维普资讯 http://www.cqvip.com 第２１卷第３期 红水河 Ｖｏ１．２１．Ｎｏ．３ 水布垭导流隧洞出口高边坡的控制爆破 张安平，王小和，李永胜，万红彬 （中国葛洲坝集团有限公司清江施工局，湖北宜昌４４３００２） 摘要：针对高边坡开挖的施工特点，简述了水布垭导流隧洞出口高边坡开挖控制工序的方案研究和钻爆参数优 化情况，总结了边坡开挖质量控制措施和经验。通过控制爆破试验、参数优化和工序调整，寻求到了一种快速、经 济的边坡及马道保护层开挖的施工方法。 关键词：边坡预裂；水平光爆；施工工序；质量控制；水布垭工程 中图分类号：ＴＶ５４２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００１—４０８Ｘ（２００２）０３—００２６—０４ １ 概述 工序，确定边坡开挖的各种爆破参数，通过近８个月 的努力和科学试验，解决了施工中的这一难题，且成 水布垭导流隧洞出口位于坝址左岸溢洪道泄槽 果应用成熟，在水布垭工程高边坡开挖中广泛应用， 段正下方，自然边坡陡峻，地势折向为东西向，山脊 取得了很好的效果，得到业主和有关单位及专家的 三面临空，自然边坡高达２５５ ｒｎ，有陡缓相间的台坎 肯定。 状特征，且有Ⅵ号危岩体。岸坡高边坡有极严重、严 重、轻微卸荷带。出口一带发育的裂隙主要有４组， ２施工技术程序 断层有１０条，其岩层主要为栖霞组灰岩，岩石级别 结合本工程特点，台阶开挖采取了高边坡先行 为６～９级，呈上硬下软的地质结构。开挖边坡最大 预裂，再进行台阶梯段爆破的施工程序，马道平台预 高差达１７７ ｒｎ，预裂施工面积达４６ ６００ ｍ２，设计分 留保护层，保护层的施工安排在下台阶预裂与边坡 层马道为１０个梯级，马道平台最大宽度为３０ ｒｒｌ，最 梯段爆破施工完毕后，用水平光爆的施工方式一次 大台阶边坡垂直高差为２７ ｒｎ，施工难度大。 爆破成型，开挖施工顺序如图１所示。施工过程中， 因地形、地质条件复杂，控制好高边坡及马道平 严格控制每一道工序，作好施工记录，并根据施工记 台开挖质量以及加快工程进度成为施工中的技术攻 录及时调整爆破参数，合理调节施工中的细节问题， 关课题。传统台阶梯段爆破施工中，一般采用边坡 从而实现了高边坡施工快速、经济、整齐的施工目 预裂爆破，台阶梯段爆破及预留马道保护层手风钻 的，预裂面成缝好、无径向裂隙、壁面平整、半孑Ｌ率达 爆除的开挖施工方法。但施工中存在保护层开挖工 到９５％以上；边坡梯段爆破效果好，无挂边、拉伤裂 期较长，成本费用大，且马道平台外沿轮廊完整性 隙现象，缓冲区爆堆成形、块度级配符合要求，马道 差。如何研究一种快速、低成本、轮廊完整的施工技 平台水平、整齐，无超欠挖。这一工序的使用，为高 术和施工工序，对于出口高边坡开挖显得非常重要 边坡施工探索出一条切实可行的施工方法。 而有意义。 我们在水布垭导流洞出口高边坡开挖施工中． ３边坡及马道控制爆破 采取边坡预裂爆破和台阶保护层水平光爆相结合爆 ３．１边坡预裂 破方式，并根据不同地质调整爆破参数及开挖施工 出口边坡梯段高度一般为１５ ｒｎ、２０ １ＴＩ，最高可 收稿日期：２０ｏ２—０４—１２ 作者简介：张安平（１９４８一），男，湖北武汉人，高级工程师（教授级），总工程师； 王小和（１９５３一），男，湖北武汉人，高级工程师，副总工程师； 李永胜（１９６３一），男，江西上饶人，工程师； 万红彬（１９７４一），男，湖北仙桃人。工程师。 ２６ 维普资讯 http://www.cqvip.com 张安平，王小和，李永胜等：水布垭导流隧洞出口高边坡的控制爆破 预裂面 （１）先形成预裂 （２）边坡梯段爆破施工 （３）形成爆堆 （４）利用爆堆整理施工平台进行水平光爆 （５）反铲清渣形成马道 图１边坡开始顺序图 到３０ ｍ。为保证主炮区不对边坡造成破坏与拉伤， 采取先行对开挖边坡线进行预裂爆破，形成预裂缝， 再实施主爆区的爆破方案，达到预裂面一次成型与 减震目的。 择合理的间距值，间距ａ＝（９～１０）ｄ（ 为钻孔直 径）。高程３２０ ＩＴＩ以上台阶正侧面两侧弱风化较多， 选择ａ＝０．８～０．９ ｍ；高程３２０～２３０ ＩＴＩ台阶完整 的微新岩，选择ａ＝１．０～１．１ ｍ；局部岩溶与裂隙 发育地带仍取０．８～０．９ ｍ；高程２３０ ＩＴＩ台阶以下地 质条件复杂，断层、裂隙发育较多，边坡预裂孔间距 ａ＝０．８～０．９ ＩＴＩｏ ３．１．１预裂爆破参数 预裂爆破参数见表１。 （１）孔径。选用小直径钻孔机械钻孔，不耦合 系数在２～３之间。一般选择ＱＺＪ一１００Ｅ型潜孔钻 造孔，孔径ｄ＝９０ ｌｎｌｎ，便于控制造孔质量精度。 （２）孔深。根据每一层梯段高度与边坡比及部 位高程，确定钻孔深度，并留出０．５ １ＴＩ保护层厚度， 减小孔底药量对边坡底部的破坏。孔深Ｈ＝（孔口 （４）线装药密度。ｑ＝２４０～２８５ ｇ／ｍ，根据岩 石风化程度合理调整。 （５）堵塞长度。Ｌ＝（１．２＋Ｌ１）ＩＴＩ，Ｌ】为基岩上 的覆盖层厚度。 （６）单响药量。出口边坡高程２３０ ＩＴＩ台阶以下 软岩地质条件的结构开挖，单响药量控制在５０ ｋｇ 以下，高程２３０ ｍ台阶以上软硬岩层及硬岩地质条 件下，按不超过１００ ｋｇ控制。 高程一下一层台阶高程一０．５）／ｃｏｓａ，其中口为钻孔 角度。 （３）炮孔间距。根据岩层地质条件、风化程度选 表１边坡梯段爆破参数表 编号 １ ２ ３ ４ 爆破孔名称 预裂孔 缓冲孔 爆破孔 爆破孔 孔径 ｍｍ ９０ ９０ １０５ １３８ 孔距 ｍ ０．８～１．０ １．８～２．５ ５．０ ６．０ 排距 ｍ 单耗 药卷直径 ｍｍ ３２ 单孔装药 ｌｑｇ ５．５ ４８．５ １０５ １５０ 说 明 ｌｑｇ／ｍ３ 线装药量２４０－－２８５ ｇ／ｍ 与预裂线之间的距离１．２ ｍ ２．０ ３．０ ４．０ ０．４ ０．４５ ０．４５ ７０ １０５ １３８ ３．２边坡台阶梯段爆破 边坡预裂施工完毕后的下一道工序是台阶梯段 现以１５ ＩＴＩ梯段高度为例举例说明。 ３．２．１缓冲孔参数 为进一步减少爆破振动对围岩的影响和对已形 成预裂面的破坏，在临近预裂缝处设一排缓冲孔，缓 控制爆破，控制好台阶梯段爆破对边坡的损伤与破 坏，减小预留保护层厚度，减小边坡预裂面挂边现 象，必须寻求最佳的爆破参数来满足施工质量要求。 冲孔的布置不合理会造成预裂面挂边或边坡损伤破 ２７ 维普资讯 http://www.cqvip.com 红水河２００２年第３期 坏，需通过爆破试验优化选择确定。一般情况下缓 １．１０～１．１５ ｇ／ｃｍ３。 冲：ｆＬ：ｆＬ距大约为预裂：ｆＬ：ｆＬ距的２倍，在应用过程中 ３．２．４起爆网络 缓冲孔间距为１．８～２．５ ｍ，与预裂孔之间的排距为 采用单孔微差起爆网络，非电导爆管雷管１～ １．２ ｍ左右，与爆破孔之间的排距为２．０ ｍ左右，孔 １９段循环接力式网络，操作简便、可靠安全，使边坡 径９０ ｒａｉｎ，角度控制与预裂面平行。缓冲孔参数详 控制爆破对边坡的震动降低到最小，保护了边坡的 见表ｌ。 稳定。 ３．２．２主爆孔参数 ３．３马道平台光面爆破 （１）孔径。靠近缓冲孔侧２～３排主爆孔使用 ３．３．１方案选择 孔径１５０ ｎｑｒ＿ｎ Ｄ的ＭＣ一３５１潜孔钻造孔，外侧采用 孔径１３８ ｍｍ的ＰＣＡ６０潜孔钻造孔。 