木瓜溪水库双曲拱坝坝肩开挖方法

(贵州省水利投资(集团)有限责任公司，贵州 贵阳 550081)

1 工程概况

木瓜溪水库位于贵州省石阡县中坝镇上游的石阡河上，挡水建筑物为混凝土双曲拱坝，最大坝高53m，底宽13.5m，顶宽5m。坝址处河谷呈基本对称“U”形峡谷，谷宽81m，高宽比为1.88，两岸坝顶以下坡度55°～72°，坝顶以上为陡壁。两岸坝肩均为厚层白云岩，层状结构，单轴饱和抗压强度标准值为47.75MPa，无强风化，弱风化垂直下限深度6～10m，弱风化中下部岩体较完整、均质，无软弱夹层发育，岩溶不发育。

2 坝肩开挖施工方案

根据设计图纸，两岸坝肩槽开挖深度随高程降低而增加，顶部厚度约为1m，底部厚度约为10m。由于两岸边坡高陡，施工机械无法到达两岸坝肩开口线部位，只能沿坡面搭设钢管栈道到达开口线部位后，先采用手风钻分层钻爆，待坝肩槽勘深厚度达到4m左右，再采用深孔梯段爆破法进行开挖。开挖石渣采用爆破抛渣的方式抛至河床内。

为保证开挖成型质量、降低爆破震动对坝肩岩体的损害、减小爆渣的块度，坝肩岩体采用深孔梯段微差挤压爆破法，周边开挖边线采用预裂控制爆破法。

3 施工布置及准备

3.1 临时施工道路布置

由于两岸边坡高陡，施工机械无法到达两岸坝肩开口线部位，只能沿坝肩下游坡面搭设“之”字形栈道到达开口线部位。临时栈道采用φ48钢管搭设，φ22锚筋锚固在岩面上，栈道底部满铺竹串板，外侧设置不低于1.2m的高栏杆，并悬挂密目安全网。

出渣道路沿左岸河床布置，利用河滩料填筑形成，通往大坝下游弃渣场。

3.2 施工供风、供水、供电系统布置

由于拱坝坝肩开挖工程作业面较为集中，在两岸坝肩下游各建一座供风站。供风站容量大小根据开挖高峰强度进行配置，各配置一台22m3/min螺杆式空压机。

施工供水直接从河道抽至两岸坝肩高位水箱内，再分流至各施工面。

施工供电采用国家电网系统，在右岸设置集中变压站，通过三级配电系统向各工作面供电。

3.3 施工准备

施工准备主要包括人员、机械设备、施工材料、施工方法、施工环境条件等方面的工作。首先要选择专业的作业队伍，对施工管理人员进行培训，提高质量、安全意识。做好机械设备投入和零配件的采购计划，加强机械设备的维修保养，提高机械设备的完好率和出勤率。做好材料的采购计划、验收计划和资金安排，保证工程材料的及时供应。做好施工组织设计、施工方案及措施的编制报审和交底指导工作。做好与外部相关单位、当地村民的协调配合工作，减少施工干扰，为施工创造良好的环境条件。

4 坝肩开挖施工程序及方法

4.1 爆破设计

4.1.1 爆破设计参数选取

a.火工材料选择。火工材料主要指炸药、雷管、导爆索、非电导爆管雷管等。炸药选用常用的乳化药卷，周边预裂孔(光爆孔)采用φ32药卷，主爆孔采用φ70药卷。网路起爆采用8号瞬发电雷管，周边预裂孔(光爆孔)采用导爆索引爆，主爆孔采用不同段位的非电毫秒导爆管雷管引爆。

b.炸药单耗选取。根据地质资料，木瓜溪水库坝肩岩体均为厚层白云岩，单轴饱和抗压强度标准值为47.75MPa，岩石容重2860kg/m3。计算可得炸药单耗值为0.5kg/m3。

c.微差间隔时间确定。为充分利用炸药相继爆炸产生的应力波能量，增加爆渣相互碰撞时间，达到挤压破碎效果，从而减少石渣块度。同时也可利用爆破产生的能量，将爆渣抛掷河床内，便于装车运渣。若微差间隔时间过短，将影响石渣抛掷，不能为下一孔位提供有效的临空面，影响爆破效率。若微差间隔时间过长，则不能发挥挤压破碎的作用，石渣块度较大，出渣成本较高。根据工程经验，本工程的微差间隔时间确定为50ms。

d.梯段高度确定。根据设计图纸，坝肩大致按照每7～10m高程设置一个开挖坡度，坡度由高至低逐步变缓。为保证一次开挖成型，每层梯段高度与该层边坡的设计高度相同，底部超深0.8m。

4.1.2 爆破设计成果

a.预裂孔装药结构。预裂孔采用KQD70型钻机钻孔，孔径76mm，孔间距100cm，孔深10m，堵塞长度1.0m。预裂孔采用间隔装药结构，孔内装φ32药卷，线装药密度为300g/m，孔底加强段药量为0.6kg，药卷采用胶带缠绕在竹片上，导爆索引爆。预裂孔装药结构见图1。

