深孔预裂爆破在溪洛渡右岸地下电站洞室开挖中的应用
【摘 要】预裂爆破对开挖保留岩体的破坏影响主要表现为爆炸应力破坏和振动破坏。深孔预裂爆破参数通过现场试验、不断总结、调整，在溪洛渡右岸地下电站洞室开挖施工中的得到广泛应用。
【关键词】溪洛渡右岸地下电站；深孔预裂爆破；振动；破坏
1、工程概况
溪洛渡水电站位于四川省雷波县与云南省永善县接壤的金沙江干流上，是金沙江下游梯级开发的第三级水电站，电站总装机容量13860MW。溪洛渡水电站左右岸各设有一引水发电地下厂房。溪洛渡右岸地下电站厂房开挖工程规模宏大，体型复杂。开挖工程量之大，开挖强度之高是国内水电工程建设中少见的，为了减少爆破对围岩稳定的影响，降低高边墙的变形量，施工单位科学地应用了深孔预裂控制爆破的施工方法，有效地确保了工程开挖进度和工程质量。
2、深孔预裂爆破设计
深孔预裂爆破是以控制周边孔为主要手段来实现工程施工工艺质量要求的控制爆破技术。在开挖土石方工程中，采用预裂爆破可以较好地控制爆破震动，从而使围岩不受爆破震动，增强其强度和稳固性。预裂爆破是在设计的界面上布置一排较密的炮孔，孔内装药量比主爆孔少，炸药爆炸时，各炮孔因装药量不同，爆破产生的破坏范围也就不同。预裂爆破先于主炮孔起爆，利用形成的预裂缝来降低爆破地震的破坏范围。
右岸地下电站顶拱开挖结束后，施工采用自上而下分层梯段爆破方法进行，梯段高度7～10m，设计轮廓开挖采用预裂控制爆破的施工方法。
2.1预裂爆破设计的思路
预裂爆破就是在设计开挖轮廓线内的岩体爆破之前，预先沿设计轮廓线用爆破方法形成一条裂缝。预裂爆破成缝机理为相邻炮孔爆炸应力波叠加产生初始径向裂隙，继之，在爆炸高压气体准静态应力的作用下，使径向裂缝进一步扩展。预裂爆破的优点主要表现为：减少超欠挖量，节省工程投资；对保留岩体的破坏影响小，有利于保证岩基质量、保持边坡稳定；扩大开挖区的爆破规模，提高工效；简化岩基清面工作，加快工程进度。
2.2预裂爆破参数确定
预裂爆破的经验公式都是在大量现场应用数据基础上结合理论归类推演出来的，有效地指导预裂爆破前的试验工作。对于具体的工程来说，影响爆破质量的因素较多，本身每一个影响因素都具有模糊性质，因此，在选取爆破参数时，除参考已有经验数据外，还必须结合实际情况，进行试验、调整。
2.3预裂爆破试验
预裂爆破是形成建筑物轮廓的手段。在借鉴成功经验的基础上，施工单位进行了深孔预裂爆破试验工作。爆破试验首先进行了爆破参数的优化，同时，着重进行了以下两方面的试验：（1）获取爆破振动沿不利断面或不安全方向的振动传爆规律。（2）了解爆破有害效应对保留岩体和支护结构的影响。
2.3.1试验参数及成果分析
100E钻机竖向预裂爆破试验根据现场施工情况分别在尾水调压室Ⅱ层、厂房III1层和主变室Ⅱ层共安排了八次试验。其中尾水调压室0+232～0+235、0+254～0+257桩号爆破试验安排在下游侧边墙进行，主要是进行线装药密度试验和质点振动速度测试；尾水调压室K0+69m、K0+127m桩号位置主要是进行声波测试。厂房III1层0+102桩号试验安排在中槽部位进行，厂房III1层0+200～0+237桩号段安排在槽边位置进行；这两次试验主要是对前期尾水调压室所选定的线装药密度及其对应的进行质点振动速度复核试验。主变室0-32～0-35段、0-32～0-28段试验安排在上游边墙进行，主要是在线装药密度确定后，在设计边线上预裂进行喷砼及岩壁的质点振动速度测试。
