对“江垭大坝坝基爆破开挖设计施工”的分析与建议.pdf

7 2 - 7 S , 第 1 3卷第 4期 1 9 9 6年 1 2月 爆 破 BLA STl NG V。 1 ． 1 3 NO ． 4 De c ．1 9 9 6 对“ 江垭大坝坝基爆破开挖设计施工“ 的分析与建议 _ 1 _ I ／ 湖 南省 水利水 电二公 司 湖南省长沙市4 1 0 1 3 1 什 摘要 本文对江垭大埂 坝基开 挖工 程中的 爆破设计与蕉工 进行描述与 分析， 取得了 宝 贵 的 施 工 经 验 。 k 习 未 纽 ， 赔 ， i l硝 关键词江垭大埂 ； 坑基开挖 ； 预 裂爆破 ； 边坡 保护 ’ ’ 中图分 类号T D2 3 5． 3 7 3 1 概 述 1 ． 1 地 理位 置 江垭水 利枢纽 工程位 于湖南省慈利县境 内 ． 建 在距 慈利 县 城 5 8 k m， 江垭 镇 上游 6 k m 的澧 水一 支流娄水 干流上。 l ， 2 枢 纽组 成 1 太坝 大 坝 为我 国最 高的一 座 在建 的全断面碾 压混凝 土 重 力坝 。坝 高 l 2 8 m， 坝顶长 3 2 7m。坝上设有 4个宽 为 1 4m、 高 为 1 2m 的溢流表孔和 三个 宽为 5m、 高为 7 m的泄水中孔， 另在左岸 1 0 坝段设一个直 径为 1 ， 1 m 的灌溉取水管。 2 地 下厂房 和引 水 隧洞 地 下厂 房和 引水隧洞 均布 置 在大 坝右 岸 。地 下厂 房 长 1 0 3 5 m， 宽 1 9 m， 高 3 5 ． 3 4 5 m， 内装有 三台 单机为 l o 0 Mw 的水轮发 电机 组。引水 隧洞 共 3个 。 每个洞径均 为 6 r f l 。 3 升船机 升 船机 为单线双 向斜 面式 ， 全长 为 9 2 3m。 收稿 日期 l 9 9 5 一 l 卜 2 0 2 地质情况 坝址 为“ u” 型河谷 ． 宽高 比约 2 ． 8 。坝基 以二迭系灰岩 为 主， 岩质坚 硬 ， 比较 均一 ， 力 学强 度高 ， 岩体新鲜完整， 风化 不深。坝 区构 造简单 ， 岩 层倾 向 下游 ， 倾角 3 5 。 ～4 5 ‘ ， 河床 无大 的顺 河断裂通过 。两岸坝基主要有 4条 断层 分布 ． 但规模不大 ， 破碎 宽 0 ． 1 ～0 ． 6 m， 切割延伸 不探 ． 节理裂隙密度及 张开率不大 ， 局限在层 内发 育。岩石 抗压强度一 般在 5 1 7 ～ l 4 3 6 k g ／ c m 之间。从总体来看， 坝基构 造破坏轻微 ， 工 程地质 比较 好 ， 具备兴建混凝 土高坝的地 形地质条件 。 3 爆破试验 3 ． 1 爆破 实验 内窖 预裂爆破试验的预裂钻孔轮廓线布置在 坝基开挖区域 内 ， 且距 坝基 开挖设计 轮 廓线 1 ． 5 n a ， 待爆破完成后经过分析评价再钻设 计建基面轮廓线的预裂孔。施工 时直接从设 计轮廓线钻孔 维普资讯 第 1 3卷第 4期 姚先知对 江垭太坝坝基爆破开挖设计施工” 的分析与建议 7 3 3 ． 2 试验孔阃参数的选择 1 钻孔直径 D1 0 5 mm； 2 孔距 a 7 ～1 2 D， 取 a 91 0 5 mm； 1 m 3 线装 药 密度 单孔 药量 ， 根 据岩 石抗 压强度和孔距计 算 0r 0． 