岩基深窄齿槽爆破开挖技术在宜昌西北口水库工程中的应用

管芙蓉 王力军

(1.湖北水总水利水电建设股份有限公司， 湖北 武汉 430034;2.湖北省汉江兴隆水利枢纽管理局， 湖北 武汉 430062)



岩基深窄齿槽爆破开挖技术在宜昌西北口水库工程中的应用

管芙蓉1王力军2

(1.湖北水总水利水电建设股份有限公司， 湖北 武汉 430034;2.湖北省汉江兴隆水利枢纽管理局， 湖北 武汉 430062)

岩基深窄齿槽开挖难度较大，爆破设计是其中最重要的一个环节。本文主要从爆破设计方面出发，根据现场条件和施工要求，论述了如何进行爆破方案选择和数据计算，对爆破结果进行分析，并根据分析结果对爆破方案和参数进行反复调整，以达到工程施工前设定的要求。同时，对破碎深度临界值进行了探讨。

深窄齿槽； 爆破开挖； 技术； 应用

1 工程概况

宜昌市西北口水库是中国第一座混凝土面板堆石坝水库，位于宜昌市境内黄柏河中游。工程由钢筋混凝土面板堆石坝、右岸溢洪道、左岸泄洪洞、左岸发电兼防空洞和发电站五大建筑物组成。设计水位322.00m，总库容2.10亿m3，西北口水库是一座以灌溉为主，兼有发电、防洪、拦沙、养殖等综合利用的大型水库。

该次应急加固工程主要为左岸泄洪洞续建尾工工程，包括泄洪洞洞身底板混凝土、三段顶拱混凝土衬砌、出口挑流鼻坎和进口导墙加高至设计高程等施工任务。施工项目多、工序复杂，各项目之间因工程自身条件相互干扰较大，且工期紧，要求在汛前完工。

2 开挖位置

齿槽开挖位于山脚凹陷处，紧靠泄洪洞出口底板，距管理局办公楼和设备停靠点大于100m。开挖面的表面有约0.80m厚岩石层被以往的爆破开挖炸裂，容易形成大块，且难成形。地质勘探挑流鼻坎基础全部为灰岩，层间走向基本水平，层厚60～80cm，节理裂隙发育一般。设计齿槽开口宽3.20m，底宽1.60m，开挖深度8m，外侧边坡90°，内侧边坡1∶0.20，设计如图1所示。

图1 齿槽开挖设计

3 开挖方案设计及施工

3.1 总体方案

开挖总方量约300m3。在工程施工进度计划中，齿槽开挖处于关键线路上。开挖施工需在围堰防护下施工，围堰一旦形成，必须立即开挖。在开挖及出渣设备选型方面，投入大型专用设备不仅在经济上不合理，而且大型设备安装及拆除都占用较多时间，工期不允许。

结合工程的地质情况和工程特点与要求，初步确定的施工方案是采用爆破方法自上而下分层开挖，水平分段爆破，人工手风钻钻孔，浅孔松动爆破。施工工序及方法是先在槽中间掏先锋槽，然后向两侧扩大开挖，人工配合风镐破碎较大块径石渣、人工装渣手推车出渣，边坡采用光爆配合风镐修边。为配合手推车人工出渣，在爆破设计上应保证爆破后的石渣粒径能方便人工上料，但又不能因此对边线产生破坏。

为提高施工速度，在施工过程中，还需根据每一次的实际爆破效果对爆破设计方案和参数不断进行调整，以求下层的爆破开挖达到更好的效果。

3.2 齿槽口开挖

3.2.1 爆破设计

对于齿槽开口的爆破方案选择，在边线控制方面需考虑对表层超挖的控制，第一次爆破设计时确定采用光面爆破加减震孔的方式进行控制。结合总体方案，设计采用先锋槽、松动爆破、光爆孔控制边线加边线减震孔的方式。炮孔布置及起爆顺序见图2。

