水平预裂爆破开挖保护层施工方案

摘要：鉴于厂房坝段石方工程量比较大，厂房坝段石方开挖工期将直接制约7#~8#溢流坝段的混凝土浇筑施工。厂房坝段周边坡度要求比较高，均需要进行预裂爆破施工，并且上下预留台阶存在一定高差，仅仅采用传统的保护层分层爆破开挖法施工，将无法满足建基面基础开挖工期与临近溢流坝段混凝土浇筑要求。

关键词：水平预裂 爆破 开挖 保护层 施工方案

1.前言

鉴于厂房坝段石方工程量比较大，厂房坝段石方开挖工期将直接制约7#~8#溢流坝段的混凝土浇筑施工。厂房坝段周边坡度要求比较高，均需要进行预裂爆破施工，并且上下预留台阶存在一定高差，仅仅采用传统的保护层分层爆破开挖法施工，将无法满足建基面基础开挖工期与临近溢流坝段混凝土浇筑要求。

承包人经过多次论证研究，决定对存在高差（EL101.95、EL103.42两个平台）的建基面保护层开挖采用水平预裂爆破辅以垂直浅孔梯段爆破法一次爆破完成。

采用水平预裂的施工方法可以增加保护层开挖施工进度。对于厂房坝段预留的保护层，采取水平预裂和钻垂直爆破孔一次爆破的施工方法，保护层垂直爆破孔采用CM351型钻机和Y26手风钻机，孔径分别为Φ105mm和Φ42mm。孔底高程距建基面不小于0.7m，采用微差梯段爆破。爆破后，可以直接用大型挖掘设备挖装，缩短保护层开挖的出渣时间此施工方法可减少保护层分层开挖频繁出渣和钻孔的工序，加快保护层开挖施工进度。

2.水平预裂参数的选择与确定

（1）钻孔直径

根据我国水利工程边坡预裂爆破一般采用孔径为80～110mm的施工经验，并结合关门岩电站厂房工程现有的钻孔机械设备的性能特点，选择CM351液压钻为水平预裂孔的主要钻孔机具，钻孔直径为105mm，其次选择手风钻为辅助钻孔机具，钻孔直径为42mm。

（2）钻孔间距

钻孔间距a和钻孔直径D的关系可用间距系数n来表示：a＝nD；n值的大小决定着钻孔的数量，n值过大，不能保证预裂缝的形成，影响预裂效果；n值过小，将增加钻孔数量，不经济，并且影响施工进度。根据经验—般认为n值取7～12较合适。

经多次生产性试验和施工总结，确定采用CM351钻机(相应钻孔直径为105mm)施工时，设计钻孔间距80～100cm，n值为8～10；采用手风钻(相应钻孔直径42mm)施工时，设计钻孔间距40～50cm，n值为10。

（3）不耦合系数E

根据钻孔直径D的大小选择药卷直径d。不耦合系数E是指钻孔直径与药卷直径的比值，可用E＝D/d表示。用于本工程预裂爆破的药卷直径为32mm，钻孔直径为105mm时，E值为3.28，钻孔直径为42mm时，E值为1.31，

（4）钻孔深度L

水平预裂的钻孔施工难度较大，当钻孔深度过大时(孔深超过10m时)，钻孔水平精度难以掌握，往往出现向下偏斜，造成孔口与孔底不在同一高程上，最大偏差达50cm，为保证建基面的开挖平整度，实际钻孔过程中除严格控制开孔孔位高程和角度外，还必须控制钻孔深度。当采用CM35l钻机时，钻孔深度以≤10m为宜，采用手风钻钻孔时，钻孔深度以≤3m为宜。

（5）线装药密度⊿线

根据厂房坝段风化粉砂质泥岩的岩性，参照其它水利工程的施工经验，选择经验公式为：

⊿线＝0.034[σ压]^0.63a^0.67

式中：⊿线——线装药密度(kg/m)

[σ压]——岩石极限抗压强度(MPa)

a——钻孔间距(m)

依据上式计算的结果，并经左岸溢流坝段生产性试验不断调整线装药密度，最终确定线装药密度为400～450g/m。

（6）堵塞长度L1

实践证明，孔口堵塞长度对水平预裂面的效果有一定影响，堵塞长度过短，则爆破时气体逸出，不易形成预裂缝或预裂缝宽度不够；堵塞长度过长，则在孔口附近部位易残留水平炮孔。实际施工中的堵塞长度根据爆破效果进行不断调整修正，一般取80～100cm为宜。

