水平预裂爆破技术在水利水电工程建基面开挖中的运用

别必操

（中国水利水电第四工程局有限公司 西宁 810001）

王玉芳

（青海省水利水电工程局有限责任公司 西宁 810001）

1 概述

预裂爆破就是在正式开挖之前，预先沿着设计的轮廓线爆破出一条一定宽度的裂缝，以保护保留区的岩体。预裂爆破技术作为水工建筑边坡开挖的施工手段，在国内外已被广泛应用，爆破参数选择合理的预裂爆破可以减小爆破震动对保留岩体的破坏，使开挖边坡面平整和稳定。水平预裂爆破技术是在边坡预裂爆破基础上发展起来的适用于水平建基面开挖的一项新的施工方法。

2 爆破试验

2.1 保护层厚度确定

根据工程经验类比法及《水工建筑物岩石基础开挖施工规范》确定保护层的厚度，主要考虑上层梯段爆破的药卷直径，即坚硬岩体取药卷直径的20倍、中等坚硬岩体取药卷直径的30倍、软弱岩体取药卷直径的40倍，试验时保护层厚度取30D=30×80mm=2.5m。

2.2 爆破参数选择

试验区为导流洞进口明渠，岩石属花岗岩，介于强风化与弱风化之间，节理裂隙较发育。

水平预裂爆破参数选择如下：

a.孔径。因导流洞出口明渠底板保护层开挖不具备大型设备施工条件，选用手风钻开挖，钻头直径取42mm，故孔径为44mm。

b.孔深。考虑钻机性能、施工质量和进度，选取4m。

c.孔距。根据瑞典古斯塔夫松经验公式E=a/D=7.8～12.5，考虑到岩体强度较低，地质条件相对复杂，要求取最小值，但施工工期较紧，要求取最大值。兼顾两者之间的关系，确定E=0.91，故孔间距a=0.45m。

d.不偶合系数。根据国内外工程经验，以n=D/d=2～5为佳，试验时取n=2.2。

e.线装药密度。按经验公式 Q线=0.36〔Q压〕0.30a0.67，综合考虑岩体的特性，试验时Q线取100g/m，因钻孔为水平方向，上部覆盖厚度基本相同，故不考虑底部加强药量。

通过以上分析和计算，水平预裂爆破试验的参数取值见表1。

表1 水平预裂爆破试验参数

2.3 施工方法

采用手风钻钻孔，钻孔下倾角控制在1°以内，装药采用不偶合间隔装药型式，用竹竿固定导爆索与药卷装入孔内。爆破孔采用直孔底部距预裂面0.5m，间排距为1.2m×1.0m，爆破孔内装准32药卷，单耗量取0.45kg/m3，起爆网络采用孔内微差非电导爆管爆破网络，爆破孔与预裂孔时差取100ms。

2.4 爆破效果

爆破出渣后对爆破效果进行检查，残留半孔率为95%，半孔爆破裂隙长度小于20cm，用地质锤锤击预裂面，岩体无空声、哑声现象。根据试验结果，监理、设计、地质单位同意使用水平爆破预裂与小梯段爆破相结合的施工方法，进行保护层一次开挖。出渣时为防止设备在装渣过程中破坏预裂面，要求留0.2m石渣用人工清理。

3 水平预裂爆破技术的实际运用

3.1 钻孔设备

水平预裂孔的钻孔设备根据不同的施工部位选用了D7液压钻机（宽度在4～10m的平台、马道）、100B钻机（宽度在10m以上的平台、马道）、手风钻（宽度在4以内的平台、马道）等钻机，孔径分别为准76、准89、准44。

3.2 爆破参数

根据与水平预裂爆破试验相同的分析和计算，施工时采用的爆破参数见表2。

表2 施工爆破参数

值得注意的是：ⓐ同孔径孔距取值：坚硬、节理裂隙发育岩体取小值，反之则取大值；ⓑ同孔径线装药密度取值：坚硬、节理裂隙不发育取大值，软弱、节理裂隙发育取小值。

3.3 爆破效果

a.残孔炮孔半孔率满足规范要求。

b.相邻两孔平整度基本控制在15cm以内。

c.基岩面超挖值90%部位控制在20cm以内。

d.基础面岩石弹性波测试采用钻孔与面波两种测试方法，测试结果满足技术要求。

4 存在的问题

a.预裂钻孔精度控制需进一步加强。

b.残留半孔在药卷部位局部留有爆破裂隙，装药型式需进一步改进。

c.对于节理裂隙发育和软弱岩体，效果较差，应预留0.2～0.3m左右的撬挖层。

d.根据岩石的变化情况应及时调整爆破参数。

e.出渣时，为防止设备在施工过程中破坏预裂面，应保留厚度不小于0.2m石渣，用人工清理。

5 结语

近年来，水平预裂爆破技术在大中型水电站岩石基础面开挖中已越来越多的被采用，相对于常规保护层开挖方法而言，只要爆破参数选择合理，采用水平预裂爆破技术的方法进行施工，开挖质量更能得到保证，大多数部位要比常规保护层开挖快，并且工程成本相比较要低。实践证明：水平预裂爆破技术取代常规保护层开挖方法是可行的，并且大有发展空间。