金风清  付强  杜海民  

摘  要  蜀河水电站厂房坝段右侧为已建泄洪闸坝段，厂房基坑需沿泄洪闸导墙外侧垂直下挖近13m。在基坑开挖过程中对周边基岩进行有效的保护是保证工程安全的关键。在厂房基坑开挖阶段，施工单位成功采用了分区控制爆破、浅孔微差起爆、预裂爆破、减振缝、缓冲孔等先进爆破技术。

关键词  分区控制爆破；减振缝；浅孔微差起爆；预裂爆破；爆破地震效应试验

1  工程概况

陕西汉江蜀河水电站工程位于陕西省旬阳县境内的汉江上游干流上。枢纽厂房坝段在布置形式采用了国内少有的厂顶溢流布置方案。电站内安装6台46MW灯泡贯流式机组，枢纽建筑物从左至右依次由左副坝、安装间、电站厂房坝段、泄洪闸坝段、垂直升船机坝段及左副坝等组成。

电站厂房坝段基坑位于已建泄洪闸基础左侧下方12.5m深的主河床上，基坑底面高程位于主河床表面以下25m。基坑上下游方向宽度为69.8m，左右方向长度为112.75m。

2  控制爆破方案

厂房基坑位于河床底部，基坑右侧与已建设完成的泄洪闸紧紧相邻，基坑左侧则是已开挖完成的左岸坝肩高边坡。根据基坑开挖工程特点，对右岸的泄洪闸坝段导墙下部基础和左岸边坡采取严格控制爆破措施。

电站厂房基坑开挖由泄洪闸坝段侧导墙开始，由右向左依次划分为精确控制爆破区、严格控制爆破区、一般控制爆破区及严格控制爆区四个控制爆破区域。

在开挖程序上，为衰减地震波对基坑两侧岸坡的冲击作用，在河床覆盖层清理完成后，进行基坑石方大规模开挖前，要对基坑周边基岩采取有效的保护措施。首先要在石方分层爆破施工前，在导墙边墙外0.5m处，进行减振孔施工，减振孔孔径100mm，钻孔深度要求到基础设计高程，孔间距为30cm，减振孔内不装炸药、孔口不进行封堵。减振孔可使爆破振动衰减30%。

在减振孔施工的同时，在精确控制爆破区和严格控制爆破区分界处，沿基坑上下游方向再钻一排预裂孔，通过预裂爆破使该部位形成一道预裂减振缝。实践证明，减振缝可使基坑爆破振动分别衰减50％左右。

另外，在基坑周边轮廓线部位按设计边坡坡度钻坡面预裂孔，进行边坡预裂爆破，沿边坡开挖坡面形成第二道预裂减振缝。

图1  厂房基坑开挖爆破分区图

3  爆破参数

3.1  边坡预裂爆破及减震缝预裂爆破

3.1.1  边坡预裂爆破

为减少对设计边线外保留岩体的破坏、扰动，取得较为平整的设计边坡，并形成沿坡面方向的减震缝，对基坑两岸边坡开挖采用设计边线预裂爆破及小台阶松动爆破相结合的施工方法。松动爆破台阶高度为邻近边坡的精确控制爆破区和严格控制爆破区分层高度。预裂孔一次钻孔深度不超过10m，并采用导向性较好的CM－351型高风压潜孔钻机进行钻孔。

为了避免主爆孔松动爆破对预留岩石的破坏，在预裂孔与邻近的一排梯段爆破孔之间设1～2排缓冲孔。缓冲孔与预裂孔平行，并在与预裂孔相邻的梯段孔之后起爆，以爆开预裂孔和梯段孔之间的岩石，且不损坏预裂坡面。缓冲孔装药量较前排梯段爆破孔减少1/2~1/3。

预裂爆破最大单响药量控制在10kg以内。根据坝址岩性，预裂爆破的线装药密度为250～300g/m之间。边坡预裂孔及缓冲孔爆破参数设计见表1。

表 1  边坡预裂孔及缓冲孔爆破参数表

钻孔

减振缝可以有效衰减梯段爆破地震波对两侧岸坡岩石的冲击破坏作用，厂房基坑开挖在距右岸泄洪闸导墙15m的精确控制爆破区和严格控制爆破区分界处，设一道上下游方向的预裂减振缝。减振缝预裂爆破的线装药密度为250～300g/m。减振缝预裂爆破参数见表2。

表 2  减振缝预裂孔爆破参数表

钻孔

为确保已浇右岸泄洪闸纵向导墙混凝土安全，在预裂减振缝以右至导墙之间15m范围采用YT－28型手风钻分层小梯段爆破开挖。小梯段钻爆参数设计见表3。

表 3  精确控制爆破区手风钻小梯段钻爆参数

钻孔

基坑保护层以上大面积石方开挖采用梯段爆破开挖，台阶高度H＝5～7m，炮孔直径D＝76～100mm，最小抵抗线W＝2.2m，孔距a＝2.5～3m。梯段爆破炮孔Atlas-D7液压钻及CM－351高风压潜孔钻机钻孔。采用2#岩石乳化炸药排间毫秒微差起爆技术进行梯段松动爆破。

梯段爆破控制最大单响药量不大于200kg，保护层上一层不大于100kg。典型梯段爆破参数设计见表4。

表4  典型梯段爆破参数表

钻孔

建筑物底板预留保护层可以减少爆破引起的建基面岩石爆破裂隙和原有裂隙扩张，对于中硬以上岩石，垂直炮孔爆破的破坏深度一般不会大于40倍的药包直径。蜀河水电站采用最大药包直径为D＝70mm，所以保护层厚度按3.0m选取。

