观音岩水电站右岸导流明渠爆破技术.pdf

第2 7 卷第1 期 2 0 1 0 年3 月 爆破 B L A S T I N G V 0 1 ．2 7 N o ．1 M a r ．2 0 1 0 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 1 0 ．0 1 ．0 1 4 观音岩水电站右岸导流明渠爆破技术 李朝斌 中国水利水电第七工程局，成都6 1 0 0 8 1 摘要观音岩水电站右岸导流明渠开挖爆破工程对岩石块度级配和明渠边坡平整度要求严格。为此，在 施工中分别采用了孔距与排距比值大于1 ．2 5 的小低抗线宽孔距爆破、缓冲爆破和预裂爆破等技术。经实 践。爆破效果达到了工程要求。 关键词明渠开挖；大孔距爆破；预裂爆破；缓冲爆破 中图分类号T D 2 3 5 ．3文献标识码A文章编号1 0 0 1 4 8 7 X 2 0 1 0 } 0 1 - 0 0 5 4 0 4 T e c h n i c a lS u m m a r yo fG u a n y i n y a nH y d r o p o w e rS t a t i o n ．R i g h tB a n kC h a n n e lB l a s t i n g UC h a O ．b i n S i n o h y d r oB u r e a u7C oL t d ，C h e n g d u6 1 0 0 8 1 ，C h i n a ， A b s t r a c t A c c o r d i n gt Ot h ee x a c td e m a n d so fr o c kf r a g m e n t a t i o ng r a d e sa n ds l o p ef l a t n e s so fo p e nc h a n n e li nt h e o p e nc h a n n e le x c a v a t i o nb l a s te n g i n e e r i n gf o rr i s h tb a n ka b s t r a c t i o no fK w a n - y i n y a nh y d r o p o w e rs t a t i o n ，a d v a n c e d t e c h n i q u et h a tb u f f e rb l a s t i n g 、p r e - s l i t t i n gb l a s t i n ga n ds m a l lb u r d e na n dl a r g eh o l es p a c i n gb l a s t i n gw h i c hr a t i oo f h o l es p a c i n ga n dl O Ws p a c i n gi sg r e a t e rt h a n1 ．2 5a r eu s e dd u r i n ge x c a v a t i o n ．I ti sp r o v e dt h a tb l a s te f f e c th a sm e t d e m a n d s ． K e yw o r d s o p e nc h a n n e le x c a v a t i o n ；l a r g eh o l es p a c i n g ；p r e s p l i t t i n gb l a s t i n g ；b u f f e rb l a s t i n g 1 工程概述2 工程地质条件 观音岩水电站位于云南省丽江市华坪县与四川 省攀枝花市交界的金沙江中游河段，为金沙江中游 河段规划的8 个梯级电站的最末1 个梯级，上游与 鲁地拉水电站相衔接。