尾水渠爆破开挖技术与工艺控制

杨秀凯

摘 要：尼日利亚宗格鲁水电站尾水渠开挖工程量大，设计自然方约650万方，是为了保障厂房发电机组出力而对原河道进行的永久工程开挖，为保持开挖后基岩的完整性和开挖面的平整度，对岩质基础、边坡、马道的所有轮廓线上的垂直、斜坡面必须采用控制爆破开挖，同时对弱风化层以下的千枚岩爆破后有粒径要求，用于右岸堆石坝的填筑，故尾水渠爆破开挖的技术及工艺控制尤为重要。

关键词：宗格鲁水电站；尾水渠；爆破开挖；技术控制

1 尾水渠工程概况

宗格鲁水电站尾水渠长度5km，渠底宽65m（前800m宽105m），渠道边坡坡比1：0.25和1：0.75。尾水渠底板起始高程EL132m，纵坡i=0.0014）。尾水渠前1.6km和后0.8km（K0+0～K1+600，K4+200～K5）為半河床半河岸段布置，中部2.6km（K1+600～K4+200）为河床外布置。

尾水渠沿线的地形是平坦的，右岸河滩覆盖层薄，厚0.50 m～3.80 m的粉质细砂。河床上主要为冲积层。分布均匀，厚度一般为0～5m，部分厚度较厚。裸露基岩为千枚岩，少量石英片岩。裸露基岩该岩体由中度风化岩体组成，大部分为相对完整的岩体。千枚岩岩石单轴抗压强度（湿）范围为14.4MPa～81.3MPa，平均值为35.55MPa。

根据前期钻孔资料，尾水渠区基岩完全风化层埋深下限一般为0～2.5 m，强风化层埋深下限一般为0～5m；弱风化层埋深下限一般为5.50～13.10 m，微风化～新鲜岩体埋深低于弱风化层。全风化岩体为松散结构，强风化岩体以碎裂构造为基础，大多数中度风化岩体为薄层～层间结构，RQD值为3.20%～61.80%；微风化、新鲜的岩体大多为中厚层厚层状结构，RQD值为36.1%～93.9%。

尾水渠开挖有用料直接上坝，用于堆石坝填筑。

尾水渠开挖过程中，需满足下游河道生态供水要求。流量不小于8m3/s，具体以尼日利亚环保部批准的流量为准。

1.1 尾水渠工程量

尾水渠开挖设计总量649万m3（自然方），2016年汛前已完成尾水渠有效开挖50万方，剩余599万m3。由于现场钻孔勘察尚未完成，土石比暂按主合同尾水渠土石比计算1：5考虑，石方为499.17万方。

1.2 开挖时段、强度

2018年4月中旬～5月底覆盖层已完成约30万m3，2018年6月～2019年10月石方开挖河床外段和半河床半河岸段水面线以上部分（半河床半河岸段在旱季开挖），17个月工期，高峰开挖强度30万m3/月（开挖强度大于填筑强度，满足直接上坝要求）；

2019年11月蓄水后，开挖半河床半河岸段（K0+0～K1+600，K4+200～K5）水面线以下部分，约150万m3，2019年11月～2020年8月，月平均开挖强度15万m3（开挖强度与填筑强度匹配，满足填筑要求）。

1.3 尾水渠开挖程序

尾水渠开挖总的施工程序是自上而下施工，先覆盖层，后石方无用料开挖，再进行石方有用料（用于堆石坝填筑）分层开挖。半河床半河岸段，逆水流方向分段开挖。分段长度约200m。各级开挖边坡形成之前完成相应高程的地表及生态放流的引排水施工。

覆盖层开挖采用液压反铲、推土机、装载机清理表面，石方开挖用CM351高风压潜孔钻机、D7钻机或其他由甲方认可的钻机，采用自上而下分层开挖，梯段爆破，梯段高度不大于15m。开挖渣料采用液压反铲或装载机装碴，自卸汽车运输出碴。开挖顺序为：测量放线→覆盖层清理→石方无用料开挖→石方有用料开挖。石方开挖方法如下：

