两河口水电站砂板岩坝肩开挖爆破试验研究

张 伟

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 概述

1.1 工程概况

两河口水电站大坝心墙混凝土盖板基础边坡从高程2615m至2875m，高差260m，其中左岸坝肩开挖高程为2615m至2995m，2875m以下坡比为1∶1.3。

1.2 地质条件

两河口水电站左坝肩开挖边坡地形坡度约55°，出露岩性主要以变质粉砂岩夹粉砂质板岩为主，局部为粉砂质板岩和薄层状变质砂岩夹粉砂质板岩。边坡岩体主要位于弱卸荷、弱下风化带，局部位于强卸荷、弱上风化带内，上游侧边坡出露断层与坡面相交角度较大、陡倾下游，破碎带主要由碎裂岩、片状岩及糜棱岩组成。

2 试验目的及试验内容

2.1 试验目的

通过对比试验，根据预裂爆破、光面爆破后效果及爆破声波检测成果，确定两河口砂板岩质坝肩开挖爆破采取的方式、线装药密度及装药结构。

2.2 试验内容

在左坝肩坡比1∶1.3的边坡，高程2820m～2810m进行预裂爆破和光面爆破试验。以坝轴线为界，上游侧(坝)0-028.37～(坝)0±000.00范围边坡采用预裂爆破，下游侧(坝)0±000.00～(坝)0+025.93范围边坡采用光面爆破，并对爆破声波数据进行分析，确定适用于左坝肩2875m以下1∶1.3坡比边坡开挖的爆破方式及参数。

3 试验过程

3.1 测量放样

由测量队对每个预裂孔、光爆孔孔位放样，孔距均为80cm。

3.2 钻孔样架

预裂孔、光爆孔钻孔前搭设钻孔样架。样架贴开挖坡面搭设，坡面设置C25@1m插筋，固定样架钢管。为满足下一台阶钻机架钻要求，采用技术性超欠挖进行开挖，孔口欠挖10cm，孔底超挖50cm，故钻孔角度(即钢管导向夹角)为38.22°，样架由测量放样后，利用量角器和坡度尺等进行现场调整，最后再由测量仪器进行校核。钻孔样架设计见图1。

图1 钻孔样架设计

3.3 钻孔

3.3.1 预裂、光爆孔

预裂、光爆钻孔采用QZJ-100B潜孔钻，钻孔直径φ89。预裂孔及光爆孔间距均为80cm，孔底超深50cm。

开钻前先由测量人员按爆破设计布孔参数放出开孔位置，采用红油漆在现场做好标识，由现场管理员对钻孔人员发出钻孔任务书(钻孔位置、角度、深度、孔数)，钻孔人员按照钻孔任务书所示角度将钻机采用钢管样架固定，采用扣件将钻机导轨和样架连接稳固，钻机就位后用坡度尺和其他测量仪器检查钻孔倾角和孔向，钻孔钻进30cm左右时调校钻孔偏斜度，确保在设计轮廓面内钻孔成孔，钻孔过程中随时对钻孔深度和角度进行纠偏调整。

3.3.2 缓冲、主爆孔

缓冲孔、主爆孔采用CM351钻机或D7液压钻机钻孔，钻孔直径φ115，预裂爆破区域间排距4.0m×4.5m，光面爆破区域间排距3.0m×4.0m，孔深均为13.2m，钻孔时若出现飘孔，需将成孔深度减少至10m～12m，孔底超深80cm。

在钻孔布孔时需避开软弱夹层，由质检员对钻孔孔网参数及质量进行检查，要认真检查钻孔间排距、角度及深度等控制性技术指标是否满足要求。

钻机就位后用自制量角器或地质罗盘及坡度尺检查钻孔孔向和倾角，钻孔钻进50cm左右时检查和调校钻孔偏斜度，确保钻孔质量。钻孔完成后采用水泥纸将孔口堵好，以防石渣落入孔内堵孔。若出现严重塌孔导致无法成孔时需进行换位钻孔。

3.3.3 钻孔质量要求。

(1)钻孔孔位应根据爆破设计进行现场放样。

(2)主爆孔钻孔实际孔位与设计孔位的偏差不宜大于孔间排距的8%。

(3)钻孔倾角与方向偏差，主爆孔不宜大于2°，预裂爆破和光面爆破孔不宜大于1°。

(4)钻孔开钻角度应符合爆破设计的规定。缓冲、主爆孔深允许偏差宜为+20cm，预裂、光面爆破孔宜为±5cm。

(5)钻孔完成后清除孔内积水和岩渣，并对孔口简易封堵进行保护。

(6)对钻孔堵塞后不能装药的孔进行扫孔或重钻。

3.4 验孔

每个钻孔完毕后，进行孔深的检查。预裂孔超深时先回填，后装药。在钻孔钻进过程中，进行孔的方位角和倾角的检查；在所有的钻孔工作完毕后，进行孔深、孔位角、倾角等孔网参数的检查。所有钻孔的参数误差需在设计范围内，否则需重新进行钻孔或扫孔处理。

