水库高边坡爆破开挖施工方案研究

江文强

(江西省水利水电开发有限公司，南昌 330000)

1 概 述

水库大坝工程建设可改善区域水资源短缺、时空分布不均匀等问题。同时，可缓解下游洪涝灾害等问题，生态、经济及社会效益显著[1-3]。为了提高水库蓄水量，水库往往修建于山区，但高水位带来的水压力导致坝肩、坝基土强度要求较高，因此水库坝址通常选取为基岩段[4]。然而高强度的基岩，开挖施工难度较高，一般情况下，为了提高开挖效率，往往采用爆破开挖的方式[5-7]。结合江西省铜鼓县河湖水系生态保护与综合治理工程葛藤坳水库高边坡开挖，对爆破开挖方案进行分析。

2 工程概况及基本地质条件

铜鼓县备用水源工程葛藤坳水库坝址位于铜鼓县城西大沩山林场附近，距铜鼓县城约16 km，坝址以上控制流域面积8 km2，主河道长7.1 km，属于武宁水支流大感桥水流域。拟建坝顶▽371.74 m，最大坝高37.44 m；水库正常高▽367.00 m，总库容为97.3×104m3，P=1%的校核洪水位为▽370.24 m，水库P=5%的设计洪水位为369.51 m。

工程区域处于九岭山脉，最高山峰为云台山海拔826 m，一般山峰高程为400～700 m，为中低山和构造剥蚀丘陵地貌。坝址区主要地层有第四系冲洪积层：砂卵石层，卵石成份主要为变质砂岩，主要分布在河床内。残坡积层：黏土夹碎石土，碎石主要为强风化变质砂岩变质砂岩风化残积形成，主要分布在山坡山麓处。中元古界双桥山群(Ptsh)：变质粉砂岩，青灰色，中厚层状为主，局部薄层状，岩质较硬，风化后呈灰黄色，区内分布广泛。

根据设计方案，河床以上部分开挖最大高度约85.99 m，沿坝轴线方向共设有13级边坡、12级马道。其中，左岸部分开挖边坡坡比1∶0.4～1∶0.85，马道宽2.5 m，单级边坡开挖高度9 m；右岸部分开挖边坡坡比1∶0.7～1∶1.5，马道宽2.5～4 m，单级边坡开挖高度9 m。

河床以上部分开挖总量约6×104m3，其中石方开挖约5.5×104m3，土方开挖约0.5×104m3。

3 施工工艺技术

3.1 大坝、取水口基础开挖分区与开挖顺序规划

大坝右岸开挖边坡自422.79至334.4 m，高达88.6 m，设9级边坡开挖，每级边坡开挖高度9.0 m，每级边坡设为一个开挖区，编号为右Ⅰ区、右Ⅱ区、……、右Ⅸ区；左岸开挖边坡自369.3至334.4 m，高达35.0 m，设4级边坡开挖，设5个开挖区。取水口基础位于大坝左岸第3级马道开挖之间。见图1。

图1 大坝开挖分区规划示意图

大坝基础开挖主要集中于右岸，所以在开挖安排上，优先安排右岸的开挖；左岸开挖作为调节工作面，其开挖顺序见图2。

图2 大坝各区开挖顺序流程图

3.2 爆破施工

本工程石方开挖特点是：开挖工程量不大，但边坡开挖高度较高，高达80 m，属于狭长型坡面基础开挖或沟槽开挖。对结构尺寸要求高，预裂爆破、光面爆破或底板保护层开挖所占比重较大。

3.2.1 爆破方法和钻爆手段

除边坡、沟槽及建基面采取控制爆破外，其它部位主要采用梯段爆破。钻孔设备采用YQ100B快速钻，钻孔孔径为91 mm，孔排距根据爆破试验成果确定，临近建基面的梯段孔底高程控制在保护层顶面，其它部位孔深要深入下层0.5～0.8 m，即超深0.5～0.8 m。在装药方式上，边坡预裂采用绑扎竹片实行间隔装药；梯段爆破的主爆孔采用孔内连续装药，深孔梯段松动爆破。底板岩体保护层的预留厚度根据装药药卷直径拟定，初拟保护层厚度为2 m。

