西龙池抽水蓄能电站下库高边坡控制爆破（陈剑华,陈和勇,孙旭宁）

时间：2022-02-21 15:05:47 浏览量：次

摘要: 针对西龙池抽水蓄能电站下水库工程高边坡稳定要求高、超欠挖要求严格、安全防护困难等特点，在正式爆破施工前，先进行了一系列的爆破试验，取得了符合当地岩石条件的爆破参数，并根据取得的爆破参数确定了施工方案。爆破施工根据预先确定的施工方案并采取相应的施工组织措施，取得了良好的施工效果，开挖轮廊整齐，半孔率、不平整度很好地满足了设计要求。

关键词: 爆破参数;控制爆破;施工方案;高边坡;西龙池抽水蓄能电站

中图分类号: TV743:TV542 文献标识码: A

1 工程概况

西龙池抽水蓄能电站位于山西省忻州市五台县境内，滹沱河与清水河交汇处上游约3km处的滹沱河左岸，由上水库、输水系统、地下厂房系统、下水库、地面开关站等建筑物组成，工程等级为Ⅰ等。下水库库岸开挖边坡为岩质边坡，地形很陡，坡度30～70°，局部更陡，涉及的地层为层状岩体，岩性为张夏组（∈2z ）、崮山组（∈3g ）、长山组（∈3c ）、凤山组（∈3f ）及冶里组（###O1y ）的灰岩和砂岩、页岩，岩层产状平缓，倾向山里，风化相对较弱。层面多闭合，裂隙不发育，地质条件较好。影响开挖边坡稳定的主要因素是结构面及其结构面的组合，只要不存在倾向坡外的缓倾角结构面，则具备形成较自然边坡更陡的、乃至直立的开挖边坡的潜在条件。

2 主要的问题

下水库环库公路以下石方开挖高度55m，坡度比1∶0.75，边坡为钢筋防渗混凝土面板结构，库岸边坡开挖总面积为7.65万m2，石方明挖200万m3。施工生产中主要存在以下问题:首先是高边坡的稳定要求很高，对爆破的单响药量控制很严格;其次技术要求高，所有基础面均不得欠挖（超挖不大于20cm），如未控制好边坡开挖轮廊线，即使平均超挖5cm，超挖导致回填混凝土经济损失即超过100万元。边坡应使用施工预裂或光面控制爆破法施工;再次安全防护比较困难，高边坡常有危石坠落，需人工清撬，安全巡视任务很重，影响施工。

3 施工方案分析与选择

在钻机和爆破网络的选择问题上，大致有4种方法:

（1）全部小孔径手风钻钻爆;

（2）用液压钻每一次造孔20m以上爆破，每层侧面留一定的保护层用手风钻钻爆;

（3）常规的预裂爆破+深孔梯段微差爆破技术，全断面一次开挖到位，台阶高度约10m;

（4）用液压钻每层开挖厚约10m，每层侧面留一定的保护层用手风钻钻爆。

第1种方法能较好地控制单响爆破规模，但由于手风钻钻速和装药量小，难以在限定工期内完成开挖任务。

第2种方法可以在较短时间内完成工程量，但深孔爆破，单响爆破规模偏大，安全稳定难以控制，而且一次爆破方量太大，在挖运和爆破的时间协调上有时会造成窝工。同时，受钻孔机械的精度和钻进深度限制，钻孔角度难以保证，无法控制边坡超欠挖情况。