电站坝址距攀枝花市公路里 程约8 7k m ，距华坪县城公路里程约4 0k m 。工程以 发电为主，兼有防洪、灌溉、旅游等综合利用功能。 水库正常蓄水位11 3 4m ，库容约2 0 ．7 2 亿m 3 ，电站 装机容量30 0 0 5 6 0 0 M W 。 收稿日期2 0 0 9 1 0 - 0 9 作者简介李朝斌 1 9 7 0 一 ，男，高级工程师，学士，从事土岩明挖及 地下洞室群等爆破开挖工作，E - m a i l 3 0 3 6 7 6 3 2 4 q q ． t o m o 观音岩水电站坝址位于塘坝河口上游河段。河 谷为斜向谷，两岸地形不对称，山体雄厚。右岸为干 坪子台地，台地外缘高程约10 8 0m ，台地内缘岸坡 地形坡度2 5 0 一3 0 0 。 坝址为斜向谷，岩层走向与河道交角较小。坝 址覆盖层左岸相对较薄，右岸较厚。其中，右岸阶地 冲坡积层一般厚约5 ～1 0m ，河床部位冲击层厚约 1 6 ～2 1m 。 上段 珐 为紫红色厚层- 块状细粒石英砂岩及 棕红色中．厚层状粉砂岩夹泥质粉砂岩，厚度约5 5 0 r n ，主要分布在右岸。 坝址范围无大的断裂，其构造形迹主要表现为 褶皱构造，构造总的方向为N 1 0 0 - 3 5 。E ，坝址岩层产 万方数据 第2 7 卷第1 期李朝斌观音岩水电站右岸导流明渠爆破技术5 5 状主要受褶皱控制。 ． 坝址岩体除右岸干坪子台地风化卸荷相对较 深，岩体完整性差以外。总体上风化卸荷较浅。 设计提供本工程不同岩石的抗压强度见表l 。 表I 岩石强度建议取值表 ‘岩石强度试验横线上值为算术平均值、下值为小值平均， 以上取值为弱风化岩石；强风化岩石按综合取值3 0l V l P a 。 3 块度爆破技术 由于导流明渠开挖的石渣要用于电站右岸堆石 坝的填筑料，且要求爆破后块度最大直径不大于8 0 c m ，所以钻爆参数比普通岩石爆破参数要求严格， 又因岩石的抗压强度软、硬差别较大，岩体节理、裂 隙较为发育；施工时取岩石坚固性系数f 4 ，相对应 的炸药单耗q 0 ．4 3k g ／m 3 。由于本处岩石钻爆 主爆孑L 的钻机为液压钻R O C D 7 ，钻孑L 后孔径为 9 0m m ，所以每孑L 所装炸药为击7 0m m - 2 ．0k g - 5 0c m 每节炸药直径- 重量- 长度 。又因本钻机钻杆长度 为3 ．0i n ；钻头长1 ．0n l ；钻孔时，钻头上接3 根钻 杆，即典型每孑L 钻深9 ．0m ；每孔堵塞长度为2 ．0m ， 则每孑L 装药长度为7 ．0m ，即每孑L 装1 4 节币7 0m m 乳化炸药u j 。由公式q gx 口xbxh 得2 8 O ．4 3 DXb 9 _ 口b 7 ．2 m 2 。为达到要求的 爆破块度及较好的经济效益，不能一味的加大炸药 单耗 即缩小孔间，排距 ；而应在合适的炸药单耗 下，采用梅花型布孔L 2J ，且保证孔距和排距的比值 大于1 ．2 5 ，这样的布孔参数下，爆破的块度才好，工 程孔距取3 ．5I T ／，排距取2 ．0r f l 口6 7 ．0m z 一7 ．2 m 2 ，其比值为孔距／排距 3 ．5 ／2 1 ．7 5 1 ．2 5 。 所以尽管爆破所采用的孔网参数偏大，但爆破效果 较好，最大块度长度在7 0 3 ／／1 以内，典型装药结构见 图1 。 图I9m 深主爆孔装药结构 4 缓冲爆破技术 基岩边坡最后1 排炮孔 离预裂孔最近那I 排炮 孔 称为缓冲孔，此排孔与设计边坡的坡度一致，见图2 。 ￡ ￡r f f f r f f f f f f f f f f f ￡【I f f f f r r f r f r f f f ’ 1 i { 严’’’’1 1 ’1 ’一一’一’一一一- - ’一’掣 {f 【Ⅱd ‘ I i ‘ ▲A ．一一一一 M S l 3、 ＼7 j 声≥≥≥＼／ S ．