采用传统的马道平台保护层手风钻浅孑Ｌ控制爆 破，很难满足工程质量、进度要求。施工中，选择水 （２）孔网参数。９０ ｉＴｌｒｎ孑Ｌ径对应参数（孔距× 排距）４．０ ｍ×２．５ ｍ；１０５ ｍｍ孔径对应参数５．０ ｍ 平光爆技术方案进行马道平台开挖施工，采用 ＣＭ３５１钻机造孔，打一排水平光爆孔及１～２排水 ×３．０ ｍ；１３８ １Ｔｉｍ孔径对应孔网参数６．０ ｍ×４．０ 平爆破孔，从而提高了钻机就位平台的利用率，减小 ｍｏ （３）孔深。钻孔底部离下一台阶高度１～１．５ 了钻孔工程量，施工进度明显加快，实现了水平光爆 一次成型的目的。 ｍ，马道平台预留２ ｍ保护层，倾角一般为８０。～８５。 左右。主爆孔参数见表１。 ３．３．２光爆参数 （１）马道平台保护厚度确定。保护层厚度按３０ ３．２．３装药结构 （１）缓冲孔。采用直径７０ １ＴＩ１ＴＩ乳化炸药连续 ｄ（ｄ为药卷直径）控制，一般取２ ｍ。 集中装药，堵塞长度２．５～３．０ ｍ； （２）光爆参数。出口边坡马道平台宽度一般为 （２）主爆孔。采用混装乳化炸药全偶合装药或 ４ ｍ、１１ ｍ，高程２７０ ｍ平台宽度达到３０ ｍ。因此必 铵油炸药连续集中装药，堵塞长度３．５～４．０ ｍ，中 须有针对性的选择合理参数，水平光爆参数见表２。 间加小药包。采用混装炸药时，炸药密度控制在 参数选择根据下面公式求出： 表２水平光爆参数表 编号 爆破孔名称 孔径 孔距 排距 单耗 药卷直径 说 明 ａｒｉｎ ｍ ｋｇ／ｍ３ ｍｍ ｌ 水平光爆孔 ９０ ０．９～１．Ｏ Ｏ．３～Ｏ．３５ ７０、３２ 宽度１１～３Ｏｍ平台 ２ 水平爆破孔 １０５ １．８～２．Ｏ １．Ｏ Ｏ．３～Ｏ．３５ ７０ ３ 水平光爆孔 １０５ Ｏ．８～１．Ｏ 线装药量２８０ ｇ／ｍ ３２ 宽度１１ ｒｎ以下平台 ｑｌ・Ｖ＝Ｑ＝ｑ２・Ｌ ０．７～０．８ ｍ左右，水平爆破孔排距０．９～１．０ ｍ；水 ｑｌ。Ｖ＝ｑｌ・ａ・ｂ・Ｌ＝ｑ２・Ｌ 平光爆孔与水平爆破孔的线装药量根据上述公式求 即得 ｑ１・ｎ・ｂ＝ｑ２ 得，单耗取０．３０～０．３５ ｋｇ／ｍ３，计算求得水平光爆 式中 ｑｌ——单位耗药量； 线装药量２８０ ｇ／ｍ左右。 ｑ２——线装药量； ②宽度３０ ｍ的马道平台。宽度３０ ｍ平台可 ａ——孔间距； 采用ＱＺＪ一１００型快速钻造孔。孔径为９０ ｍｍ，孔 ｂ——孔排距； 深ｌ２～１６ ｍ；根据快速钻钻杆自重造成的水平角度 Ｑ——单孔装药量。 误差确定，防止超挖现象发生。 ①宽度４ ｍ、１１ ｍ的马道平台。１１ ｍ以下宽 孔距０．９～１．０ １ＴＩ，一般底部钻一排水平光爆 度可采用ＣＭ３５１钻机造孑Ｌ。孑Ｌ径为１０５ １Ｔｉｍ，孔深 孔，上部辅以手风钻钻孔，进行保护层一次爆破开 为３．５ ｍ、１０．５ Ｉ＂１３．，根据马道平台宽度确定，Ｈ＝（Ｌ 挖。线装药量根据上述给出公式求得，排距６值为 一０．５）ｍ，留出０．５ ｍ保护边坡底坎，在支护时用 现场实际抵抗线ｗ。 手风钻清除。水平光爆孔孔距０．８～１．０ １ＴＩ，水平爆 （３）施工方法。水平光爆的实施，要充分利用 破：ｆＬ：ｆＬ距１．８～２．０ ｍ，水平爆破孔与预裂孑Ｌ间距 边坡梯段爆破后的爆堆作为施工平台，利用ＣＭ３５１ ２８ 维普资讯 http://www.cqvip.com 张安平，王小和，李永胜等：水布垭导流隧洞出１：３高边坡的控制爆破 钻机快速成孔的特点，短时间完成钻孔作业；在装药 过程中加工活动爬梯进行装药爆破，实现一次性水 平光面爆破，爆后采用小型反铲出渣形成平整的马 道平台。 