预裂爆破技术在砂板岩超高边坡成型控制中的应用

金永刚

（中国水利水电第十二工程局有限公司，浙江杭州 310004）

1 概况

两河口水电站开挖Ⅰ标主要包括右岸坝肩坝基开挖支护、开关站边坡开挖支护及进水口边坡开挖支护，边坡开挖最高开口线高程为3165m，坝基最低高程为2580m，最大开挖高差为585m，开挖方量约为428万m3。边坡岩性以变质粉砂岩、粉砂质板岩向下游渐变为粉砂质板岩夹绢云母板岩及粉砂质板岩与绢云母板岩互层，岩性以Ⅳ、Ⅴ类围岩为主。

2 开挖爆破方案选择

两河口水电站边坡开挖高差大，开挖方量大，边坡成型质量要求高，经过比对初步拟定采用深孔梯段爆破，边坡采用预裂爆破。预裂爆破方式根据爆破试验选择双聚能预裂爆破或深孔梯段预裂爆破。

2.1 现场爆破试验

现场爆破试验主要针对双聚能预裂爆破与深孔梯段预裂爆破效果进行对比分析，共选择了六处具有代表性的岩石地段，每处分段布置双聚能预裂孔和普通预裂孔，装药爆破，并对爆破效果进行对比分析。

2.2 试验效果及结果分析

根据爆破试验结果，普通预裂爆破效果较理想，平整度残孔率均满足要求；双聚能预裂爆破后预裂面岩石破碎，平整度及残孔率均不满足要求。通过专家及技术人员分析，双聚能预裂爆破不适用两河口水电站的边坡开挖，主要原因如下：①两河口水电站边坡岩性以板岩为主，岩石层间裂缝多，双聚能爆破后易“漏气”，起不到聚能效果；②双聚能预裂孔孔距大，为1.2～1.5m，没有聚能效果，爆破后平整度不满足规范要求，相反普通预裂爆破由于孔距为0.7～0.8m，能够取得较好的效果。

2.3 爆破方案选择

结合爆破试验及工程地质条件，两河口水电站边坡开挖爆破拟采用深孔梯段预裂爆破。

3 施工工艺操作要点

3.1 测量放点

为保证开挖质量，预裂孔实行逐孔放点，逐孔放出预裂孔孔位、方位点，用红油漆标识，进行点位编号，点位偏差±1cm，方位点距孔位点不小于2.5m。缓冲、爆破孔分别在每一排两端、中间部位放3个控制点。放点结束后，采用编织袋压盖保护，防止点位丢失及人为破坏，钻孔前严格执行建基面开口线放样复核程序，由测量出具预裂孔测量放样单，现场对点位进行复核。

3.2 基础面清理平整

在进行样架搭设前，需对搭设样架部位的基础面进行清理平整，保证样架搭设稳定。清理平整由人工配合破碎机进行，局部可采用手风钻小炮进行修整。

3.3 样架搭设

样架采用普通脚手架钢管，按平台和设计坡比进行搭设，高度约1.7～2.3m，水平方向立杆间距为1.5m，沿平面或坡面布置，立杆采用手风钻钻孔，立杆入岩不小于50cm，插入钢管进行固定，水平小横杆和沿坡面的斜杆采用扣件和立杆固定。

样架完成后，安装YQ-100B潜孔钻，利用坡度尺、量角器及吊线锤进行质量检查，并对垂直度进行校核，发现问题及时调整。

3.4 爆破设计

爆破参数初拟如下，现场应根据地质情况进行优化调整。

（1）预裂孔爆破参数：①钻孔孔径：D=90mm；②孔距a：70～80cm；③孔深L：梯段按10m控制，孔深为12.93m，个别梯段可根据现场稍作调整，孔深控制在10～15m之内；④堵塞长度L2：1.0～1.5m；⑤不藕合系数：钻孔孔径/药卷直径≥2.8；⑥装药结构。

线装药密度：标准段为170～450g/m（除去底部加强和孔口减弱段），堵塞长度1.5m，采用黄土堵塞，堵塞段底部与药卷顶端用编织带间隔，编织带距药卷顶端5cm。

图1 预裂孔典型装药结构

装药结构：标准药卷按设计药量连续或间隔用胶布绑扎于竹片上，底部1.0m范围药量加强，孔口2m药量减弱，堵塞长度1.5m，采用φ32药卷间隔装药。典型装药结构见图1。

