保丰水库扩建工程预裂爆破施工技术应用

陈 松

(江西省水利水电建设有限公司，南昌 330200)

1 工程概况

拟扩建的保丰水库(原保丰水库、佑塘水库合并后统称)地处上高县翰堂镇保丰村及钊田村附近，距县城约23km，水库所在河流为锦江二级支流斜口水，属锦江水系。原保丰水库位于翰堂镇下山村境内，距翰堂镇约5km，所在河流为赣江水系锦河支流。原佑塘水库地处翰堂镇钊田村境内，所在河流为赣江水系锦河斜口水支流钊田水。原保丰水库与佑塘水库紧密相邻，佑塘水库的1号副坝位于保丰水库库区尾端，两水库具备良好的连通条件。根据地形条件，拆除佑塘1号副坝，两库即连为一体，原保丰水库的主坝仍作为本工程的主坝。本次保丰水库扩建拟抬高现状主、副坝坝高，通过抬高正常蓄水位至84.0m增加有效扩容，坝顶高程统一为86.8m(防浪墙顶高程88.0m)， 将其改造为中型水库，在垭口部位新建副坝，对现有已建坝体进行加高加固；需增设保丰4号副坝、溢洪道、灌溉隧洞等建筑物。工程扩建后，水库正常蓄水位为84.00m，水库总库容1524×104m3，水库设计灌溉面积1000hm2，其中规划烟田面积240hm2，水库向翰堂镇、芦洲乡辖区内6个行政村的大部分自然村及多年平均日供水量0.51×104m3，年供水量为186万m3。

本工程石方明挖包含岸坡和4号副坝支洞洞室基础、边线开挖两种类型，岸坡开挖采取浅孔梯段爆破及预裂爆破方法，岸坡石方开挖采取浅孔梯段爆破方法，洞室基础及边线控制采取预裂爆破方法。文章主要对4号副坝支洞洞室基础及边线石方开挖预裂爆破施工进行分析。

2 钻爆施工方案设计

保丰水库4号副坝支洞所控制主洞室为葫芦形断面，Ⅲa类围岩和Ⅲb类围岩中心位置水平开挖半径分别为3254mm、3257mm，Ⅲ类围岩和Ⅵ类围岩断面开挖高度分别为6798mm和7288mm，断面底部平距分别为5346mm和4166mm。预裂爆破施工时必须将直径Φ150cm的通风软管布设于洞室顶部，并在洞室右壁布设供电、供排水、供风管路。

2.1 设备配置

保丰4号副坝支洞所控制主洞室预裂爆破施工平台为自制台车，钻孔采用HF-145气腿式凿岩机，人工装药，主作业面供风主要通过3台20m3空压机进行，并采用20t自卸汽车配合XG-25装载机械装渣出渣。采用洞室外喷锚支护，具体由自卸车将支护材料运至洞内，再通过气腿钻机按设计要求钻孔后向孔内机械注浆，钢筋网通过人工挂设，最后由HSP-5型湿喷机进行锚固混凝土喷射。

通过在支洞外设置深水井进行施工供水，由水泵抽水并输送至洞室内施工作业面；并采取阶梯式施工抽排水方式，将集水井按照一定间隔设置于洞室内侧壁位置，通过水泵将所汇集的施工作业面积水逐级抽排并输送至洞室外污水受纳池内。

保丰4#副坝支洞预裂爆破施工所需主要设备具体见表1。

表1 预裂爆破施工所需主要设备

2.2 开挖爆破设计

按照保丰4#副坝支洞所控制主洞室预裂爆破设计要求，应实施循环进尺3m的全断面开挖，开挖过程中必须进行全面地质预报，对钻进周围地质情况预先准确判断与处理，并加强围岩支护稳定情况的实时监测[1]。预裂爆破设计孔径45mm，钻孔角度与边坡坡度一致，孔深按边坡高度和长度确定并一次钻到位，采用不耦合间隔装药结构，药卷直径Φ32mm，堵塞长度≥1.0m，线装药密度200-350g/m。