图2 齿槽口开挖炮孔布置及起爆顺序

各孔参数确定及装药量计算如下：

a.掏槽孔孔深为1.80m，排距0.50m，孔距0.60m，岩石级别13级，采用φ32防水乳化炸药，按标准抛掷爆破计算，其炸药单耗考虑在松动爆破用药量的基础上增加1/3，取0.73kg/m3。单孔装药量=0.73×0.50×0.60×1.80=0.39kg。

b.松动爆破孔(主爆孔)两排，浅于掏槽孔，孔深为1.6m，孔距0.80m，炸药单耗0.55kg/m3，其单孔装药量=0.55×0.80×0.60×1.60=0.42kg。考虑到主爆孔距开口边线较近，为防止对基岩表面造成破坏，其用药量在此理论计算量的基础上略有减少。

c.光爆孔孔距0.50m，孔深同松动爆破孔深为1.60m。松动爆破后，光爆的最小抵抗线约0.20m，炸药单耗为0.25kg/m3，则线装药密度为Qx=0.25×0.50×0.20=0.025kg/m。

d.减震孔与光爆孔布置于同一条线上，兼作边线控制孔，孔距0.50m，孔深为光爆孔的2/3。

e.起爆网络采用电雷管串并联起爆，孔间微差，电力起爆，光爆采用主导爆索引爆各孔孔口支导爆索，火花起爆。起爆顺序见图2。

3.2.2 钻孔施工方法

钻孔采用五台手风钻同时钻孔，孔径42mm。外侧垂直边坡比较好控制，直接靠作业人员观测控制。内侧1∶0.20边坡用手风钻不好控制，采用垂直孔成阶梯状接近，钻孔时可稍向槽内倾斜。

3.2.3 开挖效果及改进

按以上计算参数进行开挖，施工后的实际效果基本达到预期要求，槽身两边尺寸控制得很好，但存在以下两个问题：ⓐ在开口表面有超挖现象；ⓑ预期开挖深度为1.30m,实际开挖深度为1m。对这两个问题的原因分析及改进方法如下：

a.开口表面有超挖。造成开口表面超挖原因主要是表层岩石的表面无约束，爆破抬动了开口线以外的岩石。改进方法是在岩基上开口时，减少主爆孔的用药量，同时将开口边线由光爆加减震孔组合的方式改为预裂爆破以消除爆破时对开口线外岩石的抬动。

b.开挖深度没有达到预期效果。造成开挖深度没有达到预期效果的原因可能有两个：ⓐ槽身过窄，在仅有一个向上临空面的情况下，炮孔下段的岩石会因深度增加而造成向上的位移越来越小，在一个临界深度以下时，岩石向上的位移基本等于零，仅仅只受到爆破气体的挤压作用但因无位移空间造成无法打破岩石分子链，即在临界深度以下时岩石基本无破碎，这个结果还可能因为存在部分破碎不完全的岩石而对下一次的钻孔造成困难；ⓑ用药量不够，改进方法是爆破设计深度以临界值为准、加大底部用药量，重新调整设计参数。

3.3 槽身开挖

根据以上分析，设计调整思路后，齿槽口以下槽身开挖炮孔布置及起爆顺序设计见图3。

图3 槽身开挖炮孔布置及起爆顺序

爆破参数重新设计并计算后见下表。

槽身开挖爆破设计参数表

边线控制仍然采用光爆方式。

爆破后，清渣采用人工装手推车，可旋转卷扬机起吊至槽口以上，推运至附近，集中用反铲清挖装自卸车。槽底部松动岩石采用风镐撬挖，注意松动部分应撬挖干净，否则会对下一层的风钻钻孔造成施工困难。

尽管每一层的钻孔孔深降至1.30m，但每一层爆破后的实际开挖深度基本稳定在0.50～0.60m，加大药量无明显效果，与原因分析中的第一条比较相符，说明了破碎深度临界值存在的可能性，但需要进一步论证。

3.4 出渣

齿槽开挖出渣为垂直上升出渣，出渣速度直接影响到开挖的进度，因此出渣方式的选择相当关键。第一层采用挖掘机出渣后，以后各层因齿槽宽度及边坡坡度原因，已不可能再采用挖掘机出渣。实际出渣采用的是两台自制的可旋转式电动扒杆，人工装手推车、扒杆吊手推车出基坑、人工推运至附近、装载机装渣并由自卸汽车运至弃渣地点。

