深孔预裂爆破技术在水电站高边坡开挖施工中的应用

刘金鹏

【摘要】修建水电站工程中，针对其中出现高边坡的情况需要给予高度重视。下文结合某水电站的建设情况分析开挖高边坡的情况，即通过梯段爆破以及深孔预裂爆破的技术有效减少边坡的扰动，同时充分保障边坡安全性以及稳定性。

【关键词】深孔预裂爆破技术；水电站；高边坡；开挖；施工；应用

前言

水电站建设中，比较常用的一项技术就是预裂爆破，参照爆破机理分析，在预裂爆破后，此时的岩体当中就会出现裂缝，而且会贯穿在整体的岩体中。在实施爆破中，其中的主炮孔逐渐释放应力波，并通过裂缝而可以反射或是吸收应力波，此方式可以在很大程度中发挥屏障的作用，从而防止岩体承受较大的破坏性。在岩體中所出现的贯穿裂缝，则很好地展示出爆破已经达到预期目标。在本文中，结合某地的水电站建设情况分析高边坡实施开挖的情况，希望可以对同类型工程带来一定的参考价值。

1、工程案例分析

某地建设的水电站位于河流的干流梯级段，此工程属于河床式的开发，而且水库在正常条件下的蓄水位可以达到472.60m，而总的库容是6860.2万m3，其中电站的额定水头大约是13.50m，引水流量是253.5m3/s，而电站中的装机容量是30MW，机组属于贯流式。通过统计此水库多年的发电量可知，平均值大约是12718.1万kW·h。其中电航枢纽需要建设的建筑物包括：船闸、左岸的连接坝段、发电厂房、13孔的泄洪冲砂闸、右岸连接坝和开关站。在厂房区域中，其主要作用是拦河枢纽，在设计中主要布置于右岸。主机间和安装间布置方式如下：安装间位于主机间的右侧，而开关站的布置则在安装间的下游侧之岸，其中进口的建筑物有：进水前池、拦沙坎、护坡、上游的厂闸导墙以及上游右侧的岸墙。其中进水前的池上游中设置对应的拦沙坎，而在左侧则连接的是上游厂闸，主机间的顺水流宽大约是18.4m，而沿着坝轴线的方向其长度是31.32m；安装间中的沿坝轴线长度是28.31m，而顺水的流向是18.31m，和主机间设永久的沉陷缝。由于厂房的位置处于河床和漫滩的边缘，其中覆盖层的厚度是9.7m至13.8m，而下伏基岩是J2s2-5 的粉砂质泥岩，同时还夹杂着泥质粉砂岩，对于强风化的岩体部分，其厚度是0至4.5m。而弱～微的风化岩体岩中，石质量的指标是71至95%，而在饱和状态下，抗压强度大约是6.7至9.0MPa，其中岩体工程中的地质分类是IVc1类。开挖高边坡工程中，其高程是m至m，而垂直开挖的高度则是85m，m至m中开挖的坡比是1：0.5，m至m通过垂直开挖，其中石方开挖中的工程量达到万m3。

2、概述深孔预裂爆破定义、作用机理及相关影响因素

2.1定义预裂爆破

所谓预裂爆破，事先设计开挖的轮廓线，然后打一排孔，并保持平行炮孔，将其作为预裂孔，并在预裂孔中装药，通过不耦合的方式装药，开挖区中的主爆孔实施爆破之前，需要在轮廓线中的位置做好预裂孔，并沿着之前设计的轮廓线使之逐渐形成平整预裂缝，再实施主爆破孔组。此技术和光面的爆破有十分显著的区别，即预裂的爆破中的岩石实施开挖前，可预先设计轮廓线，使得爆破具有一定的宽度裂缝，整个爆破网络当中，起爆最先，光面爆破则最后是起爆。

2.2深孔和深孔爆破含义

一般情况下，深孔指的是孔径在75mm以上、深度大于5m，而且通过深孔钻机钻而进行炮孔。深孔爆破则指的是事先修建好台阶（或者是梯段）而进行钻孔并开展作业，完成钻深孔工作之后，装入延长的药包实施爆破。在深孔爆破中，破碎的质量比较好，而且破碎块度可以很好达到工程的要求。

2.3作用机理

采用预裂爆破的技术，作用机理如下：第一，在完成预裂爆破之后，岩体当中就会逐渐形成贯穿裂缝，此裂缝可以反射或者是充分吸收起爆主爆破孔中应力波，从而发挥其屏蔽的作用，这就有效减小岩体所受到的破坏程度，同时也进一步提升预裂爆破效果。

