预裂爆破技术在溢洪道出口消力池石方开挖中的应用

2010-06-08张细闯

黑龙江水利科技 2010年5期

张细闯

（武警水电一总队，云南普洱 665625）

1 预裂爆破机理

进行石方开挖时，在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝，以缓冲、反射开挖爆破的振动波，控制其对保留岩体的破坏影响，使之获得较平整的开挖轮廓，此种爆破技术为预裂爆破。预裂爆破不仅在垂直、倾斜开挖壁面上得到广泛应用;在规则的曲面、扭曲面、以及水平建基面等也采用预裂爆破[1]。

预裂爆破采用不耦合装药结构，其特征是药包和孔壁间有环状空气间隔层，该空气间隔层的存在削减了作用在孔壁上的爆炸压力峰值。因为岩石抗压强度远大于抗拉强度，因此可以控制削减后的爆压不致使孔壁产生明显的压缩破坏，但切向拉应力能使炮孔四周产生径向裂纹。加之孔与孔间彼此的聚能作用，使孔间连线产生应力集中，孔壁连线上的初始裂纹进一步发展，而滞后的高压气体的准静态作用，使沿缝产生气刃劈裂作用，使周边孔间连线上的裂纹全部贯通成缝。

2 预裂爆破要求

2.1 预裂缝要贯通

预裂缝要贯通且在地表有一定开裂宽度。对于中等坚硬岩石，缝宽≥1.0 cm，坚硬岩石缝宽应达到0.5 cm左右，但在松软岩石上缝宽达到1.0 cm以上时，减振作用并未显著提高，应多做些现场试验，以利总结经验。

2.2 预裂面开挖后的不平整度

预裂面开挖后的不平整度≤15 cm。预裂面不平整度通常是指预裂孔所形成之预裂面的凹凸程度，它是衡量钻孔和爆破参数合理性的重要指标，可依此验证、调整设计数据。

2.3 预裂面上的炮孔痕迹

预裂面上的炮孔痕迹保留率应≥80%，且炮孔附近岩石不出现严重的爆破裂隙。

预裂爆破主要技术措施为：

1）炮孔直径一般为50～200 mm，对深孔宜采围较大的孔径。

2）炮孔间距宜为孔径的8～12倍，坚硬岩石取小值。

3）不耦合系数（炮孔直径d与药卷直径d0的比值）建议取2～4，坚硬岩石取小值。

4）线装药密度一般取250～400 g/m。

5）药包结构形式，目前较多的是将药卷分散绑扎在传爆线上。分散药卷的相邻间距≤50 cm和不大于药卷的殉爆距离。考虑到孔底的夹制作用较大，底部药包应加强，约为线装药密度的2～5倍。

6）装药时距孔口1 m左右的深度内不要装药，可用粗砂填塞，不必捣实。填塞段过短，容易形成漏斗，过长则不能出现裂缝。

3 工程实例

3.1 工程概况

本工程为开敞式溢洪道出口设挑流鼻坎及消力池，水流挑入消力池内消能。消力池纵横剖面均为梯形断面，底板高程575.00 m，消力池底板宽 176.5～191.05 m，长 311～331 m，左槽挑流鼻坎末端至消力池末端长400 m。消力池出口底板高程608 m，该高程以下消力池深33 m。消力池末端608 m高程设置2 m高拦沙坎，坎顶高程610 m。消力池左侧开挖边坡最高达235 m。

本文研究此消力池开挖第一期工程，第一期开挖于2007年12月15日～2008年5月31日，历时5.5个月，开挖作业面分布高程710～740 m，计划完成开挖197.9万m3，月强度36万m3，计划提供围堰填筑Ⅰ区料28.1万m3，转存Ⅱ区料128万 m3，弃料41.8万 m3。

3.2 施工方法

采取“先剥离，后开采”的施工方法施工。先在需要剥离清理地段规划好钻爆的范围和规模，然后进行φ89～105 mm的中小直径小规模梯段钻爆;每层次的岩石钻爆完成后，立即合同监理人及相关部门对现场的料渣进行鉴定，对需要清理的软岩及污染石渣用1.6 m3配32 t自卸汽车进行仔细分选清理。

由于消力池开挖方量大、工期紧、强度高，石方开挖约1 581.32万m3，平均月强度约60万m3，钻孔设备以作业效率高、自带吸尘装置的高风压履带式露天液压钻为主，挖装设备主要采用4.0～6.0 m3液压正铲及1.6～2.5 m3反铲，相应配备32 t自卸汽车运输。

永久边坡采用预裂爆破，边坡预裂深度按边坡马道高程控制，边坡马道和底板建基面采用柔性保护层一次爆除技术。爆破孔采用人工全耦合装散状2#岩石硝铵炸药或4#防水铵油炸药，缓冲爆破孔及靠近预裂边的拉裂爆破孔采用φ70 mm乳化炸药，爆破孔网参数、单位耗药量将依据不同岩性按照爆破试验后的参数确定，采用非电毫秒雷管分段起爆。边坡预裂孔及水平光爆孔采用φ25～32 mm乳化炸药不耦合串装装药。

3.3 施工流程

预裂爆破施工工艺流程见图1。

图1 预裂爆破施工工艺流程图

3.3.1 钻孔

首先按照设计图纸进行现场放线，标出边坡开挖线、马道平台范围，确定开挖范围轮廓和钻孔深度、角度，便于技术交底和工人操作。其次根据作业指导书要求，安排钻机设备就位，按照现场放样的孔间距依次排开钻机，拟采用10台YQ-100B型支架式钻机同时作业。钻机就位时，采用样架尺对钻机、钻孔角度和定位点进行校对，开孔后进行中间过程的深度和角度校对，以便及时调整偏差。

钻孔在马道上时，钻孔深度不超钻，爆破时，在底部放置0.5 m柔性垫层后，再进行爆破开挖，爆破后，个别欠挖部位采用风镐处理。

3.3.2 装药

预裂爆破的装药结构采取空气间隔不耦合装药结构，选用φ32 mm的乳化炸药，线装药密度拟采用300～400 g/m。为保证永久边坡不受爆破破坏，预裂孔的主爆体前排缓冲的松动爆破方式，采用φ55～70 mm的乳化炸药进行不耦合柱状装药。

在现场施工时，先拟定爆破方案，经监理工程师批准后进行试验，并根据爆破的效果和不同岩石级别调整线装药密度、孔底及孔口的装药密度，以保证最佳的爆破效果。

预裂爆破起爆网络采用非电导爆系统、导爆索传爆、电力起爆方式。

3.3.3 挖装与运输

开挖料主要采用6.0 m3液压挖掘机装渣，推土机集渣，32 t或42 t自卸汽车运输;或采用1.6～2 m3液压挖掘机装渣，推土机集渣，20 t或32 t自卸汽车运输。

每次爆破后，先由人工配合反铲对坡面松动岩体和块进行清理，并对爆堆的泥团及无用料以反铲配以人工进行分选装车分别运至弃料场，然后进行出渣作业。