S 弋弋弋寸5 1 0 J f a s T W “厂厂 ／⋯ ＼ 一I 掣一幽一一’二 、一，＼厂＼，、 芏。．主 弋 弋M 5 1 ，订雨’，ff ．．＼ ，一P Vj 4 ■一．1 } ＼，＼，、，＼，＼ S．。S 弋弋 M 掰 C 谳、f￡ f ．．二} 、 ‘o Lp 叫一一一 ＼／＼／＼／＼／＼ 芏。生 弋弋M 5 ’ 麻雨、，ff ，＼ 一 I ．≥塾．T 一 监舟宙 弋l ‘I 电售管起爆 立 唑 叟 Q 堑 图2 炮孑L 布置及起爆网路图 单位c l n 1 炮孔深度h 由爆破台阶高度日而定。h 1 t ／ s i n 瑾，式中，a 为缓冲孔与水平面所夹的角度，以该工 程代表陛的爆破设计 坡比1 0 ．7 5 进行计算，由坡 比1 0 ．7 5 ，得a a r c t a n I ／0 ．7 5 a r c t a n 1 ．3 3 3 ≈ 5 3 ．1 。，所以h H ／s i n 瑾 9 ／s i n5 3 ．1 0 * 9 ／o ．8 1 1 ．2 4 m 日为开挖梯段高度，此处取9 ．0m 。 2 孔距口取2 ．5i n 3 相关参数离预裂孔1 ．8i n ，离前排主爆孔距 离b 2 ．0m 。 4 孔径与主爆孔孔径相同，均为9 0m m 5 每孔装药量q Q 0 ．8 3 g Dxbxh 0 ．8 3 0 ．4 3X0 ．2 5 2X1 1 ．2 4 2 0k g 式中。0 ．8 3 为2 个临空面应乘的系数；q 为松动爆破炸药单耗， 此处取0 ．4 3k g ／m 3 ；五为缓冲孔孔距，此处为2 ．51 7 1 ； b 为缓冲孑L 至相邻第1 排主爆孔的平均抵抗线，此 处为2 ．0m ； 为孔深，此处为1 1 ．2 4m 6 装药结构装咖7 0m m - 2 ．0k g - 5 0c m 乳化炸 药，孔底连续装2 节，保证堵长2 ．2 41 1 2 ，中间间隔装 8 节咖7 0m m 乳化炸药，相邻炸药之间的间距为5 0 c m 。将炸药绑在竹片与导爆索上，用导爆索引爆所 有炸药，具体装药结构详见图3 。 万方数据 5 6爆破2 0 1 0 年3 月 编织袋堵竹片与导爆索 1 塑 2 塑 ．L2 2 堡．I 图31 1 ．2 41 1 1 缓冲孔装药结构图 单位c I n 5 预裂爆破技术 由于本工程开挖坡比变化较大 开挖坡比有 1 0 ．3 ，1 0 ．5 ，1 0 ．7 ，l 0 ．7 5 ，1 1 ，l 1 ．5 ，1 2 等 ， 坡比小于1 1 ．5 的开挖面均采用了预裂爆破。 1 钻孑L 直径本] - 程预掰L ，成孑L 直径幽． 9 0m m ； 2 炮孔间距旧J 口 7 ～1 2 d 孔，因岩体节理，裂 隙发育，且边坡为永久边坡，质量要求高，所以口 9 d 孔 8 0e m ； 3 线装药密度[ 3 1 Q 线 o ．8 3 [ 娃] 0 ‘5 口。一 0 ．8 3x 4 0 0 0 5X8 0 0 一 0 ．8 3X2 0X1 3 ．9 2 3 0g ／m 。 式中，靠为岩石的极限抗压强度，依昆勘院设计提 供的J 2 。岩性组合比例统计表、岩石强度建议取 值表，明渠大部分岩石为粉砂岩，干抗压强度为 4 9 1 ．4k g ／m 2 ，湿抗压强度为3 1 9 ．9k g ／c m 2 。由于爆 破时，岩石处于干湿之间，故岩石抗压强度取平均 值6 压 1 ／2 4 9 1 ．4 3 1 9 ．9 一4 0 0k g ／c m 2 ；口为孑L 距，取a 8 0e m ；Q 线为炮孔中每m 长的装药量。 4 不偶合系数，l d r , ／d 药 9 0 ／3 2 2 ．8 。式 中，岛．为预裂孔直径，d 孔 9 0m m ；d 药为所装药药卷 直径，d 药 3 2m m ；n 值在经验取值2 5 范围之内。 5 预裂爆破装药结构采用间隔装药结构。