复杂地形条件条件下的高边坡开挖技术研究.doc
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复杂地质条件条件下的高边坡开挖技术研宄代国宏孙军民（中国水利水电第四工程局第一施工局 811700）摘耍：在a杂地质条件下，结合现场爆破试验总结并调整采用适合工程特点的爆破分 区方式、爆破参数、微差爆破网络及适当的爆破施工控制等综合控制技术等手段来满足边坡 稳定的要求，达到优质、高效、安全施工的目的通过拉西瓦复杂地质条件下的开挖施工实 践，总结了对高边坡、高应力释放区的成型爆破施工工艺及控制措施，为以后类似工程建设 提供了较好的借鉴经验1. 概述1.1工程概况拉西瓦水电站位于青海省贵德县与贵南县交界的黄河干流上，是黄河上游龙羊峡至青铜 峡河段规划的大中型水电站中紧接龙羊峡水电站的第二个梯级电站拉西瓦水电站工程属大型一等工程，永久性主要水工建筑物为一级建筑物工程的主要 任务是发电水库具有日调节能力该工程由混凝土双曲拱坝（最大坝高250m）、坝后水垫 塘及二道坝、坝身泄洪表孔深孔底孔及右岸地下厂房主变开关室组成左岸坝肩建基而由上游边坡、坝肩槽、下游边坡组成，坝顶开口线高程为2460ni,坝基 最低开挖商程2210m,幵挖商差为250m,开挖总方U约为84万m:i1.2地质情况大坝位于石门坝址，该坝址河谷狭窄，河道平直，两岸山体雄厚，对称，无深切冲沟。
坝址处基岩为均质中、粗粒花岗岩、完整性较好，岩性单一，力学强度高，风化不严重坝 址基岩中发育的断裂以高倾角为主，多近与垂直河流向展布岩石平均抗压强度157Mpa, 平均弹性模量近50GPa，为高强度高弹模的岩石基岩强风化岩体深度较浅，且分布范围较 小，仅在平缓岸坡及规模较大的断层破碎带、交汇带处少:W:分布弱风化带深河床地段一般 5〜15m,两岸随高程增高风化层加厚坝址区岩体中发育着NXW、NNE和NE向三组陡倾中小 断裂和相应裂隙，发育有一组缓倾裂隙其中NXW、NNE组断裂规模相对较大，且分属压扭 和张扭性断裂，该两组断裂约占陡倾断裂总数的40%缓倾裂隙系原生节理经后期构造作用 演变而成，延伸长度较大，属压扭性断裂由于拉西瓦花岗岩岩体中断裂不甚发育，岩石高 弹模高强度，具备较好储能条件，在青藏板块巨大水平构造应力作用下，再加上自重和陡峻 峽谷地形的局部调整作用，工程区岩体中储存着较高地应力,经十余年现场测试及分析汄为， 拉西沉花岗岩岩体可划分为三个不同应力单元即近岸坡50m〜80m范围的应力释放区，其 ol方向紊乱，o KlOMpa；第二应力单元为河谷底部及坡脚部位，宽约300m深150m的应 力集中区，该区内o 1=35〜60Mpa，该处钻探中曾出现大量饼裂现象，在开挖过程中可能产生岩爆，葱皮状剥落，和卸荷回弹变形。
除上两区以外的广大地区均为应力稳定区，该区闪 ol=20〜30Mpa,倾向河谷上述三个区内实测地应力均为岩体自重的数倍，主要巾构造应 力和A重应力组成，属高应力区1.3地质条件对开挖爆破的影响由于拉丙瓦坝址区地应力较高，开挖过程中伴有岩爆、葱皮状剥落和卸荷回弹变形 开挖后支护工作直接影响着边坡岩体的稳定坝址区岩体中断层分布较多以NNE、NNW为主•其中较大断层为EL24i7(hf7)及EL2409(hf7-l)缓倾裂隙,宽度为0. 5m〜0. 3mHflO断层最大宽度达1. 