岩滩水电站扩建工程进水口高边坡开挖爆破飞石控制

胡宝清

(葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概述

岩滩水电站位于广西壮族自治区大化县境内红水河上，总装机容量1810MW。其中，一期工程装机容量1210MW，扩建工程装机容量600MW。进水口布置于一期工程坝轴线上游约60m的右侧河岸，开挖量为70多万m3，其中石方开挖约50万m3。

引水明渠长约175m，渠底高程212m～193.2m，最低开挖高程190m，设于一期厂房进水口右岸岩坡小沟内。沟谷发育方向为北西向，在渠底212m高程以上，右侧山坡坡角为25°～28°，坡比为1∶2.14～1∶1.88。沟的下游山坡平缓，且自沟尾至沟口变陡，由16°变为32°，相当于坡比1∶3.5～1∶1.6，较陡的32°坡体多为风化岩质坡。

明渠右侧和下游洞脸坡高均为30m～90m，大部分为70m～80m。边坡下部由弱——微风化石英脉岩和蚀变岩夹少量松软岩组成，中部为上过渡相细——中晶辉绿岩，无明显夹泥，上部为全——强风化层，厚约5m，上覆残坡积层由含碎石粘性土夹石英脉岩块组成，明渠区最厚15m多，属开挖范围，坡顶则为6m～11m。

岩滩水电站扩建工程进水口开挖作业区域离一期永久建筑物近，最近处仅24m;边坡较缓但高度较大，最高达102m;石方开挖量大，石方比例达71.5%。施工项目为扩建工程，一期电站已投入运行。为避免爆破作业对一期电站及周边民居构成影响，爆破飞石控制显得尤为重要。

本工程在控制爆破飞石上采取的措施可以归纳为两大类:主动防护措施;被动防护措施。

2 主动防护采取的措施

2.1 爆破开挖顺序的合理选择

爆破作业，爆破飞石主要沿最小抵抗线方向飞出，即主要由自由面方向飞出。故为控制飞石，最直接有效的办法就是改变主爆破方向，使主爆破方向偏离需保护区域，尽量朝向无人烟及建筑物区域。本工程主要采用以下开挖顺序进行爆破作业:

2.1.1 对引水明渠右侧山体的爆破施工，从上游往下游依次进行。爆破作业将有2个自由面，一个朝向河流方向，一个朝向河流上游方向。在爆破施工时，将底盘抵抗线定于朝向河流上游的自由面，使爆破作业临空面背向大坝方向。同时，在连网时，将左侧炮孔的起爆顺序放在右侧炮孔之后，为左侧爆破孔增加自由面，以此来减少飞石。

2.1.2 对于下游引水洞洞脸上方山体的开挖，主要在靠近山体侧，即右侧，先进行一次爆破作业，形成沟槽。开挖顺序从右侧到左侧顺序施工，爆破作业将有2个自由面，一个朝向右侧即沟槽方向或上次爆破炮区，一个朝向河流上游，选择朝向山体即每次爆破作业右侧为爆破作业底盘抵抗线面。同时，在起爆顺序上，将上游炮孔起爆顺序放在下游炮孔之后，为上游侧爆破孔增加自由面。

2.2 选取合理的钻爆参数

进水口石方开挖方量比较大，出于经济考虑，采用深孔梯段爆破。由于开挖各梯段高度为15m，结合爆破振动控制要求及现场实际操作(钻孔操作、爆破器材等)，梯段高度定为8m，钻孔深约9.5m(超深1m)。

2.2.1 爆破单耗。爆破单耗过大，造成爆破时能量除用于粉碎岩石外，还有多余的能量作用于某些碎块上，使岩块能飞很远，造成飞石;爆破单耗过小，造成大块率过大，受挖装手段限制，施工效率将会降低，且大块岩石二次爆破的飞石控制难度更大。结合岩石情况及现场挖装手段，通过爆破试验，将爆破单耗控制在(0.4～0.45)kg/m3之间，装药时根据现场岩石情况略作调整。

钻孔采用潜孔钻，孔径φ100mm，采用不耦合装药，药卷直径φ70mm(2#岩石乳化炸药)。

2.2.2 孔位布置。底盘最小抵抗线过小，爆炸气体对岩石的有效作用时间过短，应力波在薄弱处突破，造成飞石;底盘抵抗线过大，易产生漏斗效应，同样易造成飞石。按以往工程经验，W底=(20～50)D;D为钻孔直径，W底=2m～5m，取W底=2m;则孔距a=(25～50)D=2.5m～5m，取2.5m;排距b取2m;缓冲孔取1.2m～1.5m。