3 6 - 6 3 口0 6 7 炸药采用石 门化工二 厂生产 的 2号岩石 粉状 铵 油 炸 药 药 卷 中 3 2 n t v l l 1 5 0 g2 0 c l 1 1 ， 原计 算得 出的线 装 药量 乘 1 ． 3舶 换 算 系数为 5 7 0 m。从爆 后情 况表 明 ， 预裂 面 平整度达不到要求 ， 且预 裂 壁面被炸 裂 。以 后诃整到4 4 0 g ／ m， 最后调到 3 0 0 g ／ m左右， 预裂面的完 整性基本满足设计要求 。岸 坡斜 坡 部位和建基面上 下游齿槽开挖采 用预 裂爆 破 ， 其余均采用 预 留保护层开挖方法 ， 但在建 基面底部采用 水平 预裂 ， 由于在 陡坡上 无 法 布置钻机而未采用 。 4 爆破振动 安全监测 江垭水利枢纽库容 l 7 ． 1 4亿 r n 3 ， 大 坝高 l 2 8 m， 属 大 库 容 高水 头大 坝 。确 保 坝基 的 开挖质量 ， 严格 控 制爆破 对基 岩产 生震 动破 坏影响 ， 对保证表 l l l 安全及边坡稳定至为重 要。坝区地质荣件十分复杂。地质缺陷主要 表现崔岩石断层， 夹层及层间错动较多． 特别 是右岸边坡属高应力区， 若 坝肩及坝基的爆 破开挖及爆破 药 置使 甩不 当 ， 不仅会 造成 岩 石建基面破 坏 ， 同时爆破 地 震波 的频繁 作用 将会使这些 地 质缺 陷进 一 步恶 化 ， 给大 坝 的 稳定 ， 基础的渗捅 、 岩石强度等都会带来严重 后果。若结合爆破开挖施工， 进行爆破影响 深度及振动 监测 工作 ， 则 可 及时调整爆 破 参 数， 根据规范对开挖质羞作出鞍明确的评定， 从而达到确保大坝 施工质 量的 目的。 建基 面声 波检 测及振动 安全监测 内容应 分以下两个 阶段 第 一阶段 ， 对两岸坝肩上部台阶作声波 检测。①对上部已开挖的台阶选四个台阶作 爆后幢铡 ； 结 合 4 ～6个台阶的开挖于左右 两岸各选一个 台阶用跨孔对穿法作爆前爆后 对 比检测 ； ③ 对边坡 预裂 面影 响深度作 抽查 检测及其 它补测 ； ④提供正式检 测报告 ， 以作 为上部台阶建 基面质量验收的关键资料 。 第二 阶段 ， 在两岸 坝肩 边坡 下部 开挖及 坝基开过程 中， 除进 行全 面的影 响深度 声波 检测外 ， 还应 进行 高边 坡振 动及坝 基振动 监 测工作 。①对两岸坝肩中下部边 坡台阶建基 面作声 波检测 ， 测 定影响深度 ， 检 测面积不少 于 1 0％； ② 在坝 基开挖 时 ， 声 波测定 影 响深 度的工作应进一步加强 ， 检测 面积 应达到 3 o - 5 0 ％， 且其检测部位均应有代表性 ； ③中下 部边坡爆破 开挖及 坝基 开挖时 ， 以右岸边坡 为主 ， 对两岸边坡作质点振动跟踪监测 ， 及时 发布简报 ， 以确 保边 坡 安 全 ； ④ 在坝 基开 挖 时 ， 结合施工测定振动衰减规律 ， 以作坝基爆 破振动控制的计算依据 ； ⑤其它振动跟踪监 测 ， 如爆破 对现侥砼 的影 响监 测等 。 监测 的成果报 告 ， 将 作 为坝 基开挖 质量 验收的重要 依据 5 开挖方案 开挖 顺 序和 施 工 方法 一 般 由上 向下 进 行 ， 推土机 配台 反铲 出碴。 