（2）缓冲孔爆破参数

缓冲孔孔径采用90mm，设计原则：距预裂孔排距1.5~2.0m、间距2.0m，距前排主爆破孔排距2.5m，堵塞长度为2.5m。

（3）主爆孔孔采用T35高风液压钻机造孔或CM351中风液压钻机，孔径为90mm。间距a为3.0～3.5m，排距b为2.5～3.0m，堵塞长度取2.5～3.0m；采用Φ70药卷连续装药。

3.5 钻孔施工

钻孔前，由测量人员对样架进行校核，并对每个预裂孔及缓冲孔孔点开口进行放样。

预裂孔及缓冲孔采用YQ-100B潜孔钻进行钻孔，主爆孔采用T35液压钻机钻孔。钻机就位后，从台阶边缘开始，先钻边缘孔，后钻中部孔。在钻孔过程中要随时对样架及钻机进行校对，确保钻孔方向、角度及深度符合设计要求。

钻孔结束后，及时将岩粉吹除干净，并对孔深进行检查，孔深不够的需加深，钻孔超深时，用岩粉对孔底进行补填若；钻孔时，随时将孔口岩碴清除干净并整平，防止掉入孔内；钻孔结束后要封好孔口，防止雨水将岩粉冲入孔内。

3.6 装药及联网爆破

预裂孔及缓冲孔按设计药量连续或间隔用胶布绑扎于竹片上进行装药，主爆孔采用直接连续装药。

主爆孔采用孔内5段非电毫秒雷管联网，孔外1段非电毫秒雷管联网；预裂孔与缓冲孔孔内采用导爆索联网，孔外采用1段和7段非电毫秒雷管延期联网，孔间不延时；最后通过电雷管和起爆器相连。起爆网络为一字型排间起爆，起爆顺序为预裂孔起爆后间隔50ms后依次起爆主爆孔，最后是缓冲孔。

3.7 爆后分析

实行一炮一分析的原则，在每次爆破完成后，组织相关人员对爆破后岩石地质条件、坡面平整度、残孔率等进行分析，确定爆破参数合理性，优化爆破设计。

4 质量控制要点

预裂爆破质量控制要点主要包括钻孔质量控制、装药质量控制等方面进行控制。

4.1 钻孔质量控制

（1）钻孔前质量控制。①预裂孔造孔前，必须制作样架，样架准确性由测量人员复核并经验收合格方可开钻；②搭设样架的钢管采用符合国家规范要求的标准钢管，不得采用不合格钢管，保证样架的刚度和整体稳定性。

（2）钻孔过程质量控制。①钻孔中，随时对样架进行检查校核，确保钻孔的精准，防止飘孔；②YQ-100B潜孔钻自带的限位器距离孔位点在1.0m以上，钻机开孔时冲击器易偏离孔位点。为减小开孔偏差，在潜孔钻底部加焊了自制导向定位器，保证开孔时钻头无偏移，可以有效防止“飘钻”现象的发生，导向定位器结构见图2。

图2 导向定位器结构

（3）造孔完成后，质检人员必须逐孔进行孔深检查，其中预裂孔孔深要求偏差控制在±5cm以内，主爆孔控制在±20cm以内；预裂孔钻孔的终孔偏差离设计预裂面小于±10cm，相邻两孔终孔偏差≤15cm。

4.2 装药质量控制

装药量的控制对爆破质量也起到至关重要的作用，装药量要严格按照爆破设计的装药量进行控制。

装药量的设计不仅要根据围岩类别，还要根据岩石的硬度等岩性条件适时的进行调整。在右坝基开挖至2760高程后，采用边坡预裂爆破后，出现炮孔爆破不完全的现象，个别部位完整岩石甚至未炸裂。根据设计地质工程师的鉴定，该高程范围仍属于Ⅴ类围岩，且岩石裂隙较发育，破碎带较多，后经项目部工程技术人员研究后，该处随属于Ⅴ类围岩，个别完整的岩石硬度极高，原设计的预裂孔280g/m的线装药密度不足以将其炸裂，经与业主监理沟通后，将预裂孔线装药密度调整为430g/m，取得了较好的爆破效果，平整度及残孔率均符合设计要求。

5 结语

虽然双聚能预裂爆破施工技术较为先进，可以大量减少预裂孔钻孔作业量，但由于其限制，并不是适合所有的高边坡开挖。两河口高边坡开挖中，通过使用深孔梯段预裂爆破技术，不仅保证边坡开挖质量，避免了超欠挖的处理，同时在开工时间晚半年的前提下按合同工期完工，取得较好的经济和社会效益，可以为类似两河口的砂板岩高边坡开挖提供参考和借鉴的依据。