高生水电站大坝高边坡薄层开挖爆破控制技术浅析

杨槐

（贵州中水能源股份有限公司遵义分公司，贵州 遵义 563000）

一、工程概况

贵州省务川县高生水电站工程大坝所处河谷地形为略对称的“U”型谷，两岸坡顶高程为520m，自然边坡高181m，河谷宽高比4.4:1，坝址两岸地形较陡，地形坡角为73～80°。枯水期河水位339m 左右，宽21～32m，水深3～6m，正常蓄水位420m 高程时，河谷宽87～94m。坝址区为斜向坡，右岸为逆向坡。由上至下分布有两层陡崖，设计边坡坡度1:0.5，开挖总高度210m 左右，开挖厚度在5m-18m。坝址两侧高边坡主要以泥页岩、粉砂岩及灰岩为主，中间存在有断层、裂隙及泥质夹层等地质构造。石方开挖总量为约40 万m3。

二、开挖总体方案及控制标准

（一）开挖总体方案

大坝坝址边坡石方开挖属于高边坡开挖，由于其开挖长度、深度和工程量均较大，开挖厚度相对较薄、坡度较陡，为加快施工进度，石方开挖采用深孔梯段微差控制爆破、预裂爆破等开挖方法，自上而下、分层开挖。坝肩EL.427.20m 以上开挖分层根据马道间高差控制在5m，坝肩EL.427.2m～EL.320m 开挖分层根据马道间高差控制在10～15m。

为保证开挖尺寸、边坡稳定及开挖质量，保证建基面岩层的完整性，深孔梯段周边孔按照设计边坡1:0.5 坡比深度进行钻孔，采用预裂爆破。本工程钻孔预裂孔采用YQ-100B 型钻机钻孔、主爆破孔采用ROC D7 型钻机进行钻孔，钻孔直径90mm。预留马道部位采用预留保护层进行开挖，保护层，保护层采用YT-28 型钻机钻孔，钻孔直径42mm，水平预裂爆破。

（二）控制标准

在开挖爆破施工，由于爆破周边存在有村庄及新浇筑混凝土、喷混凝土，确保村庄最近房屋及混凝土的安全尤为重要。

按照GB6722-2011《爆破安全规程》及《水利水电工程爆破施工技术规范》（DL/T5135—2016）等规范规定，并参照国内有关控制爆破工程的实践经验，确定邻近建筑物爆破质点振动速度安全控制标准为：良好设计的砖混结构：2.5cm/s；新浇筑混凝土5-7cm/s。

三、开挖爆破控制技术

爆破施工前先提出爆破试验方案，批准后进行爆破试验。爆破试验基本达到预期效果，爆破参数均满足设计要求，局部根据边坡及岩层情况在实际操作中进行调整。

（一）爆破器材选择

炸药采用2 号岩石乳化炸药，具有防水防潮性能，保证了正常起爆，有效防止瞎炮；起爆雷管选用8 号瞬发电雷管，性能安全可靠，质量得到保证；孔内采用非电毫秒导爆雷管，具有抗水性，不受杂散电流及感应电流影响，爆破网络连接形式多样及实现炮孔兼微差起爆方法灵活等优点，本工程使用MS2、MS3、MS5 及MS14 等段次的非电毫秒雷管。导爆索选用6mm 塑料导爆管，用来进行预裂爆破，取得了良好的效果。

（二）爆破参数的确定

大坝左右坝肩开挖采用深孔梯段爆破，周边采用预裂爆破。根据爆破试验参数及经验选定孔距a=3.0m-3.5m、排距b=2.0m-2.5m 作为布孔参数，孔深10m-15m，预留2m 采用YT-28 型手风钻进行保护层开挖。周边孔采用预裂爆破，孔距0.8m-1.0m，在竹片上绑扎炸药，分段间隔装药。主爆破孔及预裂孔均采用MS2、MS3、MS5 及MS14 等段次的非电毫秒雷管分段起爆。采用电雷管引爆。

1.深孔梯段主爆破孔参数

岩石分层深孔梯段开挖，采用从上而下的施工方法。每爆块先用挖机清挖覆盖层，为爆破块创造良好的临空面，并在前缘布置加密孔，以弥补岩石自然坡厚度不均所造成的前排抵抗线不均的缺陷。开挖钻孔设备以金科590-B 型孔钻机为主，YT-28 手风钻辅助。开挖采用抛掷爆破，尽量将爆破石渣抛至底部集渣平台。深孔梯段爆破参数详见表1。