开挖石 碴 由岸 坡 落入基坑， 然后用 自卸汽车转运。这种开挖 方法如配合缆机进行， 施工中机械设备可 以 上下 随时进 入 工作面 。在 这种 情况下 ， 最 好 使用 1 O O B移 动式 潜孔 钻 造孔 ， 配 备 一定 的 人工或半机械化出碴 2 0 t自卸 汽车配 4 m 3 反铲 ， 采用 这种方法 不需要 因开挖 台阶下降 而不断修建施工便道， 只考虑在每个平台面 的一侧 设 置小 范围 的停 放潜 孔 钻机 的安 全 场 ， 防止 因爆破 石块打坏钻机 ， 因此这种方法 是 可取 的。现在的施工方法 为使履带式潜孔 钻机和 推土 机 下 去 ， 必 须 向下修 路 ， 沿 台 阶 维普资讯 7 4 爆 破 l 9 6年 l 2月 “ 之 字 形 交错 布 置 ， 而且 机械 只 能 下 ， 不 能 上， 需要增加费用和延误工期 。 是不可取 的。 实 际开挖 当中发现 ， 江垭 大 坝地 质 条件 并不是初设计 时那样 的好 相 反坝 基岩 石破 碎 ， 断层岩溶发 育 ， 风化 层较 多。鉴 于此 ， 必 须选用相 应的施工 方案 ， 以保证开 挖质 量 和 进度 要求 。 6 开挖方式 当开挖程序确定之后 ， 开挖方式 的选择 ， 主要取决于总开挖深度 、 具体开挖部位 、 开挖 量 、 技术要 求 以及 机械 化 施 工 程度 等 因素。 因此 坝基开挖 ， 应 根据各 部位 不 同的地 形地 质条件， 在不 断总 结经验 的基 础上采 用 不 同 的开挖方法， 主要有以下几种 ， ● 6 ． 1 深孔预裂爆破 设计的台阶正 面坡 比为 1 0 ． 3 ～1 0 ． 5 ， 上下游两 倒边坡 均为 1 0 ． 3， 但 预裂 孔是 从 上直 接钻 到建基面 ， 形 成三 向预裂 ， 由于 台阶 上游齿槽均平 行于 坝轴 线 ， 便 于旌 工下游 齿 槽与坝轴线成一定角度 。 钻孔放棒 比较复杂 给施 工 带 来 一定 的难 度 。预 裂孔 距 0． 8～ 1 ． 0 m， 孔 内药 卷绑 扎在 竹 片上 ． 竹片靠 预裂 面 ， 以防止孔 内预裂面受 损。 6 ． 2梯段爆破 炮孔 由外向内的最后一排孔距邻 近正 面 预裂 孔的距离控制 在 1 ． 2～1 ． 5m 之间 ， 以后 按排距 2 m逐排 向前推进 ， 但主炮 孔从 上 一 层保护层钻孔至下一层保护层面上 。 基本与 台阶坡面 的角度 相同 ， 一般 与 水平 面成 7 0 。 ， 每次都采用和斜坡预裂孔一样超前进行 的施 工方法。 ． 化 如张开、 压缩、 错动 和建基面岩体的完整 性遭到破坏， 对水工建筑物的安全稳定是不 利的。对这些爆破裂隙缺 陷进行处理， 还会 造成超挖 并增加 回填 混凝 土工 程 量。因此 ， 在未取 得声 波测试资料 之 前 。 必须按 规范 预 留一定 厚度 的保 护层 。按 工 程类 比 D 公 式 。 江垭大坝基础节理裂 隙较 发育 ， 岩体 中等 坚硬， 按H ／ D3 0 ， 即预留的保护层厚度为药 卷直径 的 3 0倍 。 保 护层爆破 。 按规范应采用 帕8 -4 2 n 手风钻钻孔分层爆破。