图1 预裂孔装药结构 (单位：cm)

b.主爆孔装药结构。主爆孔采用KQD70钻机钻孔，孔径76mm，孔距2.8m，排距2.3m，孔深10m，堵塞长度为3.0m。主爆孔采用连续装药结构，孔内装φ70药卷，炸药单耗控制在0.45～0.55kg/m3范围内，预裂孔采用非电毫秒导爆管雷管引爆。主爆孔装药结构见图2。

图2 主爆孔装药结构(单位：cm)

c.爆破网络。为达到减震、减小爆渣块度的要求，坝肩开挖主要采用排间、孔间延时爆破网络。孔内采用高段位导爆管雷管引爆；孔间采用低段位导爆管雷管串联，逐孔引爆；排间采用低段位的导爆管雷管调整时差，确保临空面的形成和爆渣挤压破碎效果。预裂孔采用导爆索引爆，为避免预裂孔爆破时的爆渣将主爆孔网路打断，造成哑炮事故，需要计算好预裂孔与主爆孔引爆的时间差，确保预裂效果。根据本工程坝肩开挖断面尺寸，孔内采用MS15的高段位非电导爆管引爆，孔间、排间采用MS3的低段位非电导爆管雷管来控制时差。爆破网路连接示意图见图3。

图3 微差挤压爆破网络连接示意

4.2 钻孔清孔

坝肩开挖钻孔采用KQD70型潜孔钻机，湿法钻孔，孔径76mm，钻孔深度可达15m。为防止钻孔时移位，将潜孔钻固定在钢管搭设的钻架上，钻架与地面锚筋焊接，开钻前由测量员对钻架的方向进行复核，每钻进1m左右采用角度尺校核钻进方向，及时纠偏，保证钻孔精度。钻孔结束后，采用高压水冲孔至清水返流，再采用高压风将孔吹干后，用锥形棉布塞将孔口堵塞，防止碎渣掉入孔内。

4.3 装药

炮孔采用人工装填乳化炸药，装药时每个炮孔的装药长度、药包直径、药包(药卷)间距等按照爆破设计进行。连续装药时，每节药包(药卷)的聚能穴朝下，用竹竿将每节药包压紧。非电毫秒导爆管雷管和导爆索安装时，将导爆管雷管、导爆索端部等插入药包中心部位。深孔药包应根据需要增加导爆管雷管的数量，导爆管雷管等间距布置。周边预裂孔(光爆孔)采用间隔装药时，选用长度相同的药卷，相邻药包的间隔长度应准确测量，用胶带将导爆索固定在每节药包上。

4.4 炮孔堵塞

炮孔的堵塞材料一般采用当地材料，如黄黏土、干砂土、钻孔时留下的钻渣等，也有采用专用炮泥堵孔的，效果较好，但成本较高，一般的小型工地很少采用。黄黏土的堵孔效果较好，但必须控制好黄黏土的含水量，以硬塑状态较佳，否则将不利于操作。干砂土、钻渣等的堵孔效果不如黄黏土，但取材容易、操作便利，为本工程采用的堵孔材料。采用干砂土、钻渣等堵孔时，应将干砂土、钻渣等进行洒水湿润，手捏可成团，装填堵孔材料时，应分层夯实，以提高堵孔的质量。同时将孔内的导爆索、导爆管等理顺，避免振捣砂土时将其损坏。

4.5 网路连接

可靠、稳定的网路连接既能确保爆破安全，又能提高开挖质量。在联网前，必须熟悉爆破设计图纸，将现场的炮孔布置情况简绘在图纸上后，确定炮孔间的时间差和起爆顺序，再推算各个炮孔的导爆管雷管段数，最后根据图纸上确定的雷管段数和顺序进行联网。导爆管雷管连接时，应用胶带将接头处缠紧，导爆索连接时，接头长度、连接方向等必须符合规范要求，并用胶带缠紧。网路连接好以后，应逐孔检查。若周边孔起爆时主爆孔孔外网路还未完全起爆，则必须对未起爆的网路进行覆盖保护，以免导爆索起爆时的飞石砸断网路，造成哑炮事故发生。

4.6 起爆及出渣

爆破网路采用电力起爆，爆破过程中按照不同时段分别拉响预警、起爆和解除等过程的音响信号，并在爆区200m范围外设置安全警戒，对各个路口进行临时交通管制。爆破后，派有经验的炮工对爆破情况进行检查，确认无盲炮后方可进行出渣作业。由于坝肩开挖采用抛掷爆破方法，爆破后不用大型设备进行翻渣，只需对下一茬炮孔的孔位处进行清理即可。出渣时，采用1.4m3挖掘机装20t自卸汽车出渣。

5 结 语

通过采用深孔梯段微差挤压爆破施工技术，严格控制各工序的施工质量，一次开挖成型，坝肩边坡爆破残孔率达到80%以上，开挖质量达优良等级。渣料的抛掷效果较好，未使用大型机械进行翻渣作业，节约了施工成本，加快了施工进度。未发生任何安全事故，取得了较好的社会和经济效益。