巫家水库坝肩预裂爆破开挖技术的应用

熊剑

（贵州省正安县水务局，贵州 遵义 563400）

1 工程概况

巫家水库修建在正安县东南面班竹镇新模村境内马河一级支流—龙桥溪上游柏杨寺河段。坝址以上流域面积14.60 km2，在全流域面积中占比38%，主河道河长6 km，加权平均比降36.60‰，多年平均径流量981×104m3。该水库主要承担着区域生活供水、灌溉、工业发展用水等功能。

巫家水库坝基及两坝肩主要出露S1ln1薄层粉砂质、钙质泥岩岩层，该岩层为较软岩类岩体，且近坝右岸下游有1 号冲沟发育，地形受切割后连续性差，坝肩山体略显单薄，左岸地形连续，两岸自然边坡总体稳定性较好，受裂隙及岩层结构面组合切割影响，存在楔形体或棱体分布，左岸下游岸坡及右岸下游冲沟存在临空滑出面，以上组合对坝肩抗滑稳定不利。

2 爆破试验

2.1 试验过程

为了解起爆开挖过程中地震波传播及衰减趋势规律，必须展开爆破试验，确定出炸药用量，并校核安全距离，优化爆破施工参数。以距离该水库坝肩3.50 km 且地质条件一致的区域为爆破试验场，展开多排深孔梯段爆破。孔径90 mm、孔距3 m，排距2.50 m，孔深6.50 m，孔斜75°，按照10.50 kg 的单孔药量装2#岩石硝铵炸药。预裂爆破试验开始后，现场测试岩体质点振动速度，并以振动速度为周围建筑物安全程度的判据。根据测定结果，当单响药量为42.8 kg 时，测点与爆源距离比单响药量为53.50 kg 时大，若只考虑预裂爆破开挖对周围既有建筑物及山体的不利扰动，应优选单响药量42.80 kg的开挖方案。

2.2 地震波传递

预裂爆破试验中所测得的波形水平向振动速度明显高垂直向，说明体波在波形中占较大比例。体波衰减速度比面波快，并随传播距离增大而快速衰减，对周围既有建筑及岩体影响也更小。预裂爆破振动为随机过程，振幅、振频、振动周期等均受试验参数、试验条件等的影响较大，通过对表1 中观测结果展开回归分析，可以得出预裂爆破期间地震波传递函数，具体如下：

表1 预裂爆破试验中振动速度测定结果表

式中：v水平、v垂直为预裂爆破试验过程中地震波水平向、垂直向传播速度（cm/s）；Q为地震波品质系数；R为预裂爆破施工影响半径（m）。

将相关参数值代入式（1）和（2）可得出，水库坝肩预裂爆破地震波水平向及垂直向传播衰减指数均不小于2，加上坝址区地层岩性风化严重，内摩擦系数小；地震波在节理裂隙面发生数次透射及反射，能量快速衰减，对周围建筑及岩体影响减弱。

2.3 起爆时差

装药量、孔距及排距、起爆时差、岩体类型等对预裂爆破毫秒微差爆破减震效果影响较大，在以上参数匹配性较高时，振动影响过程具备可控性。该水库坝肩预裂爆破试验期间振动频率实测值为15～30 Hz，振动半周期20～33 ms，采用微差次序起爆的情况下，雷管第二段时差控制在25 ms才能避免振峰叠加。但可能会造成总起爆延时及网络遭飞石破坏。故应通过多层胶布裹覆雷管末端，加强覆盖防护，防止盲炮出现。

2.4 安全控制

根据中国《爆破安全规程》，混凝土框架结构基础振动速度应控制在5 m/s以内。该水库坝肩基础空间中存在方向相反的振动相位差，故基础振动引发结构物反应程度较小，抗冲击能力增大。结合设计，该水库建筑物能承受天然地震标准下5～9 cm/s的振速，预裂爆破振频高，持续时间更短，故据此展开预裂爆破方案设计，存在一定安全储备。