3m岩石裂隙成组出 现，存在NNE 组、NE组、NNW组、NW组、近EW组等5组，以高倾裂隙为主表层岩体切 割十分严重并存在着大量层理、片理、节理、间歇层等软弱结构由于这些结构的存在，岩 体被切割成块体，块体间结合力远低于块体自身强度岩体存在较大各向相异性，在爆破中 岩体薄弱面极易产生应力集中、泄能作用、爆炸应力阻断以及应力加强等作用使施工中预 裂爆破质量的控制、减小对基础岩面的爆破震动影响、优化爆破大块率指标、提高爆破出渣 经济指标等各项控制均有较人难度2. 爆破试验拉西瓦水电站主体边坡最大边坡高差达500m,表面风化及卸荷严重，坝址区石方开挖 爆破的规模和强度大，开挖爆破振动及开挖后的卸荷对高边坡、锚杆锚索和新浇混凝土川‘能 产生影响。
针对拉西瓦水电站边坡开挖特点及岩石特性进行爆破试验，包括预裂爆破及深孔 梯段试验，并对测试方法(爆破质点振速、岩石声波、及宏观调杏等)得出的测试数据资料 进行综合分析，确定适合拉西瓦水电站坝基坝肩高边坡地形和地质特点的爆破方式及爆破参 数，包栝预裂爆破参数、深孔梯段爆破参数及起爆网络，分析爆破对高边坡的影响，指导并 形成大规模开挖爆破施工技术，同时为科研及其他工程积累可借鉴的经验资料根据爆破试验大纲，是通过现场生产性的试验测试，研宂预裂爆破成缝机理，以及预裂 爆破成缝对边坡的保护和减振作用；研宂预裂爆破成缝机理，以及预裂爆破成缝对边坡的保 护和减振作用；通过预裂爆破、深孔梯段爆破试验，确定施工中大规模生产的爆破参数、装 药结构及起爆方式和爆破网络；研宂和掌握爆破对高边坡及大坝建基面的影响，以确定爆破 安全控制标准等；研宂和掌握不同爆破条件、不同地形和地质情况K的爆破振动衰减规律, 以制定相应开挖技术要求同时加快工程进度，降低开挖成本2.1预裂爆破参数试验为保证较大不偶合系数削峰后的预裂成缝爆生气体压力，采用较大药径及多装药措施 考虑相关因素，同时根据以下现场事实对预裂爆破参数进行Y调整：钻孔精度较好时的弱风化壁面平整度较好，炮孔壁未发现爆破裂隙，线装药密度360〜420g/m,基本适宜此类岩石；线装药密度在较大不偶合系数情况下，应耗用较多药S,弥补较大孔径对爆轰气体压力 及波峰值的削减。
在弱风化、节理裂隙发育的块状岩石中，壁面易“贴膏药”、“串葫芦”，壁而呈“弧线 状”，说明局部不偶合系数较大、装药不连续时，爆生气体易沿节理面逸出，壁面平整度较 差，在此类岩体中应加强装药的连续性针对以上调查情况，坝肩槽采用钻孔直径4)90,爆破试验采用孔底间距不人于90cm， 线装药密度360〜420g/m，装药直径
经试验调整为：强风 化0. 50〜0.5kg/m3,弱风化0.55〜0.65kg/m\大块率明显降低，出渣效率提髙提高炸药单耗 后，将4H2O深孔梯段爆破的间排距由4mX3nv凋整为4mX2.5m、4>89深孔梯段爆破的间 排距凋整为3.5mX2.5m,试验均采用梅花形布孔方式根据爆破施工特点，爆区前沿不宜 成孔及底盘抵抗线较大时，宜采用密集布孔及弱抛掷的较人单耗；爆区宽度较大、排数较多 时，爆区中部应间隔5〜7排布賈一排加密孔，克服多排爆渣压死现象；主爆破区有两个自 由而时采用一侧斜向起爆方式，实际相当于宽孔距爆破方式，可降低单耗经生产性试验证 明拉西瓦水电站岩石单耗0.50〜0.65kg/n?是可行的，为克服局部缺孔造成的大块及底部留 埂问题，减小爆破块度及提髙出渣效率，现场施工单耗在选定标准基础上稍有提高堵塞长度：取为0.7W,当排距为2.5m时，约为2m堵塞长度较小有利于降低表层大块 率爆破边界：强调深孔梯段爆破，处理好有关的边界而(即指爆区前、后、左、右和上、下边界而)前边界：主要是指第一排炮孔，第一排炮孔的前沿一定要淸理整齐，具有大体一致的抵 抗线(孔口及底盘))若为原地形，第一排的布孔要保证炸出的瞬间边界而成为第二排均匀的 抵抗线。