将 西3 2m m ，重1 5 0g ，长1 8c m 的药卷均分2 节 从中 对折 ，每隔2 4c m 绑在竹片和导爆索上，由导爆索 引爆全部药卷。爆破后效果很好，保留半孑L 率大 9 5 ％以上，预裂面很平整，预裂面凸凹部位差值 不 平整度 小于1 5c m ；预裂面上岩体完整，药卷所在 位置没出现明显的爆破裂隙。为克服炮孑L 底部岩石 的夹制力，保证预裂缝贯通到底，孔底药量适当加 大，增加值均匀分布在孔底1 ．0m 长度上。主要以 孔深确定孔底药量增加值 由于右岸边坡转角部 位，预裂孔孔深由2 0 ．5m 渐变到1 ．0m 。 ①当预裂孔孔深在5 ．0m 以内时，孔底装药量 为4 Q 线 4 倍线装药密度 ，即装6 节币3 2m m 乳化 炸药‘。 ②当预裂孔孔深在5 ．0 1 0 ．0m 之间时，孑L 底 装药量为5 Q 线 5 倍线装药密度 ，即装8 节咖3 2 咖乳化炸药⋯。 ③当预裂孔孑L 深在1 0 ．0m 以上时，孔底装药量 为8 Q 线 8 倍线装药密度 ，即装l 整节咖7 0r a n l - 2 ．0k g - 5 0h i m 乳化炸药⋯。 每个预裂孔保证堵长1 ．0 一1 ．3m ，除去孔底加 强药外，其余部位每间隔2 4c m 绑半节由3 2r a m - 7 5 g - 9c m 乳化炸药在竹片与导爆索上。典型预裂孔装 药结构见图4 。 图42 6 ．2 5n , l 孔深预裂孔装药结构 单位c m 6 预裂爆破施工中必须注意的几个问题 ①钻孔精度一定按设计的孔位、孔向、倾角打 孔。在钻孑L 平面上，孔底偏差不超过l Oc m ；为防止 钻孑L 时，钻杆向上边产生漂移，搭设钻架时。钻架与 竖直 垂直 面的夹角缩小1 ．0 0 一1 ．5 0 当预裂孔孔 深在1 0 2 0m 之间时，夹角缩小1 ．0 。；当预裂孔孔 深在2 0 ．0m 以上时，此夹角缩小1 ．5 0 ；预裂孔孔深 小于l Om 时，夹角不缩小 H 】。 ②炮孑L 堵塞先用废塑料袋堵，再堵以细砂，岩 粉等，忌用碎石堵。 ③预裂缝与主爆孔的关系为便于预裂孔施工， 每两级马道之间的坡面采用一次性预裂，相邻两级 马道间预裂孔不再分层，主爆孔按9 ．0m 高分层向 下开挖。预裂孔的布置线比主体开挖段的长度长 7 ．0 1 0 ．0m 。 ③预裂缝与最后l 排炮孔 缓冲孔 的距离因岩体 节理，裂隙发育，岩体比较软弱，所以此距离取1 ．8m 。 6 结语 尽管本工程地质情况极为复杂，岩体节理裂隙 较为发育，采用以上控制爆破技术，爆破效果良好， 得到了业主和监理的一致好评，主要体现在以下几 个方面 1 岩石爆破的石渣块度符合右岸堆石坝粒径 要求，石渣最大长度在7 0c m 以内。 2 爆破飞石控制在1 0 0m 范围以内，远小于规 范要求的3 0 0m 最远飞石由炸孤石及浅孔爆破引 起的 ，整个工程爆破开挖期间，没有发生飞石打伤 人员和机械设备的情况。 3 开挖轮廓成型规则，岩面平整，符合设计要 求，壁面不平整度远小于规范要求的1 5c m 。 4 岩面上的半孔保存率，在均质岩体中，钻孔 万方数据 第2 7 卷第1 期李朝斌观音岩水电站右岸导流明渠爆破技术 痕迹达9 5 ％以上。 5 岩面上的岩体完整，药卷所在位置处均未出 现明显的爆破裂纹。 6 预裂孔孔位存在微小偏差，最大不超过1 0 c m ，需进一步改进。 7 预裂孔个别部位打成了剪刀型、“八”字型， 适选用用于实际施工中的坡比尺和增加地质罗盘， 提高检查倾角和方位角的精度，以减少倾角及方位 角的误差。 8 缓冲孔间距2 ．5m ，距预裂孑L1 ．8I T I ，距主爆 孔2 ．0m 较为适宜。 9 根据预裂面成型情况 半孔率，平整度，岩面 裂纹情况等 ，预裂孔孔距取8 0c m ，线装药密度取 2 3 0g ／m 较合适。 参考文献 [ 1 ]龙维祺．