索串联成回路，在洞口引出两个传爆线头，洞外用电雷管起爆，前后排药包的起爆时差≥100 ms，同排相邻药包之间时差≥50 ms。特别应注意的是，在回填堵塞中，起爆网络应沿着洞壁上方铺设，避免施工中损坏网络。

装药方式:先在药室里装50%铵锑炸药，再小心放入起爆体，在起爆体周围用剩余的50%锑炸药将其包围起来。

堵塞方式:堵塞物主要用旧纺织袋装土沙混合物进行堵塞，如采用全堵塞方式，对爆破效果和防止飞石无疑是有利的，但会占用大量劳动力及工作时间，还会对起爆网络造成破坏，易造成瞎炮、早爆等危害，因此，采用部分堵塞方式，即支洞全堵塞，主洞堵塞≥6 m的方式，实践证明该堵塞方式能达到设计要求，设计堵塞总长度共100 m。

3 结语

目前，各地大型工程项目不断，而爆破作为一种比较常见、实用的工程技术，在工程施工中的应用十分频繁，因而，提高爆破设计方案的安全性与科学性十分重要。本文以某水库的坝料开采以及爆破施工设计为实例，具体探讨了水库工程中的坝料开采以及爆破设计方案。但是，爆破设计方案受到许多因素的影响，在实际设计时要对各方面因素进行综合性考虑，确保方案的可行。同时在爆破施工中也要注意采取相应的安全措施，保证施工人员的安全。

［1］李志鑫，张保胜，于秀明.柏叶口水库混凝土面板堆石坝坝料填筑碾压试验［J］.山西水利科技，2011(03):37-38.

［2］楚艳春.安康黄石滩水库筑坝材料设计［J］.西北水力发电，2005，21(z1):37-39.

［3］吴利平.九甸峡水利枢纽工程筑坝材料特性研究［J］.甘肃水利水电技术，2010(03):66-67.