新疆AETS水利枢纽岩质高边坡大孔距预裂爆破施工技术

2021-12-27孔德谦柴韬

四川水利 2021年6期

孔德谦，柴韬

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610000)

1 概述

1.1 工程概况

新疆AETS水利枢纽工程是叶尔羌河干流山区下游河段的控制性水利枢纽工程，开发主要目的为塔里木河生态供水和灌溉，兼顾防洪、发电。叶尔羌河流域地处新疆西南部喀什地区，塔里木盆地西南边缘，河流发源于喀喇昆仑山，流域面积8.56万km2，全长1289km。AETS水利枢纽是叶尔羌河流域内最大的山区水库工程，水库总库容22.49亿m3，正常蓄水位1820m，坝型为混凝土面板砂砾石堆石坝，坝高164.8m，电站装机容量755MW，属大(1)型工程。工程由拦河坝、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞、深孔放空排沙洞、发电引水系统、电站厂房、生态基流引水洞及过鱼设施等主要建筑物组成。

1.2 工程地质

两岸山体雄厚，基岩裸露，坡高565m～610m，边坡坡度55°～75°。基岩岩性为中石炭统阿孜干组(C2a)的薄层灰岩、巨厚层白云质灰岩，以及上石炭统塔合奇组(C3t)的灰色巨厚层状白云质灰岩。边坡整体稳定，局部存在稳定问题，分布有31个危岩体以及边坡表面的浅层卸荷体，对工程的施工及运行安全有一定影响，需采取处理措施。危岩体处理石方开挖量达23.8万m3，主要包括W1-W9、W17-W24、W27、W31。其中W1-W9位于右岸边坡顶部，W17、W19、W20、W21位于边坡1960m边坡陡立部位(边坡坡度75°～80°)，W18、W22-W24位于1960m工程边坡相对较缓部位(边坡坡度50°～55°)。

1.3 采用预裂爆破的必要性

AETS大坝工程工期紧，各部位石方明挖工程相关性大，需要保证较为高效的开挖进度。根据设计复核结果，大坝两个料场合计需开采合格堆石料928万m3，工程开挖高差大，石方明挖量大，为保证边坡稳定，需要采用预裂爆破，尤其是高边坡大体量破碎岩质边坡爆破施工。通过改变药包结构，利用聚能效应(门罗效应)原理，能够进一步增大预裂孔孔距，提高施工速度，有效地降低施工成本和确保边坡预裂爆破质量，节约施工成本，并且进一步保证工程进度，进而形成具有推广应用的成熟施工成果[1-3]。

2 大孔距预裂爆破工艺原理

2.1 装药塑料管设计

通过研究雷管聚能穴的聚能作用，为使炸药爆破产生的能量能够起到聚能的作用，将炸药装在带有弧形聚能凹槽的椭圆形塑料管内。椭圆形塑料管两侧带有三角形聚能凹槽，两侧的弧形聚能凹槽与雷管的聚能穴一样起聚能作用。根据炸药能量容易向薄弱方向运动的原理，设计的椭圆形塑料管两侧的弧形聚能凹槽较薄，其他的地方比聚能凹槽厚，这样有利于能量向聚能凹槽方向释放[4]。每根塑料管的长度为6m，其制作材料与普通的PVC管相同，装药塑料管的形状见图1和图2所示。

图1 装药塑料管立体

图2 聚能装药管断面

2.2 支架和套管设计

支架的作用是将装药塑料管固定在预裂孔的中心位置，使炸药与边坡面的孔壁相隔一定的距离，从而减少炸药爆炸对边坡岩石的损坏[5-6]。该支架由一个小直径的内圆、一个外半圆形构成，其形状见图3和图4。套管的作用是连接装药塑料管，该套管长约10cm，形状与装药塑料管相同，管径为套紧装药塑料管为宜。

图3 支架平面

图4 支架立体

2.3 钻爆设备与耗材选型

根据不同地形地貌和各施工部位实际状况选择不同钻爆设备。高边坡危岩体、左右岸趾板主要采用的爆设备有YT-28手风钻(φ42)和YQ-100B潜孔钻机；P1、P2爆破料场开采面形成以后，具备大型钻孔设备进行作业，主要以宣化CM351潜孔钻进行施工。根据工程所在地的火工材料管控及供应情况，本工程的爆破用火工材料主要有二号岩石乳化炸药(φ32、φ60、φ80三种规格)和岩石膨化硝铵炸药(25kg/袋)。

3 施工工艺

3.1 预裂爆破参数

为保证开挖后边坡岩面的稳定及边坡岩层结构的完整，当各平台的主体爆破距离永久边坡还剩约30m时，先进行大孔距预裂爆破施工，再进行主体爆破施工。根据开挖高边坡实际情况，并结合已有预裂爆破的数据与经验，提出预裂爆破参数，见表1。

