数码电子雷管在杨房沟水电站拱坝坝基开挖中的运用

刘 明 生， 刘 泽 艳， 范 道 林

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

众所周知，高拱坝对坝基开挖成型质量要求严，对坝基开挖相邻两炮孔间岩面的不平整度、爆破松弛影响深度、最大单段起爆药量、残留炮孔壁的爆破裂隙、残留炮孔痕迹保存率、安全质点振动速度、坝基爆后声波衰减等均有严格的规定。采用数码电子雷管(以下简称数码雷管)的控制模块进行延时及网络安全控制，以达到精准延时、设定灵活、爆破网络安全的目的。

数码雷管可以根据所需要的延时情况在0～16 000 ms范围内进行设置，最小时间间隔能精确到1 ms，从而使爆破网络方案设计更容易。爆破延时可以根据需要进行设计，同时，只要网络延时计算正确，则爆破网络将严格按照爆破设计方案进行起爆，使网络起爆更安全，不会出现因先起爆部分的飞石弹断网络而造成网络断掉后剩余部分出现不起爆、瞎炮等情况。因此要求在采用数码雷管进行爆破网络连接工作时须更认真、仔细，如果漏掉连接数码雷管将会造成网络错误并会出现无法连接、不起爆的情况，从而使爆破更安全。

杨房沟水电站位于四川省凉山彝族自治州木里县境内的雅砻江中游河段，是雅砻江流域梯级规划的第6 级水电站。该电站为一等工程、大(1)型，挡水建筑物采用混凝土双曲拱坝，最大坝高155 m。拱坝呈弧形，顶部宽度为11 m，底部宽度为35.6 m。

杨房沟水电站拱坝左岸坝基高程2 030～1 947 m采用数码雷管进行系统控制爆破开挖，累计进行了12个梯段(梯段高度为5 m、10 m)、18次系统控制爆破开挖。开挖采用逐孔精准延时、分层多点爆破、排间同步延时爆破的方法，实现了提高爆破效果、降低炸药单耗、减轻爆破有害效应的目的。

2 拱坝坝基开挖施工

2.1 坝基开挖的梯段高度

左右岸拱肩槽坝基边坡高程为2 101.85～1 947 m，左岸开挖坡比为1∶0.84～1∶1.19(右岸为1∶0.49～1∶1.23)，按16个梯段开挖，单个开挖梯段为7～11.85 m。左岸拱肩槽坝基铅直开挖深度为22～57 m(右岸为20～43 m)，水平开挖深度为20～55 m(右岸为14.5～41 m)，坝基下游拱端的水平嵌深为9.5～33 m(右岸为11～27.9 m)。

左岸建基面走向呈N1°W～N12°E(右岸为N58°～75°W)，基本呈近似规则的梯形，其顶、底边长分别为12 m和36 m，左岸坡面斜长为215 m(右岸为213 m)，左岸面积为5 223 m2(右岸为5 556 m2)。

左右岸坝基岩性均为花岗闪长岩，呈弱风化下段～微风化，无卸荷，岩体以块状～次块状为主。

坝基无大规模断层通过，构造形迹主要为断层、挤压带及节理。施工期开挖揭示：左岸坝基发育40条小断层和27条挤压带。右岸坝基发育50条小断层和35条挤压带，其大部分为Ⅳ级结构面，少量为Ⅲ级结构面，左岸主要以走向NNE、NEE及NWW向中陡倾角为主，右岸走向主要以NE、NWW及NEE向中陡倾角为主，缓倾角结构面较少发育，结构面一般宽2～5 m，带内物质一般为碎块岩、岩屑夹钙质、片状岩等，面多见褐黄色铁锰质渲染，延伸长度一般为15～30 m；坝基节理发育，面平直粗糙，附岩屑、钙质，或闭合，平行发育间距为0.5～1 m，其中部分节理与坝基面交角较小，局部组合见掉块现象。

坝基岩体以Ⅲ1～Ⅱ类为主，少量为Ⅲ2、Ⅳ类，其中左岸Ⅱ类岩体占比为68.5%(右岸为47.1%)、Ⅲ1类岩体占比为28%(右岸为44.4%)、Ⅲ2类岩体占比为0.7%(右岸为8.5%)、Ⅳ类岩体占比为2.8%；岩体较完整，局部完整性差。