（1）河床外段尾水渠开挖2.6km（K1+600～K4+200）。分2～3层进行，第1层为土石分界线～弱风化无用料开挖，第2～3层为弱风化以下有用料开挖，梯段为不大于15m，单个爆破块的宽度为不宜大于30.0m，根据现场地形情况适当调节。

（2）半河岸半河床段水面线（旱季）以上开挖（尾水渠前16km和后0.8km）。水面线以上开挖，沿水流方向逆向进行分段进行施工，分2层进行，第1层为土石分界线～弱风化，第2层为弱风化至河床大面以下2m（用于导水）。

（3）水面线以下开挖（蓄水后）。尾水渠水面线以下开挖，沿水流方向逆向进行分段进行施工，分1～2层进行，梯段小于10m，单个爆破块的宽度不宜大于50.0m，施工时先顺水流方向抽一个先锋槽，让地表水及下泄生态流量顺利过流，保证开挖在干地进行，先锋槽完成后，两边同时开挖，开挖渣料采用液压反铲挖装，自卸汽车运输直接上坝或运往渣场备料。

2 爆破开挖技术及控制要求

2.1 钻孔和爆破

2.1.1控制爆破

（1）为保持开挖后基岩的完整性和开挖面的平整度，对岩质基础、边坡、马道的所有轮廓线上的垂直、斜坡面必须采用控制爆破。

（2）钻孔爆破的梯段高度应根据地质条件，以及设计要求的开挖深度与宽度、钻具设备等因素确定。紧邻设计建基面、边坡面、建筑物和防护目标，不应采用大孔径爆破方法。其开挖爆破应采用毫秒延时起爆网络。

（3）钻孔孔径应符合下列要求：梯段爆破不大于150mm；紧邻保护层的梯段爆破及预裂爆破、光面爆破不宜大于110mm；保护层爆破不大于50mm。

（4）台阶爆破的最大一段起爆药量，除有特殊要求外应不大于300kg；邻近设计建基面和设计边坡的台阶爆破以及缓冲孔爆破的最大一段起爆药量，应不大于100kg。

（5）预裂爆破、梯段爆破和特殊部位的爆破，其参数和装药量应遵守DL/T5389-2007《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》第8章规定的要求。

（6）对爆破空气冲击波和飞石应做好控制防护措施，以免危及机械设备和人身安全。

（7）开挖必须进行爆破试验选定爆破参数。开挖爆破块石最大粒径800mm，满足堆石坝填筑要求，堆石料级配曲线如下：

2.1.2尾水渠边坡开挖

（1）边坡石方开挖应遵守DL/T5389-2007第7章和第8章的规定。

（2）边坡采用预裂爆破成型，施工马道底部1.5～2m预留保护层，手风钻开挖。

（3）边坡开挖偏差控制：

①超挖≤20cm，欠挖≤10cm；不平整度≤15cm；

②设计边坡轮廓面的开挖偏差：在一次钻孔条件下开挖时，不应大于其开挖高度的±2%，在分台阶开挖时，其最下部一个台阶坡脚位置的偏差，以及整体边坡的平均坡度，均应符合施工图纸要求。

（4）边坡开挖预裂孔残留孔率控制：①在开挖轮廓面上，残留孔痕迹应均匀分布；残留孔痕迹保存率，对完整的岩体，应达到85%以上；对较完整和较破碎的岩体，应达到60%以上；对破碎的岩体，应达到20%以上。

②相邻两残留孔间岩面的不平整度不大于15cm。残留孔壁不应有明显的爆破裂隙。

2.1.3尾水渠基础开挖

尾水渠的基础开挖应满足以下标准和要求：

1）水平建基面高程的开挖允许超挖20cm、欠挖10cm。

2）基础面采用预留保护层开挖时，保护层厚度和爆破参数应通过试验确定。

3）开挖到位的基础面应符合施工图纸要求的岩体质量标准。因爆破震松（裂）的岩石、裂隙发育或具有水平裂隙的岩石、反坡、倒悬坡、陡坎尖角等均应清除。

参考文献：

[1]DL/T5389-2007《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》.