特别 是距建 基面 1 ． 5 m厚的部分 ， 按常规用火雷 管引爆 ， 须分两次 爆破 并保 窜 2 0 c r n待 浇砼 前进 行 人工 撬除 ， 采取孔 间排间微差 ， 控制单段一次最大药量 ， 孔底 加 c r n柔性垫层可以一次爆 除。建基面 上下游齿槽深度为2 ～3 m， 将采用上述 同样 的施工方法 ， 但至少须分 两次开挖完成 。 6 ． 4 水平预裂爆破 水平预裂爆破可使 建基面达 到理 想的平 整度 。 减少对基础岩体的震动破坏， 且能加快 施 工进度 。但这 种施 工方法 ， 在不 同的 地质 条件下 ， 效果是不 一样 的。水 平 预裂对 在块 状厚层灰岩 的条件下是 可括 的， 而在薄 层 灰 岩 、 多夹层和层 间错 动∞ 部位 难 以形成 预裂 面 。坝基 开挖 中， 上下游 齿槽 若有斜 面构 造 裂 隙相交者 ， 亦 不宜 采用水 平预 裂。据此 预 测第 四岩组 区一般不宜 采用 水平预 裂 ， 待形 成 水平 预裂 台面后枧具体岩 性情 况而定 。地 质条件构成“ △” 软弱带体 ， 可在后期清除， 施 工中尽量不扰动。尤其是投有断裂面与水平 面成斜交的情况下 。 可 以按光 面爆破 原理 ， 分 层 由上到 下逐层 起爆。采用 这种 施工 方 法 ， 可以代替垂直钻孔的保护层一 次爆 除。 6 ． 3 保护层爆破 ’ 7 开挖顺序 爆破使水平 建基 面岩体产生少 量爆 破裂 隙是难免的 ． 但 产生大量爆 破裂隙 ， 使弱 面恶 根据 江垭大 坝坝基 爆 破 开挖 的实 施 情 况 ， 下一 步坝基开挖的爆破 开挖 顺序为 维普资讯 第 l 3卷 第 4 期 姚先 知对 “ 江垭太 坝坝 基爆 破 开挖 设计施 工 ” 的分 析 与建议 ‘7 5 ’ 7． 1 预爱爆破 J ， ● 预裂孔先于相邻梯段主炮孔的起爆 时 间 1 0 0 ms 实际1 1 0 r n s ， 因5 ms 雷管微差时 间为 1 1 0 m3 ， 采 用 0T l 3 5 1履带 式潜孔 钻钻 孔 ， 孔 径 1 0 5 mm， 药 卷直 径 为 够2 mm 把2 mm1 5 0 g2 0 c m ， 炮孔 间距 ≤ 1 m． 孔 内 采用间断装药结构 ， 不耦 合 系数为 3 ． 2 最 好 用 侣0mm 药卷 ， 不耦合 系数 2 ． 5 ， 齿槽斜坡 预裂孔 ， 根据设 计 轮 廓线 故样 ， 孔 距≤ 1 m， 边坡齿槽底部孔距 a 0 ． 5 --0 ． 8 m 线装 药 密度单孔装药 量 ， 根 据岩石抗 压强 度和 孔距 计算 ， 采用 下列公 式 QY 0 ． 3 5占 0 6 3 6 7 式中． 一线装药密度 g ／ m， 系全孔装药量 扣除底部 增加 的药量段长度 ， 不计堵塞 段 8 岩石极限抗压强度 ， 取 6 0 0 c g f ／ 一 钻孔间距 ， 取 1 0 0 c m 代人上 式 Qx O ． 3 66 O O 。 - l o o 6 7 4 4 3 ,4 4 0 g ， m 目前在实 际施工 中发现部分岩石地质情 况很差 ， 风化 、 破碎严 重 ， 断裂面岩溶较多 ， 右 岸曾几次修改设计 ， 线装药密度 由 5 7 0 g ／ n l 降低到 3 0 0 g ／ m左右 ， 底部 1 m 以内加大药 量 ， 增加量为线 装药 密 度的 3倍 不计本身药 量在 内 ， 孔 口堵塞 长度为 1 ． S m。 