复杂地质条件下定向爆破截流技术研究

柳锡锋，栗 雪

（中国水利水电第一工程局有限公司，长春 130033）

1 工程概况

某水电站工程1#施工支洞出口贯通后揭示的出口部位实际地形为陡崖，常规戗堤进占截流方案无法实施，因此采取定向爆破抛填围堰方式进行截流。

该工程左右岸边坡主要以石英片岩、绢云片岩、板岩、千枚岩为主，裂隙较为发育，岩石破碎，地质条件复杂。河段为峡谷地貌，河流整体流向为N30°～35°W，河床底部高程为745～755 m，水流湍急，为“V”型河谷。两岸岸坡坡度40°～60°，局部呈陡崖，两岸山顶高程为950 m，900 m 高程以下岸坡陡峻，基岩裸露，植被较少；上部地形逐渐变缓，植被茂盛。爆破区左、右岸山坡陡峻，未见明显的冲沟分布。

2 施工布置

（1）道路布置。利用已有的左岸1#施工支洞～导流洞施工便道，右岸地质勘探洞～索桥～测量临时便道作为施工通道，并按照临边作业要求搭设护栏、防护网。

（2）供风系统。由主供风系统接引，采用专用风管接至施工部位。

（3）供水系统。接引布置在进水口平台500 m3水池，供水管路主管为DN150钢管，支管为DN40钢管。

（4）供电系统。使用业主提供的网电。

3 定向爆破截流重难点及对策

充分利用坝址～导流洞进口部位河道狭长、两岸边坡陡峭及8 月径流量较小的特点，采取定向爆破抛填围堰方式进行截流。

两岸边坡岩石裂隙较为发育，岩石破碎，地质条件较为复杂，给定向爆破截流工作带来一定困难。现场采取在施工前提前做好定向爆破设计及专项方案，在施工过程中严格执行，并严格控制装药量和分序、分段起爆药量等措施，以确保定向爆破截流工作达到预期效果。

4 定向爆破截流实施方法

4.1 截流位置选择

经现场实际反复勘察，选择3 个部位作为截流位置备选方案。根据计划截流时段以往水文资料及导流洞实际过流能力，对3 个拟截流部位从两岸坡比、与主体结构最小距离、河床深度、抛填截面面积、抛填距离、施工通道情况以及水文气候条件、流域特性、河床地形地质特点等方面进行技术经济比较，最终确定将截流部位选定在1#施工支洞上游侧，该部位具有以下优势：

（1）左右岸均有通道，可利用左岸1#施工支洞～导流洞口临时便道为施工通道，右岸可利用从原地质勘探洞经索桥过江有至Ⅲ-01观测点测量便道（779 m 高程）作为通道，可采用两岸定向爆破抛填施工，与单岸定向爆破抛填相比，可以获得更好的抛填效果。

（2）水平抛掷距离和落差小，定向爆破方向更容易控制。

（3）河床窄，抛填工程量小，节约成本。

（4）爆破装药量、单响药量小，距离大坝等主体建筑物较远，利于对永久构筑物基础及永久边坡的保护。

4.2 截流围堰设计

4.2.1 定向爆破抛填围堰顶部高程的确定

截流时间选定在8 月，按照8 月（P=10%）月平均流量计算截流设计标准为112 m3/s，对应河水水位高程为761.89 m。因上游已有建成水电站，考虑最不利情况下，上游水电站全部机组发电对应的泄流量255 m3/s 为截流设计标准，对应河水水位高程为768.0 m。

通过计算波浪爬高、风浪雍高及安全超高后，确定本次截流围堰顶部高程按照769.6 m进行设计。

4.2.2 定向爆破抛填工程量计算

按照769.6 m高程确定抛填围堰的河床断面面积为191.39 m2，综合边坡挂渣等因素计算，最小断面面积为549.31 m2，爆破区长度45 m（有效长度35 m），共计工程量约19 225 m3。

考虑爆破截流的重要性，为确保一次性定向爆破抛填成功率，现场根据两岸边坡的实际情况，确定截流部位定向爆破抛填保证系数按照1.25 倍自然方（1.91倍松方）控制，共计爆破抛填石方自然方约21 142 m3（松方比为1∶1.53），断面开挖面积为686.64 m2。

4.3 截流爆破设计

4.3.1 截流区域地形地质情况

两岸以石英片岩、绢云片岩、板岩、千枚岩为主，岩石裂隙较为发育，岩石破碎，地质条件较为复杂。①左岸岩体风化，岸坡较陡，为逆向坡。未见全风化岩体分布；强风化岩体分布于885 m 高程以上，垂直厚度10～30 m，水平厚度较大，多横穿山脊；弱风化岩体垂直厚度15～50 m，随着地势增高，厚度增大，水平厚度10～40 m。②右岸岩体风化，岸坡相对较缓，为顺向斜向坡。未见全风化岩体分布，强风化岩体多分布于山脊及缓坡地带。根据勘探揭露：右岸强风化岩体分布于865 m高程以上，垂直厚度一般为5～20 m，岸坡水平厚度一般为10～20 m；弱风化岩体垂直厚度20～50 m，随着地势增高，厚度增大，水平厚度15～50 m。