基础岩体的保护层采用分层开挖时，控制其开挖爆破符合下列要求：

⑴ 对于中孔径及相应直径药卷爆破留下的较厚保护层，其距离建基面1.5m以上部分，采用小孔径及相应直径的药卷进行梯段毫秒爆破。

⑵ 对于小直径药卷爆破留下的保护厚度，不小于规定的相应药卷直径的倍数，并不得少于1.5m。

⑶ 紧靠建基面1.5m以上的一层，采用手风钻钻孔，用毫秒微差梯段爆破法进行开挖。其最大一段起爆药量不大于50kg。炮孔装药直径不大于40mm。

⑷ 紧靠建基面上1.5m以内的垂直面保护层，采用手风钻逐层钻孔装药，炮孔与水平建基面的夹角不应大于60°，采用单孔起爆法，其药卷直径不得大于32mm，其最大段起爆量不大于20kg。最后一层炮孔孔底高程钻至建基面终孔，但孔深不得超过50cm；对于软弱、破碎岩石基础，则最后一层留足20cm的撬挖层。

⑸ 基础开挖后表面因爆破震松的岩石，表面呈薄片状和尖角状突出的岩石，以及裂隙发育或具有水平裂隙的岩石均需采用人工清理，如单块过大，亦可用单孔小炮爆破解小。

4  爆破地震效应试验

4.1  地震效应试验目的

质点爆破振动速度的大小与炸药量、炸药性质、距离、岩石性质、地层状态、爆破方法等有关。质点的爆破振动速度传播与衰减规律一般采用萨道夫斯基经验公式进行计算。      

式中：V——介质质点振动速度，cm/s；

K——与爆破条件、岩石特性有关的系数；

а——振动衰减系数；

Q——单段最大药量，kg；

R——爆源到保护点距离，m。

施工中，通过现场类似条件的反复爆破试验，推算出公式中的K、а，进而获得针对不同距离、不同质点振动速度要求的最大单响装药量，以达到控制爆破的目的。

4.2  地震效应试验数据采集方法

蜀河水电站厂房工程基坑在大规模爆破前，在作业区周围的右岸泄洪闸导墙混凝土上部、下部，左岸已开挖高边坡，等部位布置地震波测点，通过UBOX-20016爆破振动记录仪进行了质点振动数据采集。采集数据通过配套软件做进一步的数据分析和处理。通过对大量数据进行回归分析，得出比较接近爆破地震影响系数为K＝255，а＝1.8。

5  爆破安全控制

5.1  爆破振动控制

爆破振动是产生的主要危害之一，蜀河水电站工程厂房基坑与右岸泄洪闸导墙基础紧紧相邻，控制爆破振动是整个基坑开挖施工安全控制的重点。蜀河水电站厂房基坑开挖爆破设计过程中，采用质点垂直振动速度作为主要判定标准。参照《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范（SL47-94）》，水工混凝土3～7天龄期混凝土允许安全质点振动速度为2～5cm/s。

根据爆破地震效应试验所确定的K、а值，参照萨道夫斯基经验公式，可预测爆破中心至以外各部位的质点不同质点振动速度要求下的最大单响装药量。

为减小爆破振动的破坏作用，施工过程主要采取以下具体措施控制爆破振动：

⑴ 严格控制爆破区开挖前，确保有足够的爆破试验数据保证施工安全，同时保证减振孔和预裂缝的预先形成。

⑵ 各个级别的控制爆破区开挖爆破起爆要分别进行，保证振动监测数据的准确。

⑶ 爆破作业的临空面均应朝向左岸上、下游方向，爆破前详细检查底盘抵抗线，必要时增加钻孔，避免因爆破抵抗线增大，产生大的爆破振动。

⑷ 采用毫秒微差爆破技术，将爆破地震波的能量在时空分散，使主震相的相位错开，从而可有效地降低爆破地震强度。

5.2  爆破飞石控制

爆破飞石也是影响作业区周边建筑物、机械设备和车辆行人安全的重要因素，飞石安全距离可按经验公试进行验算：

式中：k——爆破飞石计算系数，与地形、风向等因素有关，取1.2；

w——最小抵抗线，梯段爆破取孔排距2.5；

n——爆破作用指数，松动爆破取n＝0.75；

R——个别飞石最远距离，m。

施工中主要采取了如下防范措施：

⑴ 堵塞高度不小于最小抵抗线，采用良好的堵塞材料，合理调整布孔参数，确定合理的起爆顺序，以避免夹制而冲孔，为防止冲孔携带飞石，应将台阶顶面孔口周围的浮石清除。

⑵ 找出软弱带和空隙，采取间隔装药或弱装药的方法，尤其是对第一排孔，有空隙和软弱带的部位，严禁使用散装炸药。

⑶ 对紧邻建筑物的爆破区采取覆盖编织袋装土进行覆盖，以减少爆破飞石。

⑷ 严格按设计抵抗线施工，优化装药结构，减少集中装药，控制起爆方向。

⑸ 采用深孔微差爆破技术，合理设计起爆次序与间隔时间来减少飞石。

6  经验与建议

⑴ 对基坑面积较大，周边有特殊建筑物或设计边坡较陡、稳定性较差需进行控制爆破开挖情况时，采用分区爆破，对离建筑物和边坡较近的部位采用小药量、弱爆破的浅孔爆破方案，以减小爆破振动的破坏作用。

⑵ 采用减振缝、减振孔爆破技术，通过减振缝和减振孔切断爆破地震波传输介质，有效衰减爆破地震波对边坡和建筑物的破坏作用。

⑶ 基坑大规模爆破前，通过地震效应试验采集质点振动数据，根据萨道夫斯基经验公式可推算出公式中的爆破影响系数K、а，进而预测出针对不同距离、不同质点振动速度要求的保护建筑物或边坡所应控制的最大单响装药量和安全距离，以达到控制爆破的目的。下载本文