7． 2 梯段爆破 梯段 爆 破 主 炮 孔 采 用 排 问微差 起 爆 技 术， 用 C m3 5 1把0 5 r n m履带式潜孔钻钻孔， 根据岩石情况单位 耗药量为 O ． 4 5 g ／ n l j 用 2 岩石 粉 状 铵 油 炸 药 ， 药 卷 为 1 0 5 IT g n 4 0 0 0 g x5 0 c m， 炮 孔 成梅花 形 布置 导爆 索 齐发起爆 ， 孔距 2 ． 5 m， 排距 2 t x l ， 孔 口堵塞 段 大于抵抗线 的长 度， 孔 内采用 连续装 药或 间 断装药结构 。靠 临空 面的最外 --t l l 炮孔 的底 都要适 当加 大 药量 ， 爆 破石 块 才能 向前弛 出 落人河床 ， 同时也为后几排爆 破创造临空面 ， 否则 ， 爆破 时前 排石块未动 ， 爆破 石块部分将 向后抛 ， 增加 二次开挖工作量 ， 给施 工带来 困 难。经实践改为孔距 4 ． 0 m， 捧距 3 ． 0 m， 或 孔距 5 m， 排距 2 ． 5 m， 邻近预裂孔最后一排 孔的孔距 3． 0 m， 排距 1 ． 5 m 的孔同参数 。 7 ． 3 保护层爆破 保护层爆破 采用 帕8 --4 2 r r m 手风钻造 孔， 药量计算和装药结构与梯段爆破选用相 同， 只是采用 幅2 m mt 5 0g 2 0 ． c r n 小药卷 连续装药结 构形式 。 8 起爆网路联结 8 ． I 预 裂爆 破 采用导爆 索联 结 ， 火雷管 引爆 ， 并先 于梯 段主炮孔 1 1 0 I n s齐发起爆 ， 如炮孔较多 ， 一 次单段药 量太大还可 以分段联结 起爆 。最好 先引爆 台阶上 下游两 侧 ， 再响 台阶正 面孔 ， 采 取这种联 结 方式 便 于 控制 单 段 一 次最 大 药 量 ， 减低 因爆 破振 动对边 坡和 建基面 所造 成 的影 响。 8 ． 2 梯段爆破 开始承包 商在孔外 、 孔 内均采用 毫秒 雷 管联结 ， 而且在孔 内又分 为 2段， 采用这 种方 法是不必要的， 而且联线和时差计算太复杂， 工作面上导爆 管很多 ， 形成 混乱局面 ， 甚至易 接错线路 ， 爆 破 时又容 易炸 断线路 ， 因此 ， 曾 发生多次拒爆现象。现改甩和预裂孔一样全 部用导爆索联结 ， 排闻再用五段毫秒雷管分 段联结起爆 ， 采用以上这种同路联结形式， 结 构简单可靠 不足之处 其是成本较高一点 ， 如 果在孔内改用一段毫秒雷管引爆而不用导爆 索， 成本还可降低。其他方面与前没有差别。 8 ． 3 保护层爆破l 包括建基面台阶以下上下 游齿槽开挖 。 孔 内孔外都 采用塑 料 导爆管联 结 ， 但在 每排炮孔之 间用五段毫秒雷管分别与孔内塑 下转第 跎 页 维普资讯 跎 爆 破 l 9 9 6年 1 2月 1 0 1 r f l 标高布设单层三排共 2 5 个集中药包， 两条 主硐 ， 其硐 口朝 南 ， 三 捧支 硐。 药室 密集 系数控 制在 0 ． 9 5 ～1 ． 1 之 间 ， 前后排药室 以等腰 三角形 式 布置 ， 排距 小于 间距 1m。 