3.5 装药及装药结构

3.5.1 预裂爆破

预裂孔采用不耦合间隔装药，底部加强装1200g，每30cm装1/3节φ32药卷，按装药设计间隔布置在竹片和导爆索上，竹片和药串放入预裂孔内，药串面向岩体开挖一侧。标准段线装药密度为223g/m，孔口段每30cm装1/4节φ32药卷，共3支，堵塞长度为201cm，单孔装药量为4.23kg，平均线装药密度257g/m。预裂爆破孔设计装药结构见图2。

图2 预裂爆破装药结构

缓冲孔及主爆孔采用耦合连续装药，缓冲孔单孔装药量为53kg，主爆孔单孔装药量为133kg，堵塞长度均为260cm，炸药单耗为0.45kg/m3。

3.5.2 光面爆破

光爆孔采用不耦合间隔装药，底部加强装药800g，每33cm装1/3节φ32药卷，按装药设计间隔布置在竹片和导爆索上，竹片和药串放入光爆孔内，药串面向岩体开挖一侧。标准段线装药密度为203g/m，孔口段每30cm装1/4节φ32药卷，共3支，堵塞长度为203cm，单孔装药量为3.7kg，平均线装药密度219g/m。光面爆破孔设计装药结构见图3。

图3 光面爆破装药结构

缓冲孔及主爆孔采用耦合连续装药，缓冲孔单孔装药量为55kg，主爆孔单孔装药量为137kg，堵塞长度均为260cm，炸药单耗为0.45kg/m3。

3.5.3 堵塞

预裂孔及光爆孔药串安装入孔后，用纸团等松软物质压在药柱上，孔口段采用细岩砂堵塞捣实，堵塞长度2m左右，缓冲孔和主爆孔堵塞长度不小于2.5m～3.0m。

3.6 起爆网络

预裂孔、光爆孔、缓冲孔、主爆孔起爆网络采用孔内延时，孔外分段，电雷管一同起爆。预裂爆破，预裂孔先于主爆孔起爆；光面爆破，主爆孔先于光爆孔起爆。

3.6.1 预裂爆破

预裂爆破采用非电导爆索起爆，毫秒导爆管继爆，10孔一响，最大单响药量为42.3kg，预裂孔与主爆孔同一网络起爆，预裂孔先行起爆，起爆时间超前相邻主爆孔100ms以上。缓冲孔、主爆孔采用双导爆管反向起爆，最大单响药量为266kg。起爆网络采用电雷管起爆。

3.6.2 光面爆破

光面爆破采用非电导爆索起爆，毫秒导爆管继爆，10孔一响，最大单响药量为37kg，光爆孔与主爆孔同一网络起爆，光爆孔最后起爆，起爆时间较相邻主爆孔晚100ms以上。缓冲孔、主爆孔采用双导爆管反向起爆，最大单响药量为274kg，起爆网络采用电雷管起爆。

3.7 爆破声波检测

在爆破试验期间，对左坝肩预裂与光面爆破对比试验进行了声波检测。共布置了6组爆前爆后单孔声波和3组爆前爆后对穿声波测试进行检测。

4 爆破效果对比分析

预裂爆破试验段为心墙基础下游侧，边坡岩体强风化、大部分较为破碎，爆破后残孔率为25%，不平整度小于15cm。

光面爆破试验段为心墙基础上游侧，边坡岩体弱风化、部分较为完整，爆破后残孔率为73%，满足规范及设计要求，但不平整度大于15cm。根据现场试验效果来看，由于光爆孔间距大、装药量较小，致使相邻两残留炮孔间不平整度平均为18cm。

根据爆破损伤检测，单孔声波和对穿声波在1.0m、2.0m、5.0m各处衰减率均未超过10%，满足设计要求，说明预裂、光爆装药量及单响药量适中，但仍有调整空间，可进一步优化。

5 总结及建议

通过预裂爆破与光面爆破对比，爆破后残孔率均满足设计要求，但光面爆破不平整度大于设计标准值，且单孔声波及对穿声波衰减率大于预裂爆破，对边坡损伤较大。若采用光面爆破，则需减小缓冲孔与光爆孔距离及光爆孔间距，同时需采用预留保护层并减小梯段高度的方式施工，需多次进行试验比选最优参数才能取得更好的效果，那么就会增加大量的施工投入，从而导致施工进度缓慢，故不建议全面进行光面爆破施工。建议后续施工中采用预裂爆破的方法进行施工，并根据现场实际地质条件编制爆破设计，针对不同的地质条件，调整合理的爆破参数。