第7章光面爆破施工方案及设计

长河坝水电站磨子沟沟水处理工程第7章光面爆破施工方案及设计7-1第7章光面爆破施工方案及设计7.1工程概况大渡河长河坝水电站枢纽工程地处四川省康定县大渡河上游金汤河口下约7km的大渡河上游干流峡谷河段。磨子沟弃渣场位于坝址下游6.5km处左岸磨子沟内，沟内常年有水，在工程施工期和工程运行期，为确保渣场安全，沟水拟采用低坝挡水，隧洞引排至大渡河的处理方式。磨子沟堆渣场位于坝址下游，为永久弃渣场，沟水处理工程按照永久建筑物设计。本章编制内容为本标工程石方明挖爆破和石方洞挖爆破施工方案及设计。7.2工程地质条件挡水坝布置于大渡河左岸支沟磨子沟沟口上游约1630m沟内。挡水坝段的磨子沟沟谷狭窄，沟谷形态呈较为对称的“V”型谷，沟谷两侧地形陡峻。右侧自然边坡一般45°～50°，1750m以下见多处陡坎，为覆盖层谷坡；左侧自然边坡40°～45°，相对较缓，谷坡基岩裸露；坝基主要为覆盖层基础。两岸坝肩无大的断裂通过。左坝肩均为岩质边坡，岩性以石英闪长岩为主，穿插花岗细晶岩脉，岩体坚硬较完整，边坡整体稳定。岩体中主要发育的裂隙有四组：①N35°~55°E/SE∠50°~65°,较平直，稍糙，延伸30m～50m，倾坡外；②近SN/W∠5°~10°，平直，稍糙，相对短小，倾坡内；③N30°E/NW∠80°，平直、较粗糙；④N65°W/SW∠50°局部发育。以①、②发育，③、④次之。由于①③及与②④的组合在左侧谷坡倾向坡内，而在右侧谷坡倾向坡外，推测岩体强卸荷水平深度30-35m，弱卸荷水平深度55-60m。磨子沟排水洞进口位于磨子沟上游左侧，出口位于磨子沟下游附近的大渡河左岸。沿线无区域性断裂通过，地质构造以次级小断层、挤压破碎带、节理裂隙为特征，出露基岩主要为一套晋宁期—澄江期的侵入岩——石英闪长岩，其间穿插花岗细晶岩、花岗伟晶岩脉和辉绿岩脉，岩体间呈焊结接触。进口自然边坡40°～45°，洞脸开挖坡向N68°W，设计开挖坡比1：0.4，最大开挖坡高仅18m。进口边坡基岩裸露，岩性为石英闪长岩。岩体以块裂结构为主，表浅长河坝水电站磨子沟沟水处理工程第7章光面爆破施工方案及设计7-2部卸荷松驰较明显。主要发育的裂隙优势方位为岩体中主要发育的裂隙有四组：①N30°E/NW∠80°,较平直，稍糙，延伸30m～50m，陡倾坡外；②近EW/N∠7°～10°，平直，稍糙，相对短小，倾坡内；③N35°～55°E/SE∠50°～65°，平直、较粗糙；④N65°W/SW∠50°局部发育。以①、②发育，③、④次之。洞身段桩号0+000～1+690m，长1690m，水平埋深200m～330m，最大450m，垂直埋深120m～230m,最大330m，岩性为石英闪长岩，围岩中裂隙优势发育的构造裂隙有4组：①N20°～30°E/NW∠70°～80°，②N50°～65°W/SW（NE）∠50°～60°，③N35°～55°E/SE∠50°～65°，④EW/N∠45°～50°（少量7°～10°）。裂面多起伏粗糙，延伸长。岩体总体呈块状～次块状结构局部镶嵌结构，部份块裂结构，围岩以Ⅱ类为主，次为Ⅲ类，总体稳定性较好，部份为Ⅳ类，稳定性较差。隧洞侧向埋深不大，洞内地下水较发育，以渗、滴水为主局部线状～小股状水。其中：进口段0+000～0+023m，长23m，垂直埋深15m～35m，岩性以石英闪长岩为主，该段岩体处于弱风化上段、强卸荷带内，裂隙较发育，洞内地下水较发育，以渗、滴水为主局部线状～小股状水。岩体呈块裂～镶嵌结构，围岩以Ⅳ类为主，稳定性较差。洞身桩号0+023～0+042段，长19m，垂直埋深35m～70m，岩性为石英闪长岩，岩体处于弱风化下段弱卸荷带内，预测该段岩体以次块状结构～镶嵌结构为主，局部为块状结构，围岩以Ⅲ类为主，部分为Ⅱ类。围岩稳定性较好，地下水以渗、滴水为主。洞身桩号0+042+1+578m段，长1536m，垂直埋深120m～230m，最大330m，为石英闪长岩，岩质新鲜坚硬较完整，岩体多以块状结构为主，局部为次块状结构，围岩以Ⅱ类为主，局部为Ⅲ类，稳定性好。