2.2 边坡开挖采用的施工方法

拱坝坝基边坡开挖在经生产性试验取得爆破参数后，采用“先瘦身、坝基预留保护区开挖”的施工方法。河床坝段水平坝基开挖采取先拉先锋槽(采用楔形掏槽)、再沿设计高程钻水平预裂、竖向钻主爆孔的控制爆破方式完成开挖。

拱坝坝基边坡采取从上到下、分层分段、深孔微差爆破法施工。梯段分层根据结构设计按5～10 m设置，每层按照设计结构线长度约30 m划分为一个爆破区，临江侧“瘦身炮”区域为Ⅰ区，沿坝基设计开挖线从上游端到下游端依次为Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区、Ⅴ区。其中，为保证拱肩槽成型良好，将拱肩槽与拱肩槽上下游侧坡交界处约10 m区域边坡划分至拱肩槽爆破区(Ⅳ区)，与拱肩槽区域边坡一同爆破。

坝基开挖原则上采用先瘦身、之后按从上游至下游的顺序爆破施工，相邻区域的最大开挖高差不大于10 m。若先爆破拱肩槽上下游侧坡，则将上下游侧坡与拱肩槽连接部位约10 m部分预留至下次拱肩槽边坡爆破时一同爆除。

拱肩槽上下游侧坡的开挖厚度大于20 m时，考虑先进行外侧“瘦身”，预留10 m保护层进行预裂。拱肩槽边坡区域的开挖厚度大于20 m时，则考虑预留10～12 m的保护层进行预裂。

拱肩槽保护层边坡的开挖在拱肩槽上下游边坡、拱肩槽外侧瘦身区开挖后进行。瘦身炮的爆破规模为：单次按5排爆破孔进行控制；对于临近保护区内侧的一排爆破孔，其造孔、装药按光面爆破进行控制。

预裂孔采用QJZ-100B潜孔钻，缓冲孔和主爆孔采用JK590液压钻造孔。预裂孔采用φ25 mm或φ32 mm乳化炸药间隔装药，缓冲孔及主爆孔采用φ70 mm连续装药。左岸2 030 m高程以下的拱肩槽采用数码雷管，其余拱肩槽采用非电雷管控制爆破开挖。

河床坝基高程1 960～1 950 m段先从拱坝坝基开挖中心线拉槽，再进行5 m梯段的“瘦身”开挖，最后沿设计结构线预裂，分层高度不大于5 m。

2.3 爆破试验

在左右岸坝肩高程2 133～2 123 m区间分别进行了4次拱肩槽开挖爆破生产性试验；在左岸坝肩高程2 120.6～2 108.75 m区间进行了1∶1生产性试验。

工程建设的各方对5次生产性试验成果进行了评审。经总结分析认为：第5次试验效果最优，其爆破参数可用于大坝拱肩槽开挖施工。该试验区爆破后预裂面残孔率为93.5%，超挖小于15 cm，无明显爆破裂隙，平整度小于15 cm。所布置的5个振动监测点实测最大质点振动速度为3.39 cm/s；共布置了3组爆前爆后声波测试孔，测得声波检测爆破影响深度为1～1.2 m，松弛区域波速衰减率为5.2%～9.5%(均满足设计要求)。杨房沟水电站拱肩槽控制爆破开挖参数采用表1中的数据进行和微调，杨房沟水电站拱肩槽控制爆破开挖参数见表1。

表1 杨房沟水电站拱肩槽控制爆破开挖参数表

2.4 坝基及拱肩槽边坡的开挖

(1)上钻平台的找平与清理。上钻平台2 m范围采取人工配合机械的方式找平。将平台的超欠控制在20 cm范围内，经清理、检查合格后进行测量放线。

(2)测量放样。测量人员按炮孔布置图进行孔位的放测。主要包括开口线高程、预裂孔位置、角度、深度、方向点等。

每一茬炮的预裂孔均需测量、逐孔放点，每个孔对应放一个方向点，并保证钻机中心点、孔口开孔点及方向点三点成一条直线。做好放样记录，并对质量员、钻孔班组人员现场交代点线和控制要求。