2.4影响因素

第一个因素是地质条件以及岩石物理力学的性质，在实施预裂爆破施工中，主要的参数都是和地质条件以及岩石物理力学的性质之间有十分密切的关系，所以这就要求在设计预裂爆破过程中需要掌握准确岩石力学的性能相关参数，从而提升预裂爆破中参数准确度；第二，不耦合的作用，在施工中，不耦合作用主要针对装药和孔壁间隙而降低爆破所释放在孔壁之上初始的压力。结合实践情况可知，通常情况下，不耦合的系数范围是2～4内就可以得到十分良好效果。但在线装药的密度之下，此时不耦合的系数则需要结合孔距减小并进行适当的增大；第三，装药结构，由于细长药卷之间的间隔在装药起爆中具有重要作用，此时就需要依靠炮孔中的沿孔全长而敷设对应的导爆索，然后通过炮孔孔底而发挥其夹制的作用，在孔底的装药量就会增加为2至3倍；第四，设计起爆时间，在施工中确保减震的效果，预裂孔超前设计在主爆破孔前，超前的时间为左右。然而遇到含水量或者是松软岩体的情况，需要做好防止预裂缝的工作；第五，钻孔质量，通常情况下，钻孔属于平面上，此时垂直在钻孔的平面中所发生的偏差需要保持其低于20cm，并且孔底需要保持其可以处于同一条线之上，而偏差低于15cm。

3、预裂爆破相关参数

3.1炮孔布置情况

在施工中为了能够有效控制对应造孔的角度，进而有效提升开挖的质量，此时在预裂爆破孔中则就可以通过阿特拉斯的钻机进行造孔，其中造孔的直径是70mm。结合施工经验可知，预裂孔的间距范围大约是60至80cm。针对预裂爆破的深度设计过程中，则需要结合岩石情况以及实际的设计结构而进行综合确定，在原则上就需要通过深孔而预裂。如果遇到岩石较差的情况，就可能给会导致造孔深，进而引起塌孔的问题，同时也影响爆破的效果，针对这一情况则需要通过预裂的孔钻孔深度和阶梯段保持同步高度进行施工。相关参数见表1。

3.2炮孔装药情况

在装药中采用的是32mm的硝铵炸药，通过间隔的不耦合方式装药，此时结合岩石的情况而控制好线装的药密度，拟定是250至g/m，而针对泥岩以及强风化的岩体情况，则可以采用的是250，而较完整的砂岩则通过250，预裂爆破具体的施工见图一。

4.爆破情况

4.1相关要求

结合工程中的石方开挖情况，造孔太深的情况就会导致塌孔梯段，此时通过阿特拉斯的履带钻机实施造孔，而在局部的边角则辅TY-28手风进行钻造孔，具体布置情况见下图二。

4.2布孔

从梯段的爆破施工实践 情况可知，為了能够进一步提升爆破的效果，以及减少爆破中出现大块径的爆碴，此时就需要做好布孔工作。爆孔采用的是斜孔形式。在一次性的爆破工程量中可以通过多排孔微差的方式进行爆破，通过布孔结构形式进行安排，而在爆破孔的布置方面可设置为梅花型。具体情况见图三。

4.3参数分析

在施工中，每梯段中的爆破实施开挖面积是m2，而布孔一共是15排，爆破孔是165个，梯段的爆破孔距参数如下表2

当a取值是1.25b的情况下，第一排的排距是，而第二的排孔和后排距是b1.73m。

对于单孔装药量（）而言，在第一排的孔单中孔装药量；而第二排孔和后排孔中单孔的耗药量等于kqabH，在此式子中，其中的k是克服了前排中孔岩石的阻力系数，一般取值是

1.1至1.2，在k=1.1的情况下进行计算：

。

在设计超深方面，主要的目的是克服台阶中的地盘夹制，保障爆破之后不会出现留岩坎的情况，提升底部的平整性。在梯段爆破的施工经验中，超深h可以参照如下的公式进行计算，即，其中H的取值是5m，台阶的高度较小情况下，其取的超深h则等于。

对于孔深L而言，孔深主要通过台阶的高度以及超深确定，其中倾斜孔中的孔深 L等于，此时可以得到实际设计情况见下图四。

结束语

通过上述具体工程案例分析，在高边坡的开挖中通过预裂爆破的技术，能够在实践运用过程中发挥积极作用，防止岩体承受较大的破坏性。在岩体中所出现的贯穿裂缝，则很好地展示出爆破已经达到预期目标。

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