洞内地下水较发育，以渗、滴水为主局部线状～小股状水，应加强对地下水的引、排处理。该洞段由于垂直埋深较大，局部有发生岩爆的可能。洞身桩号1+578～1+640m段，长62m，垂直埋深30m～45m，预测该段岩性为石英闪长岩，岩体处于弱风化下段弱卸荷带内，预测该段岩体以次块状结构～镶嵌结构为主，局部为块状结构，围岩以Ⅲ类为主，部分为Ⅱ类，围岩稳定性较好。地下水以渗、滴水为主。长河坝水电站磨子沟沟水处理工程第7章光面爆破施工方案及设计7-3洞身桩号1+640～1+690m段，长62m，垂直埋深10m～30m，岩性为石英闪长岩性，岩体处于弱风化上段强卸荷带内，裂隙较发育，岩体完整性较差，以块裂结构为主，局部镶嵌结构，围岩以Ⅳ类为主，部分为Ⅲ类，地下水以渗、滴水为主。消能阶梯：桩号1+690～1+708m段，长17m岩性为石英闪长岩，岩体处于弱风化上段强卸荷带内，裂隙较发育，设计开挖坡下部为1：0.2坡高5.0m，上部为1：0.5坡高5～8m不等。出口位于磨子沟沟口下游约230m，自然坡度为35°～40°，基岩裸露。洞脸开挖坡向N68°W，设计开挖坡比1：0.4，最大开挖坡高15m。边坡岩性以石英闪长岩为主，穿插花岗细晶岩脉，主要发育的裂隙有：①N50º～55ºW/NE∠55º～60º，平直，稍糙，延伸长，间距一般5m～10m，局部1m～2m，反坡发育；②近EW/N∠40º～50º，稍起伏、稍粗糙，延伸一般5m至数十米不等，间距一般2m～5m，局部可以裂密带产出，顺坡发育；③N20ºE/NW∠65º～75º，平直、较粗糙，延伸长大，间距2m左右；④N15ºE/SE∠20º裂面多起伏粗糙，断续局部发育。以①、②发育，③、④次之。7.3工期要求2007年2月1日工程开工，2007年12月31日工程完工，总工期为11个月,本章光面爆破施工方案及设计能够满足总工期的要求。7.4爆破方案设计原则1、采取光面控制爆破技术，确保边坡稳定性及建基面岩石的完整性，尽量减少爆破对基岩和地下洞室围岩的扰动。2、岩石爆破开挖速度应满足工程进度的需要。3、保证爆后开挖轮廊线与设计开挖线基本吻合。4、尽量减少捡底小炮和人工清挖量，加快工期。5、爆破飞石距离：S≤300m。爆破地震波：距爆源中心60m处，爆破震动速度V≤2.0cm/s；爆破噪声：距爆源中心60m处，噪音不超过80dB；空气冲击波：以不损坏周围建筑物为限。7.5设计依据长河坝水电站磨子沟沟水处理工程第7章光面爆破施工方案及设计7-41、中华人民共和国国家标准《爆破安全规程》（GB6722—2003）。2、《水工建筑物岩石基础开挖工程施工技术规范》（SL47—94）。3、招标阶段技术资料。7.6总体方案选择综合考虑各种因素，采用如下方案爆破：1、边坡：边坡采用台阶爆破及辅助预裂爆破相结合的方式，自上而下分层开挖。采用中小孔径浅孔台阶有序微差爆破、缓冲爆破、预裂爆破等开挖爆破的方式。在开挖过程中，注意边坡开挖后的卸荷裂隙。为保证边坡质量，必须采用预裂爆破技术。2、基础紧邻水平建基面爆破开挖方案爆破方案为“保护层加上部垂直爆破孔爆破法”，预留保护层厚度为2m,据岩石情况,一般采用孔底加柔性垫层的保护层一次爆破方法，在遇局部岩层完整性差的情况下,应采用水平光面爆破。为保证建基面岩石的完整性，开挖保护层时，采用斜向钻孔，小孔径起爆爆破，若岩石比较破碎时，最后尚需用撬挖的办法，达到建基面设计高程。保护层一次爆破的主要技术措施为：⑴多排小梯段爆破。由于有良好的临空面，破碎效果好，使爆炸能量主要沿临空面方向破碎岩石、抛掷岩块，相应减小了底部及侧向岩体的爆炸荷载。⑵用小直径乳化药卷。可使装药沿孔深分散，不偶合系数加大，炸药单耗降低。⑶在药包底部加柔性垫层。垫层段可以缓冲炸药爆炸产生的冲击波和高温、高压气体对水平建基面的岩体的作用。柔性材料可用锯末、旧棉絮、发泡材料等做成，空气也能起到缓冲作用。