(3)样架的搭设。预裂孔钻孔样架采用型钢搭设，并需按照报批的措施、测量控制点线进行搭设。搭设角度采取角度尺或罗盘控制，完成后由测量人员在现场进行校核和纠偏。样架整体验收合格后方能投入使用，在钻孔过程中安排专人检查、加固与维护。

(4)钻孔。预裂孔采用QZJ-100B潜孔钻造孔，采用直径为70 mm的钻头，成孔孔径为75 mm；对于局部不具备条件的则采用手风钻造孔。

在钻孔作业1 m深度范围内，必须三次校核钻杆的角度与方位(造孔20 cm、造孔50 cm、造孔100 cm)。造孔深1 m后，按照2～3根钻杆的要求再校核一次；遇到地质条件差的部位，需对每根钻杆进行校核。校钻时不仅要校核钻机的正面角度，还需校核钻机两个侧面的垂直度。

钻孔的钻速可结合实际的岩石强度进行适当调整，一般情况下，Ⅲ1类岩石的钻速为10 cm/min；在遇到比Ⅲ1类偏差的岩石及裂隙发育区，可适当调慢钻速以确保钻孔方向、角度准确。

(5)装药、堵塞、起爆网络的连接、起爆与安检。爆破孔清理完成后，在爆破工程师的指导下，按照报批的爆破设计方案进行装药与连线。

预裂孔采用竹片装药，将药卷规范地绑扎在竹片上，绑扎过程应精确控制药卷间距。起爆网络采用搭接法，对搭接部位用胶布缠紧，其长度不小于15 cm。预裂孔孔内采用导爆索导爆，孔外采用数码雷管按设计要求延时爆破。

(6)爆破设计参数。

①左岸高程2 101.85～1 947 m拱肩槽建基面采用的开挖爆破参数见表2。

表2 左岸拱肩槽爆破主要参数表

②右岸高程2 101.85～1 947 m坝基开挖采用的爆破参数见表3。

表3 右岸拱肩槽爆破主要参数表

2.5 左岸拱肩槽保护层采用数码雷管爆破开挖

以左岸拱肩槽2 010～2 000 m高程预留保护层、采用数码雷管进行爆破网络设计为例，介绍了数码雷管在坝基开挖中的系统运用。

此次左岸拱肩槽坝基保护层爆破设计方案为：预裂孔81个，孔内采用Ms1非电雷管入孔， 3～7孔/响，每单响间数码雷管接力；缓冲孔23个，缓冲孔孔内分段并采用数码雷管延时，1孔/2响；主爆孔34个，主爆孔孔内分段并采用数码雷管延时，1孔/2响。

(1)炮孔的平面布置情况。主爆孔间排距采用3.5 m×2.8 m，预裂孔间排距采用36～60 cm，缓冲孔间排距为1.8 ×1.8 m。

(2)预裂孔布置。拱坝拱肩槽及其上下游边坡交界位置的预裂孔必须按拱肩槽结构线单独布置，逐孔设计钻孔的角度、方向、深度，对于拱肩槽与上下游侧坡的相交线须设置导向孔以确保爆破成型。根据2 010～2 000 m高程拱肩槽体型，开孔间距采用36 cm、44 cm、60 cm的孔距，孔底间距为60 cm左右。

(3)爆破孔的装药结构。预裂孔、导向孔均采用竹片导爆索间隔装药并精确控制药卷间距，孔外采用数码雷管分段延时。主爆孔、缓冲孔采用单孔双数码雷管连续装药，单孔单响，精准延时起爆。

(4)爆破网络的设计。拱肩槽保护层采用非电雷管爆破网络时，主爆孔间的延时主要采用MS3延时50 ms，爆破质点振动速度的实测值容易超过10 cm/s的设计要求，且不时发生爆破网络断线情况。

经对所出现问题的实测整体波形振动较大的分段做傅里叶变换、进行波形频谱对比分析发现：滤波后波形在延时10～20 ms左右叠加效果较好，故在采用数码雷管时设置主爆孔孔间延时为15 ms，预裂孔采用30 ms延时，后续再根据实测的爆破振动波形与爆破分段、延时关系进行进一步的细化，做到精准延时。

