1、深孔预裂爆破在黄登水电站右岸水垫塘高边坡开挖中的运用摘要： 黄登水电站右岸水垫塘 1475.0m 高程以上边坡开挖，采用了深孔预裂爆破、宽孔距小排距的施工方法，合理运用爆破分区，大大减弱了爆破震动对预留岩体的稳定性影响，确保开挖施工质量及施工进度。 关键词： 边坡开挖深孔预裂爆破分区宽孔距小排距黄登水电站 中图分类号： TM6 文献标识码： A 1 工程概况 黄登水电站位于云南省兰坪县境内，采用堤坝式开发，是云南澜沧江上游古水至苗尾河段水电梯级开发方案的第五级水电站，以发电为主。两岸水垫塘部位河流方向，河谷狭窄，江水面宽 70m86m，两岸地形陡峻，多为陡壁，地形坡度 6080，尾段右岸高程
2、1505m1525m为一缓坡平台。分布的地层为变质火山角砾岩、变质火山细砾岩夹变质凝灰岩及紫红色、灰绿色板岩。变质火山角砾岩、变质火山细砾岩岩石坚硬，岩体完整，板岩呈薄层状。尾段右岸江边至缓坡平台地表有坡积层和冲积层分布，厚度 5m15m。右岸水垫塘开挖边坡高程 1475m1570m高约 95m，水垫塘高程 1570m 以上至坝顶高程为泄洪雾化区边坡清坡处理区域。 2 分区的原则及特点 黄登水电站右岸水垫塘开挖厚度不大、范围较长，属于无施工道路向下推渣的开挖方式，在低线路 1490m 高程设置拦渣平台，根据地形特点及施工的需要，将右岸水垫塘沿下游至上游分为三个区，每个主爆区长度大致为 50m，
3、最大一次爆破方量不超过 2.0 万 m3，爆破分区及施工程序见图 1。 该分区的施工特点如下： 最大一次爆破的总装药量不超过 10t，有效地减弱了爆破震动对预留岩体的影响； 减小爆破区域，有利于提高爆破网络的可靠性及良好的爆破质量； 分区形成良好的循环作业，充分发挥了钻爆、翻渣设备的效率。 3 爆破参数 根据黄登右岸水垫塘地形特点，将高程 1570m 以上至坝顶高程为泄洪雾化区边坡清坡处理区域改为退坡开挖。为保证开挖爆破质量及施工进度，同时考虑到钻爆设备的性能，后经设计优化，采用预裂孔一次到位、马道预留 2.0m 保护层的深孔预裂梯段爆破的开挖方式。 3.1 钻爆设备及钻孔孔径 在右岸水垫塘边
4、坡开挖施工中，边坡预裂采用 CM351 潜孔钻机，孔径为 105mm，主爆孔采用 CM351 潜孔钻机，孔径为 120mm。 3.2 布孔原则及间排距 黄登水电站右岸水垫塘开挖没有施工道路，爆破后的石渣只有采取向下推渣的开挖方式，因此，在钻爆施工中必须充分发挥甩渣设备的使用效率，降低其工作强度，以提高施工进度。采取的措施有宽孔距小排距爆破方法，以提高岩石破碎率，岩石块度均匀性较好。同时，在前沿抵抗线较大的部位，根据自然边坡角度进行加密孔（倾角缓慢渐变） ，主爆孔底部加强散装药，前沿加密孔全部装散装药，增加爆破抛掷作用。具体布孔见图 2。 3.2.1 预裂孔 根据爆破设计手册，预裂孔间距 a 与
5、钻孔直径 d 存在一定的关系孔径比 E，E 值的大小决定钻孔的数量，从施工角度上看，E 值大钻孔量少。爆破理论一再证明：分散装药爆破远比集中装药爆破对围岩的破坏小。E 值小装药相对比较分散，预裂面质量比较好。一般 E 值为 712较好，但目前水利水电深孔预裂开挖中通常取 810。参考小湾水电站右岸高边坡开挖（a=0.8m）和黄登水电站右岸坝肩至无名沟退坡开挖（a=1.2m）的成功经验，右岸水垫塘开挖边坡预裂孔的间距取 a=1.0m，垂直开口线或下一层马道等分布置，距缓冲孔距离均为 1.2m。 3.2.2 缓冲孔 根据现场实施的爆破效果分析得出：缓冲孔距开挖边坡预裂面取1.5m，距第一排主爆孔为
6、 2.0 m，爆后基本消除边坡“贴膏药”现象，同时大幅度减少了孔底根部的埂坎。 3.2.3 爆破孔 宽孔距爆破的破岩原理： （1）炸药爆炸后的冲击波使围岩产生径向裂隙后续高压气体使围岩向前推移。当孔距增大后，前移的面是一个弯曲面，该曲面内的岩体受到的剪应力和拉应力得到加强，从而增加了岩体的破碎度； （2）宽孔距爆破的抵抗线较小，其前沿自由面的面积比常规爆破大，此时自由面的拉伸应力也大，在炮孔装药量相等条件下，破岩效果比常规爆破好。 宽孔距爆破法的间排距比值 a/b =28，即在孔网面积不变和炸药单耗不变的情况下，抵抗线越小，岩石破碎度也越小。在黄登水电站右岸水垫塘 430.0m 高程以上开挖施
