预裂爆破在锦屏一级大坝右坝肩开挖施工中的应用

汪丹峰

(葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概述

锦屏一级水电站大坝为混凝土双曲拱坝，坝高305m，是目前世界上在建的第一高拱坝，右岸坝肩最高开挖高程1885m，最低开挖高程1650m(一期开挖至1720m高程，二期开挖高程为

1720m～1650m)。

坝肩拱肩槽石方采取分层梯段开挖，层高为5m～10m，松动爆破，马道预留2.5m～3m保护层。高程1850m以下主要采用QZJ－100B支架式钻机钻孔，辅以气腿钻和手风钻造孔，人工装药，边坡预裂或光爆。马道保护层采用气腿钻造孔，水平光爆。梯段爆破采用R700液压钻机钻孔。

2 开挖施工

2.1 开挖施工原则

所有石方边坡开挖全部采用预裂爆破施工技术，以满足设计开挖体形要求，开挖遵循自上而下分层进行，施工中按设计要求做成一定的坡势，以利稳定。在开挖过程中，开挖边线外侧部位和马道内侧位置设置排水沟，排除坡积水，同时避免边坡及马道积水。对于边坡易风化破碎或不稳定的岩体，先做好施工安全技术措施后对该部位进行挖除，做到边开挖边支护。在有断层和裂隙等地质缺陷的部位，要等支护作业完成后才可以进行下一层的开挖。

在开挖面靠近马道或平台设计高程时，各级马道及平台预留2.5m～3.0m保护层，保护层采用气腿钻或手风钻水平造孔，采用水平预裂爆破。在马道的外侧，分别设置马道护栏，以免危石坠落危及下部施工人员。

2.2 施工方法

坝肩岩石开挖采取边坡预裂、梯段微差爆破自上而下分层进行。马道位置主爆孔预留3.0m厚保护层，保护层采用手风钻造水平孔预裂爆破。

2.2.1 造孔

边坡开挖厚度较大时按梅花形布孔，主爆孔采用R700液压钻或CM－351造孔，孔径φ80mm～φ105mm，根据爆破试验确定间排距为3.5m～5.0m×1.5m～3.0m;预裂孔孔径φ90mm，采用QZJ－100B潜孔钻造孔，间距80cm。岩石或梯段钻孔深度≤4.0m时，采用人工用手风钻浅孔爆破。

2.2.2 装药、堵塞、联网

一个爆区梯段造孔全部完成后装药，均采用人工装药，主爆破孔以乳化炸药为主，采用连续装药结构;预裂孔采用乳化炸药，为不耦合间隔装药;岩石爆破单耗药量初按(0.4～0.55)kg/m3确定，后根据爆破试验及多次爆破效果，确定单耗药量为(0.45～0.5)kg/m3。梯段爆破采用非电毫秒微差爆破网络，各孔用沙土良好堵塞，主爆孔堵塞长度2m～2.5m，预裂孔堵塞1.0m～1.5m。

分段起爆药量按设计要求，拱坝坝基面预裂孔最大单响药量不大于20kg;一般梯段爆破要求，距建基面30m以外单响药量不大于200kg，30m～15m不大于100kg，15m以内不大于50kg。

2.3 坝肩拱肩槽开挖施工

拱肩槽预裂孔主要采用QZJ－100B潜孔钻造孔，由于QZJ－100B钻机本身结构尺寸，决定了需要一定空间满足架钻要求，故拱肩槽建基面开挖时采用超欠平衡的控制方法。即每一梯段预裂孔开口处欠挖10cm(手风钻修顺小错台)，孔底处终孔时，孔深5m以内，超挖10cm;孔深5m～10m，超挖20cm控制;孔深10m～15m，超挖30cm，满足拱肩槽开挖偏差不大于±35cm的技术要求。

缓冲孔与爆破孔平行，缓冲孔与预裂孔之间的垂直距离控制在1m～1.5m之间，以此保证建基面受到的爆破扰动最小。建基面范围内爆破孔采用R700液压钻或CM－351潜孔钻造孔，爆破孔孔底距预裂面垂直距离不小于2.5m。

陡缓边坡相接处开挖。当相邻建基面变化由陡变缓时，考虑预裂缝底部的延伸，在孔底预留0.3m～0.4m保护层;当相邻建基面变化由缓变陡时，孔底可不留保护层，钻至设计高程。当一次预裂到设计开挖线底线时，预裂炮孔比梯段炮孔短5倍孔径(一般0.5m);当一次预裂到设计开挖底线时，预裂炮孔与梯段爆孔超深相同。缓边坡造预裂孔之前，用手风钻在缓边坡上开挖出能放置QZJ－100B钻机的空间，之后用QZJ－100B钻机造预裂孔。

最后在每梯段开挖完成后，使用手风钻将梯段间的小错台修顺。

2.4 开挖爆破设计

结合右岸坝基开挖的地质条件，进行设计计算，类比选用，确定爆破参数。在施工之前，进行爆破试验加以验证，不断调整、优化爆破参数。

2.4.1 预裂爆破

2.4.1.1 孔距a=(8～12)D。其中，a为炮孔孔距(mm);D为钻头直径(mm)。

QZJ－100B型潜孔钻，钻头直径为90mm，故a=(720～1080)mm，强风化岩石取小值800mm，微、新岩石取大值1000mm。保护层预裂孔采用气腿手风钻造孔，钻头直径为42mm，炮孔孔距为450mm～500mm。