河床岩体风化，坝址区河床两岸出露岩石均为弱风化岩体，勘探揭露弱风化岩体垂直厚度10～20 m。

4.3.2 截流爆破布置

按照一次定向爆破石方约21 142 m3（自然方）的抛填量要求，采取两岸上、下层分序起爆方式进行定向爆破。将左、右岸河道最窄处（爆破区长度15 m）岸边出露的岩台作为Ⅰ序爆破区，采用深孔爆破。左岸Ⅱ、Ⅲ序爆破区长度按照30～35 m（有效长度20～25 m）控制，采用水平孔及深孔爆破相结合；右岸Ⅱ序爆破区长度按照45 m（有效长度35 m）控制，采用硐室爆破。

（1）Ⅰ序爆破区。利用河道最窄处，左右岸边出露的岩台作为Ⅰ序爆破区进行水下爆破，爆破形成的大块料改善河道水流性质，起到降低截流区龙口单宽功率的作用。爆破区底面高程约765～768 m，爆破区长度15 m。

（2）Ⅱ序爆破区。①左岸：采取上、下游布置单排水平孔，栈道上布设竖直孔，爆破采取对掏方式进行。爆破区底面高程768 m，起钻高程778～783 m，边坡按照1∶0.1 控制。②右岸：爆破区底面高程772 m，边坡按照（1∶0.3）～（1∶0.5）控制。按照爆破区范围，修建3条爆破主隧洞，布置6个主药室，A、B药室为单排单层布置，C、D、E、F药室为单排双层布置。其中，1、2#爆破主隧洞进口高程772 m高程，开挖尺寸1 m×1.5 m，长度分别为32.78 m 和36.39 m，内采取“T”型布置，上、下游两侧分别设药室；3#爆破主隧洞进口高程792.0 m 高程，开挖尺寸1.5 m×1.8 m，长度23.85 m，内采取“T”型布置，在C、D药室同断面处设E、F药室。结合上、下层硐室间存在两层较大节理裂隙带的实际地质情况，为确保硐室爆破效果，使石方的抛出率达到90%以上，在上、下两层药室之间布置一条4#爆破隧洞（补偿），进口高程782.0 m，开挖尺寸1.5 m×1.8 m，长度27.33 m，内采取“T”型布置，在C、D、E、F药室同断面处设G、H补偿药室。

（3）Ⅲ序爆破区。为确保爆破抛掷效果，采取上、下游布置单排水平孔，爆破采取対掏方式进行，顶部设置扇形竖直孔。爆破区底面高程780 m，起钻高程800～805 m，边坡按照1∶0.1控制。

4.3.3 截流爆破设计

（1）爆破参数设计。截流爆破由深孔爆破、水平孔爆破及硐室爆破组成。结合工程的地形、地质条件进行爆破参数计算，并经抛出方量、抛出率及堆积形态的验算后，最终确定爆破参数（见表1和表2）。

表1 深孔、水平孔爆破参数表

深孔、水平孔爆破使用乳化炸药，各序爆破区爆破网络均采用排间微差顺序爆破网络，同排炮孔内装同段非电雷管，将各孔连接在同一股导爆索的支线上，然后将各排导爆索连接在主导爆索上。降低梯段爆破单响药量、调整优化爆破方式是保护永久边坡和降低爆破地震效应的有效手段。主爆破孔采用排间微差顺序起爆的网络连接，能够最大限度的降低单响药量，根据本工程实际地质条件及类似工程经验，设计单响药量＜300 kg，排间微差时间＞75 ms。

硐室爆破使用乳化炸药，根据封堵长度要求，封堵长度不短于实际开挖洞宽与洞高之和的1.5倍，并确保各硐室封闭严密。

（2）定向爆破施工。左岸分3序（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序）起爆，右岸分2 序（Ⅰ、Ⅱ序）起爆。起爆地点位于1#施工支洞与导流洞施工支洞交叉段，为确保起爆安全并到达预期效果，起爆网络共设置3 条起爆通路经跨河栈桥过江后，分别引爆各硐室的炸药。首先，进行左岸Ⅰ序和右岸Ⅰ序的起爆。起爆后，为保证截流区的水流平缓，确保截流效果，从1#施工支洞出口便道向爆破区河道抛填钢筋石笼。钢筋石笼采用Φ32 钢筋为框架，Φ16 钢筋（间距20 cm）为网格，尺寸1 m×1 m×3 m，共计10 个；然后，进行左岸Ⅱ、Ⅲ序和右岸Ⅱ序的起爆。右岸Ⅱ序起爆顺序：A、B药室→C、E、G药室→D、F、H药室。

4.4 截流效果检查

定向截流爆破后，河水顺利改道并通过导流洞过水，爆破抛填区域河水渗流量远小于计算预期渗流量，成功实现大江截流，为后续围堰施工创造了条件。最终，项目按期完成围堰施工，主体工程也在围堰的挡水保护下，顺利完成了全部施工任务，定向爆破截流取得了较好的效果。

5 结语

本文对复杂地质条件下定向爆破截流涉及的关键技术进行详细的研究和总结。在面对地质条件复杂的峡谷、山谷地区，施工道路无法满足常规戗堤进占截流施工的情况下，采取定向爆破截流技术手段，通过深孔爆破、硐室爆破等爆破方式，将两岸石方抛填至指定截流区域，利用瞬时的巨大抛填强度截断水流，使河水改道来实现截流目标。定向爆破截流技术相比传统截流技术有着生产效率高、加快施工进度、截流效果好等优点，本文可以为类似项目提供参考。