水平预裂爆破开挖保护层施工技术

水平预裂爆破开挖保护层施工技术陈双溪陈文嵩陈初阳（福建高能建设工程有限公司泉州分公司）摘要：某电站右岸高缆地基梁基础开挖工程量虽说不大，但难度相当，其开挖工期将直接制约高低缆平台的正常下卧，更重要的是高缆地基梁基础混凝土浇筑回填后形成由高缆路通向右岸下游边坡A、B区的交通要道，以保证右岸下游边坡A、B区顺利完成。同时，高缆地基梁基础要求开挖质量高，需要进行水平预裂爆破，才能满足混凝土浇筑的要求。关键词：高缆地基梁基础保护层开挖水平预裂爆破施工技术1前言某电站右岸高缆地基梁基础开挖工程量虽说不大，但难度相当，其开挖工期将直接制约高低缆平台的正常下卧，更重要的是高缆地基梁基础混凝土浇筑回填后形成由高缆路通向右岸下游边坡A、B区的交通要道，以保证右岸下游边坡A、B区顺利完成。同时，高缆地基梁基础要求开挖质量高，需要进行水平预烈爆破，才能满足混凝土浇筑的要求。高缆地基梁基础是一个正面、侧面和底板组成的半槽形开挖体型，长50多米，宽10几米不等，开挖高差不大，但其开挖过程中将中断高缆路通往右岸下游边坡A、B区的要道。经过技术讨论，既要保证开挖质量，以满足混凝土浇筑的要求，又要缩短开挖工期，仅仅采用传统的保护层分层爆破开挖施工，远达不到方方面面的要求。因此，只有采取水平预裂爆破的施工方法。正面、侧面边坡预裂及底板采用YT28手风钻打水平预裂孔，爆破分区实施施工预裂，利用毫秒微差一次爆破的施工方法。爆破后，可通过高缆路直接用大型挖掘设备挖1装，可加快高缆地基梁基础开挖施工进度。2水平预裂爆破参数的选择与确定2.1钻孔直径D根据我国水利水电工程手风钻爆破一般采用钻孔直径为42mm，高缆地基梁基础开挖的水平预裂孔和垂直爆破孔均用手风钻。2.2钻孔间距a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，目前水利水电深孔预裂开挖中通常取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。2.3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25mm，手风钻钻孔直径为42mm时，E值为1.68。2.4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，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，将产生很大偏差，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，再加之CM351钻机无法就位，故采用手风钻钻孔，钻孔深度以≤3m为宜。因此，较宽部位采取施工预裂前后分区的施工方法。2.5水平预裂线装药密度2根据经验公式为：Δ线=0.034[σ压]0.63a0.67式中：Δ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）根据上式计算的结果，结合高缆地基梁基础的岩性，在实际的生产施工中不断地调整，最终得出水平预裂孔的线装药密度可取400～450g/m。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3.0m厚的有限体中进行，类似于光面爆破，底部夹制作用小。所以，底部加强段为乳化炸药φ32mm药卷连续2节装药，正常装药段为竹皮绑扎乳化炸药φ25mm药卷间隔装药结构，孔口堵塞段以下0.5m长度设为药量减小一半，堵塞长度0.5m。3垂直浅孔梯段爆破参数的选择3.1钻孔直径与药卷直径根据现有可利用的钻孔机械和药卷品种规格，选用YT28手风钻作为钻孔设备，钻孔直径为42mm，相应药卷直径为乳化炸药32mm。3.2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3.0m时，钻孔深度一般为2.2～2.0m。见图1。3.3炮孔间距参照垂直梯段爆破的经验，采用手风钻钻孔时，孔距一般为1.0～1.2m，排距0.5～0.6m，梅花型布置。3.4单位耗药量3根据高缆地基梁基础片麻岩的岩性特点，单位耗药量q值控制在0.40～0.45kg/m3之间。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1。4施工工艺及技术要求4.1施工准备当进行保护层厚度范围内钻孔作业前，首先根据爆破分区的施工需要，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处为垂直浅孔梯段爆破孔的孔底高程。4.2钻孔作业水平预裂爆破孔和垂直浅孔梯段爆破孔可同时作业。水平预裂孔利用高缆地基梁基础的设计台阶作为施工作业面。水平预裂孔开孔误差要求不大于5cm，为了便于下一个循环的钻机就位，水平预裂孔的角度适当下倾0.2°，垂直浅孔梯4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，要求爆破分区分界线的孔按照施工预裂形式进行装药。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)。4.3装药联网高缆地基梁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，毫秒微差雷管起爆技术。垂直浅孔梯段爆破孔一般采用自孔底向上连续装药结构，反向起爆。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。总之，水平预裂爆破和垂直浅孔梯段爆破均按爆破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结束语在边坡开挖两年来的施工中，工程量较大、工期较紧的前提下，既要保证开挖质量，又要保证工期。为此，在高缆地基梁基础的开挖中采取了水平预裂爆破技术，在短短的20天里就完成了该部位的3000多方保护层开挖工程量。以水平预裂爆破和垂直浅孔梯段爆破相结合的开挖形式，比传统的保护层分层爆破效果更好，尤其采用手风钻造孔，高缆地基梁基础建基面的平整度均5在10cm以内，半孔率很高，避免了分层爆破孔对建基面的裂隙破坏，真正起到了保护的作用，对传统保护层分层爆破孔底采取柔性垫层而预留20cm厚的岩层而言，有效地减少了预留岩层的后期人工撬挖工程量。只要现场施工组织到位，进行合理的施工分区，处理好钻孔、爆破及出渣等各道工序之间的关系，尽量缩短循环时间。不足之处在于水平预裂爆破在向前推进的同时，为了保证下一钻爆循环的钻机能就位，分区分界处存在一个约十几公分的小错台，在建基面清渣时需作少量的人工撬挖。作者简介：陈双溪男（1976）工程师福建高能建设工程有限公司泉州分公司陈文嵩男（1979）助理工程师福建高能建设工程有限公司泉州分公司陈初阳男（1986）助理工程师福建高能建设工程有限公司泉州分公司