3.5 第二次改进

实际施工时，为利于人工清渣，主爆孔的装药量按标准抛掷爆破计算，即在上述数据的基础上增加1/3，其他孔的装药量不变。

在开挖过程中，随着槽身宽度逐渐变窄，开挖越来越困难，在最后2m深段采用预留垂直边坡保护层方式，即每次开挖层只爆破掏槽孔和主爆孔，上一层的保护层采用光爆方式开挖，与本层同时爆破，保护层的光爆孔深入下一层一定深度。

开挖后的效果见图4。

图4 齿槽开挖成形

3.6 爆破安全措施

工程采用了微差爆破法，尽量分散一次起爆药量，并尽可能多地利用临空面，严格控制爆破振动效应对泄洪洞出口及山体边坡的影响。合理布置好孔排、间距、起爆顺序，使炮孔充分利用，严格控制爆破飞石不超过50m。对邻近重要设施进行掩体覆盖，避免爆破作业对其影响。严格按《爆破安全规程》操作执行，确保爆破施工安全完成。

4 经验及总结

在不能采用专用施工设备情况下，要顺利完成岩基上的深窄齿槽开挖，关键在于爆破设计及实施方案的选择。在项目实施中，先后对爆破方案和参数进行两次修正调整，较好地控制了开挖尺寸，爆破效果也符合人工配合手推车出渣的要求，质量和工期均满足了合同要求。对于该工程施工，总结以下几点经验：

a.在开口表面岩石有裂缝情况下，为避免超挖，宜采用预裂爆破以消除爆破对开口线外岩石的抬动。

b.在施工过程中，可以利用较多的临空面、倾斜孔，把最大段单响药量控制到最小，使爆破振动效应得到有效控制，并消除对周边建筑物和山体的影响。

c.钻孔及出渣是控制工期的关键，浅孔更有利于钻孔速度，一次的爆破方量对出渣速度并无影响。

d.一般情况下，同一层光爆孔与主爆孔是同一次爆破，但在该项目中，这种方法效果不理想。其原因是开挖面狭窄，主爆孔起爆后，石渣仍堆积在原处，光爆的临空面不好。实际施工中，将上一层的光爆孔深入下一层一定深度，充分利用其主爆孔造成的临空面，可以较好地控制开挖边坡线并加快施工进度。

e.因爆破设计以开挖边线外岩石不受损为前提条件，故破碎深度临界值与槽宽成正比，爆破最大单层设计进尺深度应以此为依据。

5 结 语

在整个爆破开挖过程中，由于孔、排距、起爆顺序合理，爆破方案得当，爆破效果完全符合人工配合手推车出渣要求。项目施工自开挖至混凝土开仓，前后总共耗时18d，质量及进度均达到了预期目标，并保证了施工安全。

[1] 张正宇.现代水利水电工程爆破[M].北京：中国水利水电出版社，2003.

[2] 纪云生，康世荣，陈东山,等.水利水电施工组织设计手册 第二卷：施工技术[M].北京：中国水利水电出版社，1997.

Application of batholith deep narrow tooth groove blasting excavation technology in Yichang Xibeikou Reservoir Project

GUAN Furong1, WANG Lijun2

(1. Hubei Shuizong Water Resources and Hydropower Construction Co., Ltd., Wuhan 430034, China;2.HubeiHanjiangXinglongWaterConservancyProjectHubManagementBureau,Wuhan430062,China)

Batholith deep narrow tooth groove has high excavation difficulty, and blasting design is one of the most important links. In the paper, how to select blasting plan, calculate data and analyze blasting results according to site condition and construction requirements are discussed mainly from the aspects of blasting design. Blasting plan and parameter data are repeatedly adjusted according to analysis results, thereby reaching the requirements set before project construction. Meanwhile, breaking depth critical value is discussed.

deep narrow tooth groove; blasting excavation; technology; application

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.12.002

TV542

B

1005-4774(2016)12- 0006- 04