2.3 钻孔作业

采用HF-145气腿式钻风钻预裂孔，并采取样架及拉坡度线控制钻孔角度，同时由人工配合进行钻孔周边岩屑的清理，并通过木楔堵塞孔口，防止岩屑、石渣等落入钻孔内。将钻孔位置和设计孔位偏差控制在钻头直径尺寸范围内，每孔开孔进尺10-20cm后，复核钻孔角度，若钻孔角度或参数超出误差设计值，必须及时调整，以满足设计要求。严格控制相邻于裂隙缝面的松动爆破孔所对应爆破参数，防止其对保留围岩可能造成的破坏。

2.4 装药、连网

保丰4号副坝支洞所控制主洞室预裂爆破实行间隔装药，为保证按设计装药结构装药，采用胶布将药卷按设计间距绑扎在预先准备好的竹片上，并与导爆索串联，采取人工方式缓慢放入钻孔内，先用纸团堵塞深度部位，然后回填孔口钻孔岩屑，堵塞段一定要回填密实。为方便施工，保证预裂爆破施工质量，用导爆索将6-10孔串联成一组，由导爆管分组起爆[2]。一般情况下，预裂孔单独起爆；若预裂孔与周边主爆孔一次爆破时，预裂爆破先于主爆孔至少100ms。预裂爆破后开挖轮廓面所残留炮孔痕迹分布必须均匀；相邻两炮孔间岩面的不平整度应≤15cm。

2.5 开挖循环

Ⅲ类围岩测放循环时间、通风时间及安全处理时间均设计为30min，并保证在钻孔时间内完成围岩支护，围岩开挖循环设计具体见表2。

表2 围岩开挖循环设计(循环进尺3m)

2.6 出渣方式

保丰4号副坝支洞所控制主洞室通过段在上下游处长度分别为1894m和1635m，Ⅲ类围岩设计循环进尺为3m，横断面面积最大为57.46m2。支洞上游段最大运距2032m，按其长度的70%计，则主洞室内运距均值为2032m×70%=1422.4m。根据开挖断面面积、运距均值、松散系数(1.5)及循环进尺所确定的洞室开挖出渣量最大值应为254.5m3/次，所采用20t自卸汽车配合XG-25装载机械一次装渣出渣平均耗时4h。

3 钻爆施工质量控制

3.1 预裂爆破参数控制

根据保丰4#副坝支洞所控制主洞室地质情况，应对具体地层节理采取针对性强的控制措施，跟随开挖进度加强地质观测，并根据观测结果进行预裂爆破设计参数的调整，合理确定装药结构与不耦合系数，本工程不耦合系数取1.4-3.1，并充分利用爆破破岩能量，控制爆破引起的周围围岩不利振动，有效控制超欠挖的发生。为加强不耦合系数取值的控制，周边孔导爆索应采取串联方式，周边孔孔距误差应控制在50mm内，孔偏斜率应不超过50mm/m，其孔深及孔位误差均应在100mm内。预裂爆破后，必须及时监测爆破效果，并根据监测结果进行设计爆破参数的调整[3]。

3.2 作业质量控制

钻孔精确度以及测放质量对预裂爆破施工质量影响较大，为此保丰4号副坝支洞应通过全站仪对隧洞轮廓快速测放，并进行钻孔的精准定位，还应加强对周边孔外插角开口角度的控制，确保全部炮孔孔底均能落在平面设计图规定位置。由技术人员严格按照设计爆破方案进行炮孔装药、堵塞及线路引爆施工。

4 结 论

保丰水库4号副坝支洞所控制主洞室预裂爆破施工主要参数均根据经验和现场试验得到，施工结果表明，预裂爆破设计参数、装药结构及起爆要求等均较为合理，爆破开挖后隧洞轮廓面较为完整，爆破石方明挖效果较为理想。本工程预裂爆破施工对类似工程石方明挖具有参考借鉴价值。