锦屏电站大奔流沟料场石方开挖研究与应用

摘 要：大奔流沟料场属于高边坡料场，如何安全、有效地对高边坡料场进行开挖，本文阐述了通过调整爆破参数，优化爆破设计方案，从而达到减小爆破振动对边坡的破坏和扰动，控制爆破粒径来提高石方开采效率，减少爆破飞石，降低施工干扰，合理选择爆破方案等一系列措施，对高边坡料场的顺利开挖起着至关重要的作用。为类似工程提供一定的借鉴作用。

关键词：高边坡料场开挖 爆破控制 爆破振动 爆破粒径 爆破飞石 爆破方案优化

中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（a）-0026-02

1 概述

大奔流沟料场位于锦屏电站坝址下游9 km，雅砻江左岸。料场是锦屏电站主体工程混凝土粗骨料加工的料源开采地，料场地形为一顺江方向的斜坡，临江坡度50°～65°，料场中部长约500 m，宽约50～60 m，料场顶高为2187 m，底部高程约1700 m，开采岩石主要为板状砂岩，夹杂有少量的薄板岩和大理岩。砂板岩层面走向与开挖坡面方向基本一致，顺层坡度在65°～72°间，岩层厚薄不一，以中厚层为主，在回采毛料过程中，薄板岩和大理岩作为弃料处理。

1.1 大奔流沟料场特点

开挖高度大，边坡采用顺层开挖，设计开挖边坡每15 m设一马道，马道设计宽2 m或3 m，1895 m以上设计坡比为1∶0.35，1895 m以下设计坡比为1∶0.45。在施工过程中，确保边坡的安全稳定成为施工中的重要课题。

地质条件复杂，料场主要为层面结构的石英砂岩，夹杂有厚层块状大理岩及板岩；切割岩层层面方向，发育有大量断层与裂隙；沿山体外缘断层与裂隙尤为发育，断层面与裂隙面有的以石英岩和泥土充填，有的以空腔形式存在，这无形中加大了爆破施工难度，严重影响了爆破质量的控制。

施工面狭窄，料场的平均厚度约40 m，最薄不到10 m；施工机械因施工面窄而降低工效；料场最高月供料强度达45万吨，为满足供料，加快对料场的开挖降段与边坡支护，需大量的投入机械设备。合理的布置施工现场，严格控制爆爆破飞石，减少重型设备的避炮迁移，使施工有条不紊进行。

1.2 料场爆破施工要求

大奔流沟料场开挖根据设计边坡，按每15 m作为一个爆破开采层，爆破方式主要采用毫秒微差深孔梯段爆破，其主爆孔采用115 mm孔径，缓冲孔采用90 mm孔径，预裂孔采用90 mm孔径，爆破装药系数0.35～0.38 kg/m3，预裂孔线装药密度0.25 kg/m。

2 爆破控制

2.1 爆破飞石控制

由于料场爆破频繁，平均1～2天一次爆破，料场高强度的施工，使现场投入了大量重型的施工机械和各种施工设备，且坡面铺设有支护用的钢管脚手架，各种设备频繁的撤离会花费大量的人力物力和时间（一般爆破安全距离为300 m），无法保证施工的顺利进行，严重影响施工工期，因此，在爆破施工过程中，严格控制好爆破飞石，尽量减少施工机械设备因避炮而到处迁移，并确保各种施工设备的安全，对料场的施工显得尤为重要。

严格控制爆破孔的抵抗线，爆破孔抵抗线过大，孔内炸药爆破冲击力无法推动岩层，爆破气体会向较弱孔口部位冲击，而的形成冲天炮，产生孔口飞石；抵抗线过小，主爆孔前沿岩层过薄，会因爆破力过大而产生飞石；对抵抗线较小的爆破孔，可采用间段装药，减小爆破装药量。对不同级别岩石可采用试验获得，大奔流沟料场一般主爆孔最大抵抗线小于4.5 m，最小抵抗线大于3.0 m。

有效堵孔，不仅可提高爆破效果，还可控制孔口飞石；堵孔材料最好使用黄土，也可使用炮灰进行堵孔，尽量堵孔密实，通过爆破试验，预裂孔孔口堵长为1.5 m，缓冲孔孔口堵长3.0 m，爆破孔口孔堵长3.5～4.0 m较为适宜。严禁堵孔中夹杂石块，并清理孔口周边石块，防止爆破冲击波形成爆破飞石。

一般爆破孔孔口飞石方向无法控制，采用砂袋或稻草皮对孔口进行覆盖，可有效阻止孔口飞石。

2.2 爆破振动控制

料场开挖边坡高且陡，裂隙发育，边坡面有较多切割于边坡面的断层，山体层面结构使其整体稳定性差，边坡岩石也会因爆破振动过大而产生局部滑塌和溃体，或对边坡产生扰动破坏，直接影响到料场的边坡稳定及施工人员的安全，因此爆破振动的控制对整个料场施工尤为重要，设计要求，爆破对于边坡的振速小于10 cm/s，施工过程中，必须严格对每次爆破进行控制。

影响爆破振动的因素很多，爆破距离，爆破规模大小，单响药量，爆破效果，及岩石岩性等；在相同条件下，爆破区离监测质点越远振动越小，反之越近越大；总爆破药量及单响药量越大，爆破振动也会越大；一般爆破效果越好，爆破振动越小，爆破效果差，反而增加爆破振动。我们结合爆破振动监测，通过多次的爆破实验，根据不同的施工情况，总结出可以良好控制爆破振动的施工方案与措施，其具体如下。