表1 高边坡大体量岩质边坡大孔距预裂爆破参数

3.2 钻孔和自检

机械钻孔是决定预裂质量的重要环节，也是最难控制的环节，成孔质量、位置、孔深及角度偏差直接决定了后续塑料管安装的难易程度和坡面平整度，施工中应严格控制。施工过程中应注重：(1)设立平行于预裂线的导向线，钻孔操作人员须严格按布孔图和现场测量标定位置进行施工。(2)钻孔前，清除杂物，避免堵塞钻孔。钻孔时，校核下钻位置，不能随意改变钻杆姿态，若发现有偏差，应立即纠正。(3)设置专职质检员，全过程跟踪和巡视成孔过程，确保钻孔角度和位置符合设计要求。

3.3 装药堵塞

装药堵塞要点如下：(1)先将半圆形的装药管分成为三类，即正常段、加强段和减弱段。按照《预裂爆破参数表》中各段装药量，炸药装好后，将另一半圆形的塑料管安装在已装好炸药的塑料管上，然后用塑料绑扎丝扣牢。对于加强段，按照设计的药量，在装药管内装完后，其余的炸药均匀绑扎在塑料管外。(2)装完炸药后，将支架安在每根塑料管端部，然后用连接套连接塑料管，再用胶带将连接套和支架缠绕牢固，支架的半圆必须位于坡面一侧；导爆索绑扎在塑料管的外面，导爆索要平直紧贴塑料管。每个孔塑料管的安装按加强段、正常段和减弱段的顺序逐根连接并装入预裂孔内。(3)在进行孔内装药塑料管安装时，要注意塑料管两边的聚能凹槽必须与边坡坡面平行，相邻孔内的聚能凹槽必须在一条轴线上，支架的半圆应紧贴边坡侧的孔壁。(4)在堵塞前，先检查塑料管两边的聚能槽是否与坡面平行，否则必须重新校正。

3.4 网络连接及起爆

网络连接主要采用导爆索连接，连接形式为搭接或水手接，具体操作时应符合：(1)两根导爆索的长度不得小于15cm，中间不得夹有异物和炸药卷；(2)支线和主线传爆方向的夹角不得大于90°；(3)用雷管起爆导爆管网络时，雷管的集中穴应反向导爆管的传爆方向，避免雷管引爆时将导爆管炸断，导爆管应均匀地敷设在雷管周围，并用胶布捆扎牢固；(4)爆破网络连接时应特别小心，保证网络不挤压、拉断等破坏。

3.5 爆破效果评价

根据岩体坚硬程度、完整性和结构面切割程度，预裂爆破效果应符合：硬岩、岩石完整边坡，半孔率不小于85%；中硬岩、岩石节理发育的边坡，半孔率不小于70%；软岩、岩石节理发育的边坡，半孔率不小于50%。

4 工程应用效果

4.1 施工进度提高

采用大孔距预裂爆破，提高了预裂爆破施工进度，进一步保障了大坝的填筑工程进度。原爆破施工方案中，预裂爆破采用传统预裂爆破施工。按照投标计划，大坝填筑在2016年2月1日-2017年10月31日期间，进行I期断面填筑，总填筑量为1123.36万m3，平均月强度53.44万m3/月，高峰强度73.89万m3/月；采用大孔距预裂爆破施工，根据大坝填筑进度统计，在2016年3月20日-2017年6月31日(2016年12月30-2017年2月23日为冬季休工期)，总填筑工程量为1166.21万m3，平均月强度129.58万m3/月，高峰强度171.58万m3/月，进一步保障了大坝填筑进度。

4.2 施工质量良好

根据现场实施情况，不同的地质地形条件，进行适当的爆破参数调整，保证了各预裂面的半孔率，其中硬岩、岩石完整边坡，其半孔率不小于85%；中硬岩、岩石节理发育的边坡，其半孔率不小于70%(见图5)；软岩、岩石节理发育的边坡，其半孔率不小于50%。同时，大孔距预裂爆破相对传统预裂爆破，装药量少，极大地降低了爆破对岩层的破坏，避免施工过程再生成次生危岩边坡。开挖后的边坡经过长期的监测，边坡稳定，无垮塌、滑坡等情况出现，保证了安全施工的需要。

图5 岩石节理发育大孔距预裂爆破情况

4.3 投资成本降低

采用大孔距预裂爆破进行施工，有效地减少了钻孔工程量、炸药用量，节约了施工成本。大孔距预裂爆破改变药包结构，增大了预裂孔孔距，提高了施工速度，确保了边坡预裂爆破质量。与传统的预裂方法相比，其经济效果主要体现在成本投入上，在边坡长度相同的情况下，大孔距预裂爆破技术施工成本费用显著降低。同时，保证了工程进度，提高了生产效率。

4.4 妥善保护生态环境

采用本大孔距预裂爆破施工，减少了炸药用量，符合节能环保的要求，为生态环境保护做出了一定的贡献。施工过程中使用过的导爆管，产生的纸箱、编织袋、废弃装药塑料管(PVC管)等集中处理。施工现场维修机械时，应进行防滴、漏油措施，避免造成土体污染。另外，应保持施工区环境卫生，安排专人及时清除垃圾和废弃物，并到指定的地点处理。