2.2.3 填塞长度。当堵塞长度过小时，爆破时孔口四周部分岩石获得较高的初始速度从孔口处冲出，形成爆破飞石;当相邻二个以上爆破孔同时出现堵塞长度过小时，孔口处出现应力波叠加，爆破漏斗效应更显著，飞石更远。所以堵塞长度必须大于最小抵抗线;当堵塞长度过大时，容易形成大块石，根据以往经验，填塞长度L=(25～50)D，L=2.5m～5m，堵塞长度取4m～4.5m。堵塞物为方便操作，直接选用钻孔排渣，但应筛出里面的碎石，同时应保证堵塞质量。

2.2.4 爆破网络。微差爆破网络能较好地控制爆破飞石及大块率，孔间延时时差是一个相当关键的参数，对爆破结果影响较大。结合爆破振动控制要求，孔内孔外分段相结合，单孔单响，结合以往爆破工程经验，孔位之间段位延时选择50ms～110ms。

2.3 对爆破面的覆盖防护

为避免爆破飞石造成的损失，对部分关键部位还采用了覆盖防护的措施以确保安全。

覆盖防护，对炮区使用铁丝网加沙袋进行防护。首先在超出炮区2m范围内区域铺设一层铁丝网，后在铁丝网上摆放沙袋，沙袋摆放数量按爆破孔(4～5)个/m2、预裂孔(2～3)个/孔，并结合实际装药量进行控制。

2.4 加强对作业现场的施工管理

每次爆破作业前，首先结合相关资料进行现场地质勘查，摸清岩石地质结构特点，诸如岩石类型、风化程度，断层和节理的方位走向、岩缝、软弱层等。结合炮区实际情况，开展爆破设计工作，合理布孔、选定装药结构、计算装药量及爆破网络等。

钻孔过程中实行过程控制，每个炮孔的孔位由技术人员现场确定并做出标记。各孔要尽量平行，严禁出现交叉。钻孔时，在开孔及头1m过程中，随时测量角度，发现偏差，及时修正。同时，操作手通过钻机工况，随时掌握出现的异常地质情况，对出现的裂隙、夹层等特殊地质做好记录，作为后续计算装药量的补充依据之一。

装药前，首先检查孔况，对出现孔位异常的，如孔深、角度问题，需进行处理后再装药，如不能处理到位，将此孔废弃后重新补孔，满足要求后再开始装药作业。对于单孔药量，由专业技术人员结合现场实际进行控制，严禁随意增减药量。尤其是第一排孔的装药，如由于自由面的不平整，造成最小抵抗线过小的，需采用减少药量或在薄弱位置间隔装药等手段进行控制。严格按照爆破设计布置爆破网络，连网完成后，对网络要进行复查，保证各孔及联网段位正确，确保爆破网络与爆破设计相符。

做好爆破警戒工作，爆破作业前对爆破设计中划定的爆破警戒区(不大于200m)人员、设备进行清理，爆破警戒工作完成后，方能起爆，避免爆破飞石对人员、设备造成损伤。

3 被动防护采取的措施

主要是以下防护方法:间接防护及保护性防护。

间接防护。根据爆破时最小抵抗线的方向，在大坝关键部位附近适当位置布置一道被动防护网，主体使用钢管排架。钢管排架主要材料是φ48mm钢管，立杆间距1.2m，层间距1.5m，纵横钢管交叉采用扣件联接，立杆节长采用搭接，搭接长度大于1.5m，排架外侧设斜撑，同时在其上铺设一层钢丝网，一层竹跳板，竹跳板、铁丝网用扎丝绑扎，以使其能承受爆破飞石的冲击，主要遮挡从爆破作业中飞出的石块。

保护性防护。对大坝坝头的变电器房及岗亭等设施，外层堆码沙袋、顶部摆放竹跳板进行防护。

通过采取被动防护措施，即使爆破作业过程有少量飞石自爆破区飞出，也能避免对建筑物构成破坏。

4 小结

通过采用以上主动防护及被动防护措施，进水口开挖工程从开始开挖至开挖结束，自始至终无一例对一期电站运行构成影响的爆破安全事故发生，周边居民的生产生活也未受到影响。实践证明，高边坡开挖爆破所采取的安全防护措施十分合理，对整个开挖爆破飞石安全控制取得了预期效果。