水电站基础开挖爆破施工

水电站基础开挖爆破施工

邱传理

广东水电二局股份有限公司广东广州511340

摘要：水电站坝基岩体属红砂岩，由于其岩体本身的特殊性，如何解决红砂岩的爆破施工是关系工程安全的重要问题。文中主要结合工程实际，探讨对红砂岩的爆破施工方法。

关键词：红砂岩爆破施工

一、工程概况

水电站工程位于云南省红河干流元江的中下游段。工程以发电为主，远期兼顾有防洪、供水、航运等综合利用效益。水库校核洪水位▽272.90m，相应总库容2.65亿m3，正常蓄水位为▽267.00m，相应总库容为2.08亿m3，属日调节水库。坝顶高程为▽274.00m，最大坝高为85.0m，电站装机容量为150MW，多年平均发电量7.0228亿kWh。本工程为大（2）型水库，属Ⅱ等工程。枢纽永久性水工建筑物主要有：重力坝（溢流坝段、底孔坝段、厂房段）、坝后式厂房、通航建筑物（预留位置，后期建设）等组成。

坝址属云南东南部山岭重丘地区，地形属典型的“V”型谷口。红河流域属亚热带气候，工程位于元江炎热气候区，多年平均气温20℃，极端最高气温43℃，极端最低气温3℃。该区年平均降雨量700～1200mm，5月～10月占年降水量的85%，多年平均蒸发量2700～1500mm，多年平均风速2.8～3.3m/s。坝址地层以第三系（N13）为主，岩性以砂砾岩、砾岩夹泥页岩为主，岸坡坡度约30°～45°，土壤呈深红色，属红砂岩类。因河流含砂量大，河水终年呈暗红色，有云红河因此得名。覆盖层（土层及强风化层）厚度差别较大，最厚处（左岸）达16m，最薄处（右岸）可见基岩出露。坝址区地震基本烈度为Ⅶ度。

二、红砂岩的基本特性

南部省区广泛存在的泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩及页岩等沉积岩类的岩石，因含有丰富的氧化物呈红色、深红色或褐色，这类岩石统称为红砂岩。

红砂岩是具有特殊工程性质的地层，它主要为白垩系、第三系的内陆河湖相碎屑岩构成，红砂岩岩体层理节理及裂隙发育，主要呈粒状碎屑结构和泥状胶结结构两种典型结构形式，因胶结物质和风化程度的差异，其强度的变化大。红砂岩因受工程施工和湿度、温度影响，特别容易风化、崩解，长期强度低。开挖后易出现溜坍、崩落、楔体破坏和滑坡危害。多数红砂岩在受大气环境的作用下可崩解破碎，甚至泥化，故其岩块的大小及颗粒级配将随干湿循环的时间过程而变化，其物理力学性质也将产生变化。

1、红砂岩分类

红砂岩按强度和崩解特性划分为如下三种类型：

（1）一类红砂岩，岩块天然单轴抗压强度小于15Mpa，在105℃温度下烘干后浸水24小时内，呈现渣状、泥状或粒状崩解；

（2）二类红砂岩，岩块天然单轴抗压强度小于15Mpa或稍大于15Mpa，在105℃温度下烘干后浸水24小时内，呈块状崩解；

（3）三类红砂岩，岩块天然单轴抗压强度大于15Mpa，不崩解，特性与普通砂岩无区别。

2、红砂岩的力学性质

三、爆破施工设计

1、爆破方式选取的原则

石方爆破要满足结构设计的几何尺寸要求、保证保留岩体的完整性和便于挖运。红砂岩的爆破施工，要根据地形和地质上的客观条件，充分利用各种爆破方法的特性，因地制宜的选用爆破方法，有计划的进行土石方爆破。本工程一般石方爆破采用台阶法微差松动爆破；距水平建基面2米范围内采用密孔少药量火花法爆破，按保护层开挖；设计坡面采用光面爆破和预裂爆破法施工。

2、一般石方爆破

（1）爆破台阶高度控制：坝基及岸坡石方开挖采用自上而下的原则分区分层进行梯段控制爆破，梯段开挖的高度根据台阶（或马道）的高度分层施工，开挖厚度控制在6～9m。

（2）平面布置

主爆孔孔距为3.0m，排距2.0m，梅花型布置；

主爆孔药量Q=qawl式中

Q---松动爆破单位炸药消耗量（0.35～0.4），kg/m3；

a---炮孔间距，m；

w---抵抗线，m；

l---分层高度，m。

3.预裂爆破和光面爆破

（1）钻孔直径

根据实际施工条件和进度要求，采用液压潜孔钻钻孔，钻孔直径Φ76mm；局部规格修整采用手持式风动钻机钻孔，钻孔直径Φ42mm。

（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。孔位偏差控制在±10cm内。

确定采用液压钻机（相应钻孔直径为Φ76mm）施工时，设计钻孔间距60～80cm，n值为7～11；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Φ32mm，钻孔直径为Φ76mm时，E值为2.375，钻孔直径为Φ42mm时，E值为1.31。

（4）钻孔深度L

孔深主要依据结构要求确定。但鉴于实际施工的可控制精度，当采用液压钻机时，钻孔深度以≤15m为宜，采用手风钻钻孔时，钻孔深度以≤3m为宜。孔斜偏差控制在±1%内。

（5）线装药密度

A、光面爆破

按照类似松动爆破药量计算公式确定。

式中

Qx---线装药密度,㎏/m；

q---炸药单耗，kg/m3，约0.15～0.35；

a---光面爆破孔间距，m；

W---光面最小抵抗线，m。

B、预裂爆破

采用经验公式法计算。

公式：Δ线=0.83R压0.5a0.6式中

Δ线---线装药密度,g/m；

R压---岩体极限抗压强度,㎏/㎝2；

A---钻孔间距,㎝。

（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

光爆孔一般炮孔间距a=（10～20）d（d为钻孔直径），取0.6～0.8m（岩质软弱、裂隙发育者取小值）；

预裂孔一般炮孔间距a=（8～12）d（d为钻孔直径），取0.6～1.0m（岩质软弱、裂隙发育者取小值）；

爆破参数见下表：

说明：

1）、一、二类岩体孔距和线装药密度取小值，三类岩体取大值；2）、震动安全距离按V≤4㎝/s计；3）、若台阶爆破的底脚超过抵抗线长度，则采用水平孔加强底部装药，以确保起爆效果。

4、起爆

采用非电毫秒雷管联网起爆。由于光面爆破孔是最后起爆，导爆索有可能遭受超前破坏，为保证周边孔准爆，施工中对光面爆破孔采用高段延期雷管与导爆索的双重起爆法；预裂孔与主爆区炮孔组成同一网路起爆，预裂孔超前第一排主爆孔75～100ms起爆。

四、结语

通过采取光面爆破和预裂爆破的方法施工，保留岩体无出现明显破坏，工程效果显著。从工程实践看，控制爆破中要达到最佳的爆破效果，选择合理的爆破参数是至关重要的，在施工中根据实际情况及时调整爆破参数。并应严密关注岩体有无夹层、石质突变或软硬不一等地质条件的变化，以便及时调整处理。

参考文献

[1]红砂岩路基施工技术与质量控制.王柏全.

[2]现代水利水电工程爆破.张正宇.