梯段预裂爆破孔药卷直径选用φ32mm，保护层预裂爆破孔药卷直径选用φ25mm。

2.4.1.2 线装药密度。锦屏一级水电站坝区工程岩体主要是大理岩、钙质绿片岩，平均饱和湿抗压强度较大，根据经验潜孔钻造孔预裂线装药密度为(300～350)g/m，气腿手风钻造孔水平预裂线装药密度为(280～300)g/m。线装药密度需根据试验情况作调整。

2.4.1.3 装药结构。底部1.0m～1.5m加强装药2～3倍，炮孔孔深中间以下部分与底部装药之间，线装药密度比上半部分多出100g/m左右，炮孔顶部1m～3m线装药密度适当减小。孔口段用炮泥、沙子或岩粉堵塞1.0m～1.5m。

2.4.1.4 起爆。预裂炮孔和梯段炮孔若在同一爆破网络中起爆，预裂炮孔先于相邻梯段炮孔起爆的时间，不得小于75ms～100ms。预裂孔最大单响药量应通过试验确定，拱坝坝基面预裂孔最大单响药量暂按不大于20kg控制。当药量超过规定时，应根据预裂部位的具体情况进行串联分段起爆。

2.4.2 梯段爆破

2.4.2.1 主爆孔参数。本标工程主要梯段爆破高度按H=10m设计，超过10m应做相应调整。爆破孔径d=80mm～105mm。超钻c=0.5m～0.8m。岩石爆破单位耗药量(0.4～0.55)kg/m3。

各梯段高度的爆破参数见表1。具体实施时，根据爆破监测成果、爆破效果对参数不断进行调整。

表1 梯段主爆孔爆破参数

2.4.2.2 缓冲孔参数。紧邻设计边坡的2～3排梯段炮孔应作为缓冲炮孔，其孔距、排距和每孔装药量，应较前排梯段炮孔减少1/3～1/2。辅助孔因间排距较密，单孔装药量较小，为了获取较好的爆破效果，堵塞长度分两段进行。其中，第一段封堵布置于辅助孔中部，第二段封堵布置于孔口，装药结构采用分两层连续不耦合装药结构，采用石渣分层堵塞。

3 拱肩槽预裂质量控制措施

3.1 钻机老化，钻孔没有导向装置

根据现场跟踪检查钻机易磨损，钻机滑动导轨因长时间使用间隙过大，直接影响钻孔质量，钻机孔向不易控制。根据此种情况对钻机进行技术改造或更换，对钻机改进，增加两套导向装置，第一套导向环可以减小冲击器的开孔误差，第二套待冲击器钻进1m后安装，可以减小钻杆摆动影响预裂面效果。

3.2 钻杆刚度不够

在右坝肩开挖中，采用的φ50cm钻杆易弯曲，样架变形，致使钻孔易出现飘钻现象，影响预裂面质量。对常规使用的φ50cm钻杆改换为刚度较好的φ60cm钻杆，并在施工中对弯曲钻杆进行清理，及时更换。消除了钻杆弯曲造成的钻孔偏差，保证不因钻孔偏差造成平整度偏差。

3.3 量角器精度不够

原采用自制手工量角器，精度偏差较大，钻杆角度不易控制，造成开挖面平整较差。采用数显量角器，满足过程控制精度要求，确保了不因检验误差而影响钻孔误差，保证了开挖平整度。

3.4 根据围岩变化调整爆破参数

开挖面围岩变化较大，主要分为Ⅱ类、Ⅲ类大理岩，岩面局部布有断层破碎带，在施工过程中应根据围岩变化进行参数调整。针对未根据岩石变化调整爆破参数问题，根据设计地质预报和开挖岩石情况以及爆破振动监测阶段成果报告，对右坝基爆破设计参数优化，预裂孔距由80cm改为60cm，线装药密度由350g/m改为300g/m，φ32mm直径的药卷改成φ25mm，并随时根据开挖地质情况进行微调，避免了不因爆破药量偏大造成的超挖。

3.5 施工样架搭设

在进行预裂爆破准备工作时，样架搭设固定锚筋较少，扣件连接不牢固，造成施工过程中样架变形较大，直接影响了预裂面效果。因此，采用质量较好的标准钢管与［10槽钢搭设钻孔样架，样架下部和上部使用手风钻钻孔打入一50短钢管扣件与样架进行固定，使样架牢固不变形。

4 右岸拱肩槽预裂开挖效果

在预裂爆破开挖施工前，有爆破设计进行指导，根据爆破效果不断调整参数，对钻孔机具预裂样架进行技术革新，使预裂面质量不断提高。经阶段性验收和专家咨询检查，我部施工的坝基开挖施工质量得到肯定，认为在同类型高拱坝坝基开挖中，质量达到国内较高水平。坝基1780m～1650m高程开挖，被业主、监理评为锦屏工程“样板工程”。

〔1〕刘殿中．工程爆破使用手册．北京:冶金工业出版社，1999.