第3种方法通过预裂爆破与深孔梯段微差爆破现场试验后，预裂爆破效果不理想，难以满足开挖技术要求。爆破对侧向及后冲方向保留岩体的影响范围和影响深度较大，尤其表层岩体的拉裂现象较严重，边坡侧向保留岩体难以站立，预裂爆破后，预裂缝较窄，宽度一般在5mm以下，且缝宽随深度加大而减小，不能充分起到预裂缝减震的作用，预裂面成型较差，壁面的平整度、残留半孔率不如光面爆破，残留炮孔内爆炸裂隙的数量和长度也较多且长。预裂爆破效果不理想的原因主要为:①当预裂爆破在中高地应力地区切割岩层时，一旦形成自由面，岩体发生位移，容易使预裂缝闭合;②由于岩层裂隙较发育，预裂爆破应力波沿裂隙面发生反射及折射，爆炸产生的高压气体也受裂隙面的影响，应力波及高压气体在形成预裂面的同时，也使裂隙面张开，使能量分散，影响预裂爆破的效果;③预裂爆破的壁面效果随岩体结构面的抗剪强度及其与预裂面夹角而异。因此，在本工程中预裂爆破效果不如光面爆破效果，应优先采用光面爆破技术。光面爆破技术已被国内工程爆破界认定为控制周边超挖的标准方法，爆破后可以获得一个光滑的岩面，并能减少岩体中的裂隙，有效减少随机锚固支护的工程量。

第4种方法能较好地克服前3种方法的不足，但按有关技术规范的要求，需要进行现场爆破试验。经过认真细致的对比分析，比较可行的办法是:边坡外侧主爆破用液压钻造孔，每一梯段10m左右，采用孔间毫秒微差起爆网路，最大单响为100kg，边坡侧向预留2m保护层用手风钻爆破。

要充分发挥保护层的作用、有效抵消或减少主爆破振动的冲击和对岩体的拉伤，主爆破时后冲方向的最后一排主炮孔的孔网参数要适当减小（相当于设置缓冲炮孔），避免在后冲方向给保留边坡造成拉裂破坏。对保留的保护层开挖更需严格控制，在爆破振动和成形上，对于保护保留岩体而言，爆破梯段越低、规模越小，越易进行控制。采用手风钻进行钻爆，孔深小于5m的浅孔梯段，密集钻孔，不耦合装药，光面爆破后产生的爆轰能量分布均匀。采用手风钻钻爆后，形成的壁面平整光滑，半孔率高，壁面上无明显的爆破裂隙。因此采用手风钻分层进行光面爆破剥除。

2003～2004年，武警水电部队第二总队在对西龙池电站下水库高边坡开挖施工中，进行了一系列的爆破试验，取得了较好的爆破效果。经试验和生产实践调整优化，采取的主要光爆参数如下:

（1）手风钻造孔孔径φ42mm，孔深4.5m;抵抗线0.5～0.7m，孔距0.4～0.6m;

（2）配置装药结构，底部直径φ32mm药卷乳化炸药加强装药、上部直径φ25mm药卷乳化炸药，不耦合间隔装药，不耦合系数1.7;

（3）线装药密度。标准密度200g/m，孔底加强装药，底部为中部的2～4倍，上部减弱装药，密度140～160g/m;

（4）单位耗药量0.50～0.60kg/m3 。单孔药量1.6kg。单响药量，施工光面爆破控制在30kg内（一般为15～20kg），堵塞长度0.8～1.0m;

（5）起爆网络。非电雷管微差爆破连网，光爆孔孔内全部采用导爆索连接。

4 实际施工

4.1 施工方法

根据试验得出的爆破参数结合实际施工工作面的具体情况编制爆破设计书。

4.1.1 主爆破

采用深孔微差梯段爆破。最大限度地控制爆破震动影响，保证边坡面的安全稳定和施工质量要求。实际施工中，梯段高度10m，孔距×排距为3m×2.5m，采用孔间微差起爆网络，单响药量小于70kg。缓冲孔底部1～2m加强装药（φ70mm药卷），将夹制作用较大的底部岩石抛出，而上部采用较小直径（φ32mm）药卷，使岩石破碎坍塌，使预留光爆层壁面上的破坏大为减轻，有利于预留光爆层的钻爆施工。

4.1.2 边坡成型爆破

光面爆破预留的2m侧向保护层，采用手风钻光面爆破技术最终形成高边坡，孔深4.5m左右，孔距50cm。

4.1.3 起爆技术

当爆破规模较小、起爆孔数较少时，直接采用导爆管雷管顺序分段;当爆破规模较大或起爆孔数较多时，则采用孔内高段、孔外低段的导爆管接力起爆网路，有效控制主爆破最大单响起爆药量。