7、工中，采取间排距为 5.0m3.0m，取得了良好的爆破破碎效果，大大提高了甩碴设备的效率。 同时，为了克服前沿抵抗线较大的部位，根据自然边坡角度进行加密孔（倾角缓慢渐变） ，加强底部装药量，增加爆破抛掷作用。 3.3 孔深 钻孔深度一般根据设计体型的梯段高度和坡比来确定，在实际的开挖钻爆施工中，上钻平台起伏差较大时，为保证钻孔深度达到设计位置，可通过测量在上钻区域内测放出的实际高程，计算出相应的孔深。 3.4 线装药密度及装药结构 3.4.1 预裂孔 根据经验公式为： 线=0.034 压0.63a0.67 式中： 线线装药密度（kg/m） 压岩石极限抗压强度（MPa） a钻孔间距（m） 根据上
8、式计算的结果，结合水垫塘实际的生产施工经验，得出预裂孔的线装药密度可取 400g/m。底部加强段为 1.2m，采取 332mm 和232mm 药卷连续装药，标准段为竹皮绑扎间隔装药结构，孔口堵塞长度为 1.0m。 3.4.2 缓冲孔 缓冲孔距预裂面较近，尽量采取分散装药型式，同时为消除根部埂坎，底部加强两节 80mm 药卷，上部为 60mm 药卷连续装药，堵塞长度为 2.0m。 3.4.3 爆破孔 根据工程施工特点，加强抛掷作用和岩石的破碎度，有利于设备推渣甩渣，故取较高单耗 0.6kg/m3。在无地下渗水的前提下，主爆孔底部加强 2#岩石硝铵散装炸药 50kg，标准段为 80mm 药卷连续装
9、药，前沿加密孔为连续散装炸药，堵塞长度为 3.0m。 3.4.4 施工预裂 在分区开挖施工时，为了避免前炮区爆破后对后炮区的拉烈而进行分区界线造孔，间距为 1.5m，装药结构为底部加强 80mm 药卷 5 节，标准段为 32mm 药卷连续装药，线装药密度 500g/m，堵塞长度 1.0m。 4 钻爆过程控制 4.1 大面找平 大面找平是钻爆过程控制的首要环节，它的平整度好坏直接影响钻机就位的稳定性，给倾角和孔深带来很大程度的偏差。反铲清面结束后，利用手风钻进行设计高程找平和欠挖处理工作，把大面起伏差控制在0.5m 以内，设计开口线 1.0m 范围内采取人工清渣保证测量放点落在稳定的基岩上。 4
10、.2 测量放点及布孔 布孔根据审批的爆破设计执行，预裂孔由测量队逐孔放出孔位点和方位点，孔位偏差控制在 1.0cm 以内，用红油漆或电钻钻小孔的方式对侧放点进行保护与标识。大面主爆孔严格按照间排距布孔直线型、有序的布孔方式。 4.3 钻孔及孔保护 预裂孔造孔过程控制：钻孔方位根据侧放点由线锤和钻杆所构成的铅垂面控制，通过操作移动滑架使钻杆中心线或其投影落在铅垂面上；倾角采用特制的精确度为 0.2的 1/4 圆量角器进行控制。开孔后进行至少 3 次以上校核，即开孔 0.1m 第一次方位、倾角校核，当钻进 0.5m 后2 次校核，钻进 1.0m 后再次校核，之后可每根钻杆校核一次，直至钻孔结束，从
11、而提高了预裂面的平整度。大面主爆孔的孔深控制可将一个炮区分为具有各自特点的 45 个小区，在每个小区里由测量测出实际高程，并返算出实际孔深。 清孔和堵孔等孔的保护工作对爆破效果起到关键性的作用，由于孔保护工作不到位而代之塌孔或孔深未达到设计值时，将严重会产生“糖葫芦” 、岩坎、爆堆局部隆起、大块率高等现象。在孔验收时就必须采取补救措施，以保证每一个孔的方位、孔深均达到设计要求。 5 爆破参数调整 右岸水垫塘属于高边坡薄层开挖，柱状裂隙较发育，岩体卸荷深度大，除个别错动带分布之外基本为弱风化岩体。在实际的爆破装药过程中，根据上层开挖揭露的岩性及钻孔记录进行了适当调整，强风化部位线装药密度为 35
12、0g/m。根据水垫塘分布的玄武岩特性为块状镶嵌型的，最初爆破孔的间排距为 5.0m2.5m，爆破后过于破碎，为了减少钻孔成本，从 EL595m 一下将间排距调整为 5.0m3.0m，也基本没有大块的产生。6 爆破效果分析 钻爆的整个过程是一个连锁反应的过程，每一道工序都必须做到精心设计、精细组织施工，责任到人。从目前 EL1540.0m 以上边坡开挖的效果来看，半孔率均在 90%以上，平整度较好，保证了边坡开挖质量，充分肯定了深孔预裂爆破在右岸水垫塘 1475.0m 高程以上边坡开挖中运用的可行性。不足之处在于右岸水垫塘岩性较差，对于深孔来说塌孔、堵孔现象严重，爆后未能按理想状态达到设计高程，大面存在不同程度的欠挖，给下一循环带来了一定的经济损失，同时工期也受到了制约。那么，深孔梯段爆破的超钻的问题将是我们下一步探讨爆破裂隙延伸破坏原理和实际施工成本控制之间关系的一个严峻的考验。