（7）装药结构设计水平预裂与一般边坡预裂有着本质上的区别

一般边坡预裂爆破是在无限体中进行的，底部夹制作用较大，而水平预裂爆破是在2.0～2.5m厚的有限体中进行，类似于光面爆破，底部夹制作用小。爆破施工过程中，为方便施工，根据钻孔深度的不同，将确定的线装药密度均匀分布在孔内，孔底40cm范围内装药密度适当增加一倍，孔口堵塞长度以下50cm适当减小一半药量。典型装药结构见图l。

图1 水平预裂孔典型装药结构图

3.浅孔梯段爆破参数的选择

（1）钻孔直径与药卷直径

根据厂房坝段工程现有的钻孔机械和药卷品种规格，选用Y26手风钻作为钻孔设备，钻了孔直径为42mm，相应药卷直径为32mm。

（2）钻孔深度

钻孔深度视保护层厚度而定，但必须控制钻孔底部在距建基面0.8～1.0m处终孔，当保护层厚度为2.0m时，钻孔深度一般为1.2～1.0m。见图2。

（3）炮孔间距

参照垂直梯段爆破的经验，当采用CM351施工时，孔距一般为1.5～1.8m，排距1.0～1.2m。当采用手风钻钻孔时，孔距一般为1.0～1.2m，排距0.5～0.6m。

（4）单位耗药量

根据厂房坝段粉砂质泥岩的岩性特点，单位耗药量q值控制在0.40~0.45kg/m³范围内。

爆破参数的确定原则，一般根据钻孔机具的性能、岩石性质，并参照以往的工程经验选定其基本参数，施工中根据爆破效果不断进行调整和修正。典型布孔示意图见图2，实际采用的爆破参数见表1。

图2　　典型布孔示意图

3.施工工艺及技术要求

（1）施工准备

进入保护层厚度范围内钻孔作业前，首先进行测量放样，以确定水平预裂和浅孔梯段爆破的作业范围，并用红油漆标明水平预裂孔的开孔高程线，水平预裂开孔高程线以上70cm处为浅孔梯段爆破孔的孔底高程。

表1　　　　　　 爆 破 参 数 表

（2）钻孔作业

水平预裂爆破孔和浅孔梯段爆破孔可同时作业。水平预裂孔利用相邻较低的设计台阶（EL100.48台阶）作为施工作业面。水平预裂孔开孔误差要求不大于10cm，浅孔梯段爆破孔的孔底高程误差不大于20cm。钻孔时要根据地形变化，严格控制钻孔深度和方向。

为减小梯段爆破地震效应对水平建基面的作用，阻止梯段爆破在岩体中产生的爆破裂隙和节理裂隙面、层面的破坏延伸到建基面岩体中，要求水平预裂范围要超出梯段爆破范围1.0～2.0m。

钻孔完毕后，要对钻孔孔位、孔深和孔斜进行认真检查，并作好记录，对未满足设计要求的钻孔，必须进行补钻(欠深)或充填(超深)。

为防止保护层开挖过程中，破坏已经成型的开挖边坡，拟定在水平预裂孔的两端设置空孔达到限裂要求。

（3）装药联网

厂房坝段工程基础保护层开挖采用2#岩石硝铵乳化炸药，导爆索或导爆管传爆，毫秒微差雷管起爆。垂直浅孔梯段爆破孔一般采用自孔底向上连续装药和间隔两种装药结构。起爆顺序沿抵抗线最小的方向依次分段起爆，控制最大一段起爆药量小于100kg。

水平预裂孔采用间隔不耦合装药。为阻止预裂缝延伸至预裂范围以外的保留岩体内，在水平预裂孔两端各预留一孔不装药，作为导向孔。水平预裂一般控制最大一段起爆药量小于50kg。

水平预裂爆破和垂直浅孔梯段爆破同时按设计的装药结构分别装药，并在同一网络内联接，控制预裂爆破先于梯段爆破的起爆时差为75～100ms。

4.技术供应

4.1土石方开挖主要施工设备见表4-1；

4.3人员投入见表4-2。

表4-1　　　　　　 主要施工设备配备计划表

表4-2　　　　　　 主要人员投入计划表