边坡开挖区的第一层开挖、底部保护层石方开挖、各类石方槽挖以及其它边角小范围内石方开挖适宜采用浅孔爆破。左岸边坡由于开挖厚度较薄，梯段爆破与边坡控制均采用手风钻造孔，边坡实施光面爆破。

光面爆破采用间隔装药，装药结构一般分为孔口堵塞段、正常装药段及底部加强段，孔底部放1～2个标准药卷，堵塞段一般为炮孔深度的1/4～1/5。手风钻造孔，孔径42 mm。孔内采用经沿轴向对半剖的φ32 mm乳化炸药间隔绑扎在竹片上，光面爆破后于主爆区起爆。光爆孔采用导爆索同时起爆，但在需要控制一次起爆药量的部位，可进行分段起爆。

边坡开挖区的第一层开挖，主要是由于开挖区原始山坡陡峭，为形成施工作业平台或形成简易施工道路而采取的开挖手段。施工时采用手风钻造孔，依地形情况孔深为1.5～4.0 m，浅孔梯段爆破，靠近设计边坡轮廓线采取光面或预裂爆破开挖，见图3。

图3 各区首层开挖钻爆手段示意图

需实施底部保护层石方开挖的部位在主爆破区开挖时，临近建基面部位均预留厚约2 m的垂直保护层(具体厚度根据爆破试验确定)，根据施工进度需要，底部保护层拟采用保护层一次爆破成型技术，齿槽等沟槽部位拟采用手风钻造孔分层爆破或实施水平预裂爆破。见图4。

图4 底板岩体保护层钻爆示意图

沟槽开挖属掏槽爆破，拟用预裂爆破法或光面爆破法进行施工。预裂爆破法先在两侧设计坡面进行预裂，预裂孔可一次钻到设计高程，尔后按预留垂直保护层进行中部分层梯段爆破。光面爆破法，先进行中间梯段爆破，最后进行沟槽两侧缓冲爆破或光面爆破，采用非电毫秒雷管联网起爆。

3.2.2 爆破参数

根据各层开挖梯段高度、边坡斜长、岩石地质情况及爆破开挖方式，暂定爆破参数见表1-表3。实际施工中，将根据爆破试验和爆破效果进一步调整爆破参数。

表1 浅孔梯段爆破参数表

表2 深孔梯段爆破参数表

表3 边坡预裂或光面爆破参数表

3.2.3 爆破网路

石方开挖钻爆工作面多处与混凝土施工工作面间距离较近。这些部位在石方爆破开挖过程中，为减少爆破震动，防止破坏新浇混凝土的质量，须采用单孔毫秒微差网路起爆。利用孔间分段的方法，控制最大单响起爆药量、创造后排工作面，确保边坡、建基面和新浇混凝土的安全以及控制爆破飞石，减少开挖部位之间、开挖和其它工序之间的影响。有些部位需要从中间先开工作面时，采用V形起爆网路，预裂前沿一般采用排间起爆网路，邻近开挖区边界一般采用单孔微差起爆网路，如泄水闸闸室齿槽等各槽挖部位的中间成槽。V形起爆网路见图5；一般排间起爆网路见图6；邻近开挖区域边界部分的起爆网路见图7。

图5 V形起爆网路示意图

图6 一般排间起爆网路示意图

图7 单孔微差起爆网路示意图

4 结 语

1) 葛藤坳水库高边坡基岩强度高，采用机械开挖难度大，结合工程经验，采用爆破开挖方式可提高工程施工效率。在施工过程中，需要严格按照施工工序进行，以保证工程安全。

2) 根据工程经验，提出了相关爆破开挖试验参数。在工程实施过程中，需通过爆破试验，进一步优化爆破参数。

3) 爆破开挖施工具备一定的风险，需要总结爆破试验中飞石距离、震动衰减等参数，为工程设计及施工安全措施提供参考。