药室埋深比w／ H W 为最小抵抗线， H 为药室 中心 至地 表 的垂 高 为 0． 7 0 ～0 ． 8 5 ， 岩石较软或风化 层厚 的地 方取 小 值 ， 反 之则 取大 值。 前两排为加强 松 动爆 破 ， 后 排 为松 动爆 破 ， 前排炸药单 位消耗 K值取 1 ． 3 k m3 ， K 0 ． 5 k g ／ m ． 排在前排的基础 上加大 了 1 0 ％。最后实 均单耗 q 0 ． 5 3 k g ／ m3 。 炸药 为 自制铵 油炸 药 ， 每 个药 室 放置 7 ％ ～ l 0 ％的 2 岩 石炸 药作 起爆 体。采 用 山东矿 业学院提供的 l ～蚰 段 l o 0 ms 间 隔电雷管 ， 每 个起爆体放 置 4发 同段 电雷 管 ， 实 行并 串 并复式起爆 网路 起爆。每 隔 1 ～2个药 室 对 称组合成一段 同响。 另外 对 离北 侧水 池、 仓 库较近的几个药包 ， 按集 中药包计算药量 ， 实 行分 集装 药。 后排药包的不逸出lZ wM w1 ． 2 ～ I ． 3 。 主硐 口实际堵塞长为 6 m， 药室 2 -3m； 主硐与支硐的交叉 口全堵 ， 约 4 m 长。堵塞 料全 为炮 渣。全为砂袋 填塞 。 本次爆破 总装 药量为 2 3 t ， 分 l 0段一次 微差起爆 ， 最大段药 量 q一 2 ． 6 t 根据一 期经 验 取 震 动 衰 减指 数 a 1 ． 5 ， 系数 K 1 7 0 ， 根 据振速公式 计算爆 区北 侧水池 ， 库仓 处的振速达到 2 7 ． 5 c m ／ s ， 将要被振坏。 但是 ， 爆后现场检查 ， 这些近 区的建 构 筑物 几乎 没受到 一点损 伤 ， 连 黄泥 垒 的临 时 工棚都 没 震 塌。爆 区 正 前方 个 别 飞石 不到 5 0 m。前 排 明显 位 移 ， 无 后 冲现 象 ． 爆 堆集 中 ， 受到 了建设单位的好评。 参考文献 I 钟冬望 、 林 大泽 、 肖绍 清 著 ． 爆 破安 全技术 ． 武 汉 武汉工 业太 学 出版社 2长沙 矿 山研 究皖 季刊 ． 1 9 9 1 9 4 3霍永基 工 翟爆破 论文 集第 五 辑 北 京 上接 第 7 5页 料 导爆管相联 ， 采用孔 间捧 间微差 ， 要 求至少 每次 2个孔为一组同时起 爆来控制单段一次 最大药量 3 0 0 k g ， 采用以上这种网路联结形 式安全可靠， 爆破效果很好 ， 完全可以达到预 期效 果。 9 结 语 在江垭 大坝 坝基 爆 破开 挖 施工 中 ， 随着 工 程的实 崴积 累和 认识 的 不断深化 ， 对 l 0 0 i T t r n孔径深孔爆破技术在岩石破 碎地区 的具 体应用方面， 采用深孔与预留保护层分别开 挖的施工方 法 ， 是 一种 确保 工程质量 ， 加快施 工进 度 ， 提高 经 济效益 的方 法。但是对 石灰 岩地 区， 岩溶 发 育， 断 裂严 重 ， 一般深孔 爆破 技术难 以达到预期的爆破 效果 。因此如何使 深孔预裂爆破应用于各类 岩石 的不 同地质条 件 ， 必须根据 钻孔速度进行调整 ， 在这方 面尚 有待进一步在施工实践 中试 验研 究。 维普资讯