(5)实测爆破质点振动速度。

①测点的布置。在左岸上游侧坡、左岸拱肩槽布置了9个监测点，1号～4号测点布置在上游侧边坡，5号～9号测点布置在拱肩槽边坡上，每个测点布置一台三向速度传感器(可同时监测水平径向、垂直向和水平切向的质点振动速度和频率)。2 010～2 000 m高程梯段爆破振动监测点布置示意图见图1。

图1 2 010～2 000 m高程梯段爆破振动监测点布置示意图

②爆破振动监测成果。此次爆破振动监测取得的成果见表4。由表4可知：左岸上游侧坡监测点的最大质点振速位于1号监测点水平径向，振速为8.06 cm/s, 布置在左岸拱肩槽边坡的监测点其最大振速位于5号监测点水平径向，振速为7.32 cm/s。

表4 质点振动监测成果表

所布置的9个测点的质点振速均小于设计要求的10 cm/s。

3 拱肩槽开挖质量

3.1 爆破松弛程度的测试

拱肩槽2 101.85～2 040 m高程建基面每10 m梯段在爆前布置了不少于3个声波孔；高程2 040 m以下每10 m梯段在爆前布置了不少于6个声波孔；每个孔入岩深度不小于5 m，分别进行了爆前、爆后单孔声波测试，每梯段进行了一组对穿声波测试。如因爆后堵孔导致数据缺失，均进行了相应的钻孔补打工作。

左岸拱肩槽建基面2 101.85～1 947 m高程段共测试了77个爆破松弛测试孔，其中对39个孔进行了爆破前后的声波对比测试，爆破影响深度为0.3～2.6 m，平均为1.1 m，爆后松弛区岩体波速为3 001～5 147 m/s，平均值为4 225 m/s。距建基面1 m处波速衰减率为0%～31.4%，平均为7.7%。

3.2 拱肩槽开挖质量

左岸拱肩槽建基面高程2 101.85～2 030 m采用非电雷管，高程2 030～1 947 m采用数码雷管控制开挖，成型效果均良好。

(1)超欠挖。对于坝基超欠挖，共检测了957点，合格为915点，合格率达95.6%，超挖值为0～69 cm，无欠挖；拱肩槽上下游边坡超欠挖共检测了656点，合格为621点，合格率达94.7%，超挖值为1～71 cm，无欠挖，均满足设计及规范要求。

(2)半孔率。坝基段开挖半孔率为81.1%～98.7%(Ⅱ、Ⅲ类岩石)，综合平均为94.9%；拱肩槽上下游边坡半孔率为87.5%～95.8%(Ⅱ、Ⅲ类岩石)，综合平均为94%，均满足设计及规范要求。

(3)平直度。对于坝基段开挖平直度，共检测了220点，合格为206点，合格率达93.6%，平直度值为2～13 cm；拱肩槽上下游边坡平直度共检测了210点，合格为196点，合格率达93.3%，平直度值为2～14 cm，均满足设计及规范要求。

(4)不平整度。对于坝基开挖不平整度，共检测了263点，合格为251点，合格率达95.4%，不平整度值为2～20 cm；拱肩槽上下游边坡开挖不平整度共检测了270点，合格为257点，合格率达95.2%，不平整度值为2～19 cm，满足设计及规范要求。

(5)开挖质量评价。检查发现:建基面残孔半圆痕迹均匀，相邻两炮孔间岩面的不平整度均满足相关质量标准要求;剔除局部地质缺陷，坡面平均超挖9 cm，无欠挖；残留炮孔壁均无明显的爆破裂隙(>0.5 mm)，除明显的地质缺陷处外，无裂隙张开、错动及层面抬动现象。

(6)左岸拱肩槽开挖成型效果。左岸拱肩槽数码雷管开挖成型效果见图2。

4 结 语

随着全国数码雷管“分步推进，逐步开展”大力持续推进之际，水电工程建设将逐渐实现传统雷管与数码雷管的有序更替。数码雷管在水电工程中不良地质条件部位、建筑物成型要求严、爆破质点振速要求高的特殊部位的明挖爆破将得到大力运用，其特别适合于逐孔精准延期、分层多点、排间同步延期、地下掘进及高安保要求的爆破工程。水电工程露天爆破时，数码雷管对雷电、杂散电流及静电的防御能力远高于一般的工业电雷管。