忽视第一排的处理，往往导致后续各排爆破效果极差实际问题有两种，一是沿坡 度较缓、为减少P钻采用的较人倾角钻孔底盘抵抗线偏人，或前沿地形局部孤石突出，无法 上钻；二是孔距较大、孔口抵抗线小于孔距时，炮孔在地质薄弱处冲炮，反而造成后排抵抗 线过人及产生爆破漏斗问题，同时产生较多飞石、爆破振动较大、爆破效果全盘恶化因此, 在不加大前排设计抵抗线的前提下，如W=2.5〜3.0m，爆破区前沿第1排及第2排可考虑参 照光面爆破原理及方法，采用孔a=l.5〜2.0m，同时因前排距边坡较远、爆破振动波形中的 前排振动一般较小，允许多孔同时起爆，以产生一定的抛掷效采，为减少多排爆破时的后排 约束做出贡献后边界：除指永久坡而预裂爆破外，还应考虑缓冲孔爆破、前后分区爆破的后边界预 裂爆破永久坡而预裂要炸出裂缝，同时不要“贴膏药”，过去“贴膏药”较为普遍，要花 去许多时间用手风钻处理强调预裂孔爆破钻孔精度控制措施，增加预裂爆破线装药密度， 强风化地层由300g/m提高到(340〜380)g/m，弱风化地层提高到(380〜420)g/m,同时调整缓 冲孔到预裂孔的距离2.0m为1.2m〜1.5m左、右边界：若爆区较大，采用分区爆破时，左、右边界一定要采取措施，不能任其自 然拉裂，造成边界部位严重卡钻，。
采取“施工预裂”，意义同上上、下界而：上、下界而的平整程度，影响钻孔效率，出渣效率和控制施工进度其主 要原因是孔底高程控制及根据岩石风化程度不同调整超深边界而的处理，可反映技术方而 的差异，更主要体现了施工管理水平缓冲孔爆破：原缓冲孔孔径直径巾89,孔距2m,装药直径4)50,与预裂孔排距2m,与 前排主爆孔排距2m,由于钻孔直径过人，药卷易在孔内重啓因此，实际施工中往往装药 量过大，较大的前后排间距也起不到缓冲孔爆破的松动作用，同时预裂孔前易产生人块及底 部留埂在弱风化岩石中缓冲孔钻孔孔径4)90,与预裂孔排距不大于1.5m，与前排主爆孔排距 不大于2m即减缓对壁而的破坏作用，同时减小该部位大块，一定条件下可起到向前推渣 作用，减少壁而处反铲勾渣方:k,以便尽快进行边坡马道水平预裂造孔施工边界施工预裂爆破：前排抵抗线2m，孔距2m或1.5m,采用4)32(1 kg/m)药卷连续装、 底部加强为2X4>32(2kg/m)爆后边界基本整齐，不影响下次钻孔，前排抵抗线一致加强孔：加强孔用于爆区排数较多时克服爆渣体积增大的夹制作用，应每6〜7排布置 一排加强孔，孔距及排距为2m, 3〜4孔同时起爆，以产生抛掷作用。
也可用于爆区前部第3〜4排，利用自由而进行抛掷，减少淸渣工作量马道及马道保护层：原马道未有保护层或仅马道宽度范围内预留保护层，受上部炮孔底部破坏作用，易造成马道边角缺失，在合理解决预裂孔口装药及堵塞不当问题后，可采用实 际厚度1.5m爆区整体预留厚度，马道部位采用水平预裂或光爆开挖保护层，可保证马道边 角质量爆破网路试验：采用孔间微差爆破网路，应首先保证孔、排间顺序起爆、不致引起爆 破振动S加及爆破效果恶性，如后排孔先响产生局部爆破漏斗、相邻孔抵抗线变化、飞石、 爆破噪声等，其次应保证传爆可靠，先爆孔飞石、岩层错动不致破坏后续传爆网路不能仅 为保证网路可靠性而影响起爆顺序，这是施工中的常见问题当不能同时实现以上要求时， 应采取其他技术措施，如分区爆破、预裂孔提前起爆、加强堵塞、孔口网路防护、孔A连续 装药保证殉爆距离、孔内导爆索传爆等首先避免孔装过髙段位雷管因此，爆破试验初 期首先孔內雷管从Msl7〜Ms20段改为MslO〜msl5段左右，雷管标称误差巾 150多毫秒 减至。