表1 梯段爆破主钻孔参数表

2.边坡预裂爆破参数

边坡采YQ100B 型潜孔钻造预裂孔，孔深可为10～17m，YQ100B 潜孔钻机造预裂孔，并需搭设钻架配合钻机钻孔，预裂高度以马道（平台）高差为准，水平马道采用手风钻造水平预裂孔。起爆时，预裂孔超前第二排（即缓冲孔）100ms～300ms 起爆，预裂或光面爆破前排的缓冲孔与预裂线的排距一般为1.5m，装药量较前排梯段爆破孔减少1/2～1/3。堵塞长度一般为2.0m，选用预裂爆破钻爆参数见表2。

表2 预裂爆破钻爆参数表

（三）爆破方法及程序

1.钻孔

根据测量提供数据，按照爆破设计钻孔参数，由专门技术人员进行布孔。

2.装药及堵塞

本工程主要采用人工进行装药。装药前必须认真进行技术交底，分组进行，专人负责。装药后采用砂或钻孔岩粉，以减少石料杂质含量，堵塞时应将顶部捣实。预裂孔采用间隔装药结构，2 直径25mm 药卷间隔绑扎在竹片，底部加强药量，堵塞长度1.0m。缓冲孔采用连续装药，装直径60mm 药卷，孔内装2 发MS14 非电毫秒雷管。主爆破孔采用用连续装药，装直径70mm 药卷，孔内装2 发MS14 非电毫秒雷管（两雷管聚能穴相对）。缓冲孔比主爆孔装药减少1/3～1/2。具体详见图1、2、3。

3.联网及起爆

孔梯段爆破采用孔间微差顺序爆破网络，这种塑料导爆管毫秒雷管接力起爆网络，能有效地将多孔齐爆变为多孔分段或单孔接力起爆，且前爆孔为后爆孔提供新的临空面，能充分利用爆破能量，爆破时增加岩石相互之间碰撞次数，爆破岩块的块度小，单段起爆药量少，极大减小了爆破振动对保留岩体的影响。爆破网络采用导爆索--导爆管起爆网络,网络连接均采用双发雷管。预裂孔采用MS2 分段起爆；缓冲孔及主爆孔空间采用MS3 段次雷管空间微差；各排孔之间采用MS5 段次雷管排间微差。具体详见图4。

四、开挖爆破监测成果

（一）质点震动速度计算与最大单响取值

对本工程的开挖采用预裂爆破减少爆破轰波对开挖边坡的影响、梯段爆破控制单响药量等控制爆破措施，还需对新浇混凝土、新喷混凝土、村庄房屋邻近开挖施工进行控制爆破，根据质点安全振动速度严格控制单响药量，通过控制单响药量将爆破震动控制在设计允许的安全范围内。

根据《水利水电工程爆破施工技术规范》（DL/T5135—2016）附录B、附录B1，质点振动速度传播规律的经验公式如下：

式中：V—质点振动速度，由附录B 查得砼龄期7～28 天，V 为5～7cm/s，取V=6cm/s。

Q—爆破时药量分布的几何中心至控制点的距离，m。

K，a—与场地地质条件、岩体特性有关的系数，对于坝基硬岩暂定为K=150，a=1.7。

根据以上条件，可计算出新（喷）砼安全距离允许的最大单响药量见下表4。

表4 安全距离与最大单响药量关系表

（二）爆破监测成果

1.测点位置

①附近最近民房，为1#测点。

②已喷（浇筑）混凝土，为2#测点。

③揽机基础，为3#测点。

均监测水平切向、铅垂向以及水平径向质点振动速度。

2.检测成果

爆破振动监测成果见表5。

表5 爆破监测成果表

五、结束语

高生水电站大坝左右坝肩在开挖过程中采用控制爆破技术，经过检测，新浇混凝土、新喷混凝土、村庄房屋及边坡本身安全震动速度全部满足设计要求，爆破后对周边新浇筑混凝土没有产生影响，确保边坡安全稳定。另外，开挖过程中严格控制开挖质量，开挖爆破孔残留率95%，表面局部不平整度小于8cm，最大起伏差不超过10cm，断面测量成果表明无局部欠挖，平均超挖5cm，最大超挖10cm。开挖总时间大大缩减，提前完成开挖任务，为后期其他项目施工争取宝贵时间。