4.2 质量控制

光面爆破施工要获得理想的效果，首先要着重控制好边线，同时严格监控边线处造孔精度及装药、堵塞等工作环节。在本工程施工中，主要采取以下措施控制爆破质量:

（1）培养组建一个懂技术、能吃苦、责任心强的现场施工、质检、技术管理小组，固定有经验且责任心强的钻工钻光面孔;

（2）造孔控制。严格按测量、放样定好的孔位进行钻孔，光面孔不允许超过边线，左右误差不超过8cm。外侧主爆孔移位不超过15cm，孔深误差不超过20cm，光面爆破孔造孔严格控制孔斜;钻孔完毕后，及时检查孔的各项参数，不合格的重新补钻直至合格;

（3）装药。光面爆破按设计要求，将相应规格的炸药与导爆索一起绑在毛竹片上进行装药;保证堵塞的质量，坚决杜绝冲天炮;

（4）联网。按爆破设计进行联网起爆。爆破后及时检查爆破效果，并根据不同部位的岩性条件调整和优化爆破参数。

4.3 爆破效果

采用手风钻钻爆开挖高边坡保护层，坡面半孔保存率在85%以上，壁面平整光滑，起伏差一般为10～15cm;局部坡面由于裂隙组合形成块体，在开挖后失稳形成缺口或凹坑;仅在局部断层分布带有少量爆破裂隙，其余坡面未见爆破裂隙分布。爆破效果较好。

5 几点认识

5.1 成型开挖的问题

西龙池下水库边坡断层裂隙发育部位，在实践过程中曾经采用“施工预裂爆破”后，保留的边坡保护层还是发生了拉裂破坏，虽未对保留岩体产生破坏，但却给保护层钻爆挖除施工造成较大困难。因此在这些特殊部位通过“施工预裂爆破”不能完全达到预期目标。通过光面爆破有利于保护层成形，光面爆破孔和缓冲孔共同作用的效果可以达到有效减震的目的，采用光面爆破技术形成边坡，边坡稳定性及超欠挖控制效果都比预裂爆破好。

5.2 手风钻施工技术

手风钻施工技术已广泛应用于国内外水电、交通、铁道工程建设中，西龙池抽水蓄能电站下水库采用手风钻钻孔，技术上可行。手风钻体积小，冲击器直径不超过20cm，能够紧贴开挖边线开孔钻进，钻孔深度在5m之内，其孔斜误差可以通过地质罗盘与观察钻杆垂直度进行调整，操作手经过一段时间培训后能熟练掌握操作技能。改进供风系统，由低压风改为中压风，增强驱动力，提高钻机吹尘效率，加快钻孔速度，减少“卡钻”概率。

虽然手风钻设备落后，钻孔工艺简单，但是西龙池电站在一年多时间完成7.65万m2的边坡保护层成型开挖，而且边坡岩体残留炮孔痕迹清晰，分布均匀，残留炮孔保存率在85%以上，手风钻配以合适爆破器材进行钻爆作业是最优选择。只要科学组织、合理安排、精心施工，这种较落后的设备不仅质量可靠，而且强度可以满足进度要求。

6 结语

在西龙池抽水蓄能电站下水库高边坡开挖施工中，经过试验，成功取得了爆破参数并用于指导实际施工。根据所选用的开挖方案达到了预期的目的，发挥了巨大的作用，取得了良好的效果，开挖轮廓整齐，轮廊线符合设计要求，爆后坡面的光面孔的半孔率、不平整度都很好地满足了设计要求。

参考文献:

［1］于亚伦.工程爆破理论与技术.北京:冶金工业出版社，2004.

［2］周听清.爆破动力学及其应用.北京:中国科学技术大学出版社，2001.

［3］张志毅，王中黔.交通土建工程爆破工程师手册.北京:人民交通出版社，2002.

［4］ GB6722-2003.爆破安全规程.北京:中国标准出版社，2004.

［5］赵福兴.控制爆破工程学.西安:西安交通大学出版社，1988.

作者简介: 陈剑华，男，武警水电第二总队第七支队，工程师。

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