如果炮孔内有水，柔性材料被水浸泡，或空气垫层段被水填充，垫层则起不到应用的缓冲作用。因此，要求将炮孔内的水清除。垫层段长度由爆破试验确定。垫层段范围内的岩体被爆破震松，易清除。⑷采用孔间微差爆破网络。与常规的爆破相比，孔间微差爆破的部分炮孔是三个临空面条件下起爆的，大大改善了侧向约束条件，从而增加了破碎程度，减少了药量。此方案即控制了爆破对底部岩体的影响，也有长河坝水电站磨子沟沟水处理工程第7章光面爆破施工方案及设计7-5效地解决了大面积爆破开挖梯段排数过多、破碎效果差、后排底根高的问题。⑸采用国内已经成熟的宽孔距小抵抗线爆破，可将炸药爆炸能量尽可能用来破碎岩石，从而改善岩石爆破破碎效果，减轻爆破对基岩的破坏作用，且有利于降低单耗。⑹采用不藕合装药结构，增大不藕合系数，可削减爆轰波对岩石的冲击压力峰值，减小破裂区范围，减弱爆破对基岩的破坏作用。⑺提高钻孔精度。在水平方向和垂直方向提高钻孔精度，有利于保证建基面以下岩体的完整和平整度，从而改善爆后基岩的质量。7.7爆破参数设计7.7.1最大允许单响药量的设计1、爆破规模确定：采用公式：V=K（Q1/3/R）a计算。式中：Q----单响药包重量，kg；R----控制点距爆源中心的距离，m；K，a----与爆破点地质有关的系数；V----控制点的地质震动速度，cm/s。2、安全判据。根据设计原则，V≤2.0cm/s。3、最大允许单响药量计算。根据控爆岩地质条件，参照相关资料，取：K=248a=1.76代入上式，计算出最大允许单响药包如表1：表7-1最大允许单响药量表距离R（m）205070100150200单响药量Q（kg）1.625.068.1200.2675.71601.67.7.2边坡爆破参数设计7.7.2.1预裂爆破参数炮孔按设计开挖边坡坡度顺坡度钻孔，其各项爆破参数根据实际情况和以往经验选取如下：⑴炮孔直径：42mm；⑵预裂孔与缓冲孔的间距：L=1.0m；长河坝水电站磨子沟沟水处理工程第7章光面爆破施工方案及设计7-6⑶台阶高度H：据不同情况和要求，取H=2.0～2.5m；⑷炮孔深度L：L=2.2～2.8m；⑸孔距a：取a=0.4～0.6m；⑹20mm；⑺线装药密度:250～350g/m；⑻装药不偶合系数：2.0⑼炮孔堵塞长度LL=0.6～0.8m;注：以上参数，均应根据现场实际情况在一定范围内进行调整，但不得违反参数选取的原则。实际参数及装药时一定要综合考虑各种因素，必要时可做试验以确定单耗。7.7.2.2缓冲孔爆破参数设计缓冲炮孔布置在预裂炮孔之前1.0m处，布置1～2排。炮孔直径为42mm，垂直钻孔，缓冲炮孔采用松动爆破，具体爆破参数如下：⑴炮孔直径：42mm；⑵主炮孔与缓冲孔的间距：L=1.2～1.5m；⑶台阶高度H：据不同情况和要求取H=2.0～2.5m；⑷炮孔深度L：L=2.2～2.8m；⑸孔距a：取a=1.5～2.0m；⑹32mm；⑺装药方式：连续装药；⑻炮孔堵塞长度LL=1.3～1.5m；⑼炸药单位耗药量：0.40～0.50kg/m3；⑽单孔装药量：1.4～3.2kg。7.7.3常规梯段爆破参数设计常规梯段爆破是指保护层以上石方爆破，其中岸坡石方开挖采用梯段浅眼小台阶爆破法施工，截水槽石方开挖由于没有临空面，采用设有掏槽爆破区的梯段台阶爆破法施工，掏槽爆破孔布置为倾斜孔，即斜眼掏槽，深度2.5m，二排炮孔，第一排炮孔最大倾角45°，第二排炮孔最大倾角60°；表面孔距2m，表面排距1.0m；爆破方式：采用加强松动爆破，单排孔同时起爆；爆破钻孔采用岩石电钻钻孔。炮孔直径为40mm，台阶高度2.0m～2.5米。主炮孔采用大孔距密排距的加强松动爆破技术；垂直钻孔，爆破参数长河坝水电站磨子沟沟水处理工程第7章光面爆破施工方案及设计7-7根据经验选择如下：⑴炮孔直径：40mm；⑵炮孔深度L：据不同情况和要求取L=2.2～2.8m；在开挖过程中,根据实际情况进行调整。⑶排距b：取b=1.3～1.8m；⑷孔距a：取a=2.0～2.5m；⑸