2.3.2试验结论及钻爆参数确定
(1)爆破振動衰减规律
围岩壁面某处的爆破振速峰值大小，虽受到围岩岩性、地质构造特征、爆破条件及边界条件等诸多因素的影响 ，但振动传播总的规律主要还是取决于该点至爆源的距离及爆破最大单段药量的大小。由于测点与爆源中心的高差相对于其水平距离差较小，因此，建议采用以下经验公式进行计算：V=K(Q1/3/R) α
式中：V—质点振动速度（cm/s）；Q—单段药量（kg）；R—测点至爆源距离（m）；
K、α—与场地条件、爆破条件有关的因子。
根据厂房三大洞室岩锚梁开挖前阶段性预裂爆破试验所取得的现场试验数据，长科委推荐适用于右岸地下电站施工的爆破振动衰减规律的参数为：K=39，α=1.2。
(2)推荐钻爆参数及装药结构
根据本阶段现场生产性试验情况，综合考虑爆破后的开挖成型质量、爆破质点振动速度控制以及爆破对保留岩体的松弛影响范围等主要因素；我部建议以下钻爆参数可适用于右岸地下电站的现场施工。
100E钻机预裂，孔径φ90mm、孔距0.7m、全孔平均线装药量660g/m～682g/m、底部1.0m加强装药、上部孔口段减弱装药、堵塞长度1.35 m～1.45m，单孔药量为5.2～5.8kg（根据钻孔深度变化）；最大单响药量建议按照长科委推荐的不大于32kg进行控制。
(3)实际施工过程中不断总结调整的最终爆破参数
钻具选用100E钻机，钻头直径D＝76mm。炸药采用乳化炸药。
3、深孔预裂爆破施工
预裂爆破施工工序包括测量放样、钻机脚手架搭设、钻孔角度控制、装药和起爆。严格控制各工序施工环节是确保预裂爆破质量的关键。
测量放样：洞内导线控制网和施工测量采用全站仪进行。炮后进行设计规格线测放，并根据爆破设计参数布置孔位。
钻机脚手架搭设：设计轮廓线预裂孔采用1.5"钢管样架定位，定位钢管严格按照现场测量放线位置进行定位，导向管的间距与爆破设计孔位参数一致。样架搭设结束后，由测量人员检查是否满足要求，若不满足要求，现场调整，并用短锚筋加固。钻孔过程中现场技术人员用垂球随时检查，若不合要求及时调整。
钻孔角度控制：严格按测量定出的开挖轮廓线和测量布孔进行造孔作业。分区、分部位定人定位施钻。每排炮由值班工程师按“平、直、齐”的要求进行检查，做到炮孔的孔底落在爆破规定的同一个水平断面上；为了减少超挖，周边孔的外偏角控制在设备所能达到的最小角度。预裂爆孔偏差不得大于5cm，其它孔位偏差不大于20cm。炮孔装药之前，质检员对炮孔进行检查，如有遗漏，则需要补钻；并对设计轮廓线预裂孔进行仔细检查，对偏角不符合要求的炮孔，则需要进行补钻，以控制欠挖和过量超挖。
预裂孔造孔时现场技术人根据测量提供高程，钻孔前计算出每孔钻孔深度，现场技术人员在最后一根钻杆上作出标记，并实时监督。孔向主要采用垂球和地质罗盘进行检查，在施钻前根据控制角度，用罗盘每钻一根钻杆检查一次，并时时校核。
装药：按照设计装药密度将乳化炸药和导爆索一起绑在长竹片上，竹片靠洞室轮廓线一侧，并将其缓缓送入孔内，孔口段按设计要求进行堵塞。
起爆：预裂爆破孔内采用导爆索起爆，在孔口用非电毫秒雷管进行分段，控制单响，降低预裂爆破本身对保留岩体的振动。
4、结论
深孔预裂爆破在溪洛渡右岸地下电站厂房开挖施工中得到了成功应用，预裂爆破是控制周边孔的一项爆破技术，由于具有明显的降震作用，又能使工程施工达到良好的效果，因此值得在类似岩石区域开挖施工中推广。