全国爆破工程技术人员培训教材爆破工程 下册 [ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 2 5 2 - 5 3 ． [ 2 ]王海亮．高等学校教材铁路工程爆破[ M ] ．北京中 国铁道出版社，2 0 0 1 1 0 8 ．1 0 9 ． [ 3 ] 陈飞． [ s ] ．北 京中国电力出版社，2 0 0 2 6 3 ． [ 4 ] 李朝斌．耒中水电站厂房基坑岩体的爆破开挖[ J ] ．四 川水力发电，2 0 0 1 ，2 0 3 9 5 - 9 6 ． 上接第4 7 页 爆破时对中夹岩柱的振动进行监测，测点布置在 临近后洞的前洞边墙中部，结果表明，爆破时测点的 质点振动速度小于1 5e r n ／ s ，质点振动速度最大值为 1 2 ．0 7c n V s 。对中夹岩柱表面的初期支护的宏观调 查也表明，初期支护喷射的混凝土没有出现裂缝。 对隧道爆破前后的岩体声波探测，发现爆破后 围岩的扰动范围较小，扰动范围基本在3 5c m 以内， 在此范围内，与爆破前相比，爆破后岩体声波速度没 有明显降低。施工过程中，掌子面附近边墙均未出 现垮塌情况。 6 结论 1 武隆隧道小净距段的中夹岩柱在爆破地震 作用下的振动为高频振动，振动主频普遍在1 0 0H z 以上，爆破地震主频波与隧道中夹岩柱产生共振的 可能性较小，爆破地震的这种主频特征有利于震害 的控制。 2 隧道爆破中掏槽孑L 爆破的药量不是最大，但 产生的振动强度最大，降低或消除小间距隧道爆破 震害的关键是控制掏槽孔爆破的振动效应。 3 在距离爆源水平距离2 0r n 内，无论是在隧 道掘进方向还是其反方向上，中夹岩柱的振动速度 沿隧道轴线的变化并不随着水平距离的增大而出现 减小的趋势。这可能是由于前洞开挖过后，小间距 隧道的中夹岩柱已不是自然状态下的岩体结构，而 成为了一种起到支撑作用的厚板型工程结构，相对 于自然状态下的岩体结构，这种类似于工程结构的 岩柱在爆破地震作用下的振动特性已经发生改变。 4 在小净距段进行掘进爆破时，为保证各段装药量 引起的地震波不致发生明显的相互叠加，以便更好地控 制爆破振动，相邻段别的微差时间应不小于5 0 瞄。 5 在隧道净距7 1 2m 和4 7m 处分别采用 单循环进尺为2 ．1m 、1 ．3m 的全断面爆破方案是可 行的，其相应的单段最大药量应分别控制在1 9 ．2k g 和9 ．6k g 内。按照本文给出的武隆隧道小间距段 爆破参数、炮孑L 布置方式和起爆方法，能保证炮孑L 利 用率达到9 0 ％以上，爆破岩块的块度适中，便于铲 装、运输，又能使隧道开挖边界平整，未出现严重超 挖。掘进爆破的振动监测表明，隧道净距为7 一1 2 I T I 和4 7m 时，临近后洞掌子面的前洞边墙最大振 动速度为1 6 ．7 5c m ／s 和1 2 ．0 7c m ／s ，满足爆破安全 规程的振动控制标准。 参考文献 [ 1 ]张继春．浅埋隧道掘进爆破的地表震动效应试验研究 [ J ] ．岩石力学与工程学报，2 0 0 5 ，2 4 2 2 41 5 8 ．41 6 3 ． [ 2 ] 谭忠盛，杨小林，王梦恕．复线隧道施工爆破对既有隧 道的影响分析[ J ] ．岩石力学与工程学报，2 0 0 3 。 2 2 2 2 8 1 - 2 8 5 ． [ 3 ] 王明年．临近隧道爆破振动响应研究[ J ] ．岩土力学， 2 0 0 4 ，2 5 3 4 1 2 4 1 4 ． [ 4 ] 毕继红，钟建辉．邻近隧道爆破震动对既有隧道影响 的研究[ J ] ．工程爆破，2 0 0 4 ，l o 4 6 9 - 7 3 ． [ 5 ]郭建群，张继春．穿越高楼下的浅埋隧道掘进控制爆 破技术[ J ] ．爆破，2 0 0 3 ，2 0 1 2 8 - 3 0 ． [ 6 ] 陈华腾，钮强．爆破计算手册[ M ] ．沈阳辽宁科学 技术出版社，1 9 9 1 ． 万方数据