防止出现返工现象，导致“卡关”现象，影响下一道工 序的施工。 （６）加强质检工作，加强现场的过程受控。 （７）实施爆破安全监测，验证优化参数后的效 对于宽度３０ ｍ的高程２７０ ｍ平台，施工时需先 形成先锋槽（如图２），便于钻机摆放，先锋槽采用手 风钻浅孔控制爆破，宽度一般为２．５～３．０ ｍ左右， 然后再钻水平孔，爆破后采用反铲清渣，方便、快速 地完成马道平台形成。 果。通过不问断地进行质点振动测试，验证预裂面 的减震效果和边坡梯段爆破效果，达到实现边坡控 制的目的。 （８）这种施工工序和程序能够实现的前提是每 一个台阶都有临时施工道路布置。 ● － ● ５结语 高边坡开挖施工质量控制的重点是边坡及马道 的平整度及超欠挖，在导流洞出口高边坡开挖过程 中，除加强质量管理及严格按照ＩＳ０９０００质量管理 图２先锋檀布置图 体系管理外，还采用预裂爆破和水平光爆相结合的 新工艺进行施工，使边坡开挖质量得到了有效的控 ４施工技术措施和应注意的问题 （１）严格按照施工组织设计和钻爆作业指导书 进行施工，保证方案的实施，调整后的参数通过文件 下发到各施工单位，使优化后的技术参数得以贯彻 执行。 制。边坡预裂半孔率达到９５％以上，平整度±１０ ｃｒｎ，杜绝了超欠挖现象。 施工中，采用水平光爆的方法一次性爆除保护 层在水布垭导流隧洞出口边坡马道平台的应用取得 了成功，这种先进施工方法，具有以下特点： （１）施工方便。边坡梯段爆破后，在缓冲区利 用爆堆修整平台，作为机械施工作业平台，不干扰爆 堆外侧正常的出渣施工程序。 （２）快速成孔。使用高风压ＣＭ３５１钻机钻孔， 成孔迅速，造孔时间仅相当于常规方法的１／４，达到 快速施工的目的。 （２）减小钻孔误差，提高钻孔质量。严格按照 钻孔作业任务书钻孔，有效控制钻孔精度，提高成孔 质量。钻孔过程中加强质检，检测孔位、角度和方向 误差，及时调整。终孔后，通过验孔程序对深度进行 控制。水平孔钻孔时开孔要求对位准、方向正，控制 好水平度与左右偏差。 （３）清渣迅速。小型反铲利用爆堆平台进行清 渣。加快了清渣速度，为台阶的喷锚支护赢得了时 间。 （３）通过爆破试验优化参数。针对不同台阶高 度、岩石性质，优化技术参数。严格爆破操作工艺， 加强预裂孔绑扎工艺，保证爆破质量。 （４）边坡预裂、一般梯段爆破、边坡梯段爆破、 边坡马道平台保护层水平光爆，施工时应注意每一 （４）质量优良。施工中采取了水平光爆的边线 爆破措施，爆破后马道平台轮廓平整，无超欠挖现象 发生，施工质量优良，节约了成本。 道工序之间的衔接，合理安排钻孔时间和施工次序， 确保工程施工的连续性。 因此，这种先进的施工工序和边坡控制爆破技 术可以在水利水电土石方高边坡开挖中推广应用， 并能取得显著成效。 （５）注意工序中每一个工艺过程的质量控制， ・简讯・ 龙滩右岸导流洞中层贯通 ２００２年８月４日，由武警水电三支队承建的龙滩电站右岸导流洞中层开挖全线贯通，比原计划提前１个月完成任务。 龙滩水电站右岸导流洞是亚洲洞径最大的导流洞，最宽处２４．８８ ｒｎ，最高处２６．１５ ｒｎ，总长８４９．４ ｍ。由于洞径大，施工单 位武警水电三支队采取“大洞小打，长洞短打，分层开挖”的科学方法，分上、中、下三层进行施工，上层已于今年３月中旬开挖 贯通，中层开挖从４月初开始。武警三支队采用国际上先进的机械设备，每天２４ ｈ不停施工，实行军事化管理和安全工作领 导负责制，使中层开挖工程比原计划提前了１个月完工。 据了解，龙滩水电工程右岸导流洞下层开挖工程已经于８月１０日开始，计划今年１２月完工，以确保明年电站大坝截流。 ２９