3 爆破方案设计

为爆破开挖后产生相同半孔率效果，该水库坝肩预裂孔、缓冲孔和爆破孔钻孔统一使用钻孔直径90 mm的YQ-100B型潜孔钻机；为控制爆破开挖对边坡围岩的扰动，选用与岩石等级匹配且生产厂家相同的药卷直径32.70 mm的2#岩石硝铵炸药。

开展预裂爆破后必须在边墙设计轮廓线处预裂孔间产生贯通性裂缝，进而形成平整可靠的预裂面，发挥阻隔爆破应力波的作用。根据工程类比及相关试验，应将该水库坝肩爆破孔间距确定为100 cm。结合钻机性能和水库坝肩基岩高度，为达到一次预裂到底的效果，预裂孔深应控制在10～15 m。

3.1 装药结构

该水库坝肩预裂孔采用全孔敷设导爆索的处理，并按照设计线装药密度采取间隔不耦合装药，将φ32 mm药卷串绑在导爆索并固定在边坡围岩侧靠竹片上。具体而言，孔底1 m深度段按照2.40 kg的量加强装药；孔间则按28 cm间隔安装药卷，并通过防水胶带和导爆索绑扎；孔口采用湿黄土堵塞。

缓冲孔全孔敷设导爆索、竹片、φ70 mm药卷及2发非电雷管，并按照设计线装药密度采取间隔不耦合装药。孔底2 m深度段按5 kg加强装药，孔口湿黄土堵塞段长2 cm。

爆破孔使用φ70 mm 药卷及2 发非电雷管，并按设计药量及装药结构装药，孔口湿黄土堵塞段长2.50 cm。

3.2 起爆网路

该水库坝肩预裂爆破开挖采用孔内延时、孔外接力的非电毫秒微差起爆网络，爆破孔及缓冲孔内及排间全部通过15 段非电毫秒雷管连接，孔间则通过2～3 段非电毫秒雷管连接起爆。炮孔布置及起爆网络设置见图1。

图1 炮孔布置及起爆网路图

4 预裂爆破钻孔控制

4.1 预裂孔钻孔质量

爆破参数、装药质量、起爆方式、钻孔质量等均对预裂面成型质量有较大影响，其中预裂孔钻孔质量是关键性影响因素，为此，必须严格控制预裂孔钻孔施工质量。

按照施工规范验收钻机平台后展开测量放样，测量人员通过全站仪逐孔测放预裂孔中心点位，并通过红色油漆标识。在每排爆破孔、缓冲孔和预裂孔中间及两端设置3 个控制点，技术人员据此布置其余各孔，并通过水准仪测量孔口高程，推测实际钻深。为保证布孔精度，爆破孔和缓冲孔孔位偏差不超出孔距的5%，预裂孔孔位偏差应控制在±1 cm以内。

4.2 钻孔及清孔

按照设计孔位、倾角和方位角将YQ100B 钻机粗调后固定，进而展开孔位、倾角和方位角等的微调。开孔过程严格按照小冲击、缓转速、勤校钻的原则进行，并待钻深分别达到20 cm、50 cm和100 cm时，展开方位和倾角校核，出现偏差后及时纠正。待钻进至设计深度后，通过高压风机将孔底碎渣及岩粉后提出钻杆，再次检测孔深、孔斜、孔距且无误后通过柔性材料堵塞孔口。其中，预裂孔和缓冲孔应全部检测，而主爆孔按80%抽检。

5 结论

正安县巫家水库坝肩预裂爆破开挖前，对爆破开挖方案展开设计，并对爆破参数取值进行了验证，爆破期间严格施工质量控制。当前坝肩开挖任务已经全部完成，预裂面整体开挖效果良好，平整度合格率平均达到93.41%，平整度偏差不超出10 cm。该水库坝肩预裂爆破技术应用过程表明，该开挖爆破方式能保证保留岩体的完整性，既省去了保护层开挖环节，又使岩石基础更加平坦和完整，可在类似水利工程坝基等结构开挖施工中推广应用。