（1）料场边坡全部采用预裂爆破，可有效减小爆破孔对边坡所产生的爆破振动；所谓预裂爆破，就是首先起爆布置在设计轮廓线上的预裂爆破孔药包，形成一条沿设计轮廓线贯穿的裂缝，再在该人工裂缝的屏蔽下进行主体开挖部位的爆破，保证保留岩体免遭破坏；由于料场采用15 m梯段的深孔爆破，爆破孔单孔装药可达80～120 kg，通过爆破试验，对临近边坡质点所测的振速最大可达20 cm/s左右，远远超过设计值，提前进行的爆破预裂，使边坡与爆破区形成一隔离面，有效缓冲了爆破孔对边坡所产生的振动波。而预裂爆破孔线装药密度为0.3 kg/m左右，单孔药量仅在6.0 kg左右，其单孔产生的爆破振动远远小于设计值，通过爆破试验，单响药量小于50kg时，其振速小于10 cm/s，因此预裂爆破过程中，预裂爆破孔可控制在6～8孔一响，不影响爆破振动对边坡的扰动。不同料场的岩石介质，其影响力可通过爆破试验获取。

（2）创造良好的自由空面，对爆破区临空面部分的爆破石渣必须清理完成，严格对欠挖部分进行处理，保证有效的爆破梯段高度。此工作非常重要，若未严格进行处理，前排爆破孔因抵抗线较大，岩层无法推动，并依次影响后排爆破孔爆破效果。炸药的爆炸原理是，短时间内迅速燃烧产生大量气体，气体膨胀发生爆炸，当炸药爆破所产生压力无法堆动岩层时，其能量会以振动波的形式进行传递，从而大大增加了爆破振动。

（3）爆破参数控制，在料场的爆破施工中，一般临近边坡的爆破振动对边坡的扰动最大，因此侧重对临近边坡的爆破进行研究与控制；在考虑爆破质量，成本，进度等因素情况下，如何较好的形成预裂面，控制爆破规模，减小单响药量是爆破试验研究的重点。

临近边坡的爆破设计中，有预裂孔，爆破孔，缓冲孔；其爆破参数都影响着爆破质量及爆破振动，主要参数如（表1）。

预裂孔的主要作用是在无自由面情况下，沿设计轮廓线的位置提前形成一条贯穿的裂缝，使设计轮廓面免受主体开挖部位爆破时的破坏；如果贯穿裂缝不能形成，主爆区对开挖轮廓面产生的爆破振动会因没有缓冲面而成倍增加，设计轮廓面也会因振动过大而受到破坏。评价预裂爆破的质量好坏主要有平整度和半孔率两个指标，如何保证预裂爆破的质量呢？首先是布孔精度与布孔密度，布孔精度是确保空位布置在设计轮廓面的位置，当误差愈大，平整度就越差，或偏离设计面；布孔密度是指布孔间距，布孔间距过大，预裂孔间岩层无法拉开形成裂缝或拉开面弯曲，不能很好的形成预裂面，一般布孔间距越小预裂爆破质量愈好。但布孔密度过大会增加施工成本，通过试验，取0.8 m间距可满足质量要求。其次是预裂孔装药量，满足爆破力能刚好拉开沿炮孔的设计开挖面为适宜，药量过大，半孔率降低，孔壁会产生裂痕；过小，也会因爆破力过小而无法形成预裂面，都会影响爆破质量。最后是预裂孔起爆，预裂孔同时起爆能更好的形成预裂面，在施工过程中，预裂爆破是无自由面情况下爆破形成的一贯穿裂缝，同时预裂孔因密度大而孔数较多，当同时起爆时，预裂爆破产生的振动会很大，为控制爆破振速小于10 cm/s，一般取6～8孔起爆。

缓冲孔是采用间隔式分段装药结构，且无超深，孔距比正常生产炮孔孔距小，并以2～3个孔为一组滞后于相邻前排孔50～100 ms起爆，一般与预裂和光面爆破协同使用。通过试验表面，该工艺能减少后冲破坏，降低爆破近区的震动，在施工中，我们按2.0 m间距布孔，采用2孔起爆，单响药量不超过70 kg。

爆破孔的间排距及单孔装药量对爆破振动有一定影响，在保证爆破效果情况下，爆破孔适当的采用大间距小排距，通过减小爆破孔抵抗线，减小爆破振动，其参数可通过爆破试验获得。对于大奔流沟料场的层面结构的砂质板岩，爆破孔比较适合采用大间距小排距（间排距为5.5×3.5 m）。爆破孔一般采用连续偶合装药，单孔装药量较大，临近边坡都采用单孔单响。

爆破网络连接，通过爆破分段，爆破延时，使爆破区产生不同爆破爆破效果，达到降低爆破振动的目的。大奔流沟料场采用非电毫秒微差分段爆破。

大奔流沟料场根据不同区域爆破，分为一般爆破与边坡爆破。

一般爆破指仅有爆破孔，远离设计开挖边坡的爆破，爆破孔都在孔内延时爆破，爆破孔孔内药包起爆雷管为MS13段（650 ms）导爆管，孔间连接雷管为MS3段导爆管，相邻爆破孔间爆破时差为50 ms；排间连接雷管为MS5段导爆管，相邻排间爆破孔爆破时差为110 ms；单响药量小于300 kg。

边坡爆破指紧邻计轮廓线，含设计边坡预裂孔，缓冲孔及爆破孔的爆破；其爆破震动控制要求较高，其爆破网络连接为，预裂孔先响，超前临近缓冲孔200 ms以上，一般7孔作为一段，与相邻段位时差为50 ms；爆破孔孔内药包起爆雷管为MS13段（650 ms）导爆管，孔间连接雷管为MS3段导爆管，相邻爆破孔间爆破时差为50 ms；排间连接雷管为MS5段导爆管，相邻排间爆破孔爆破时差为110 ms；爆破孔单孔作为一段，单孔药量小于120 kg，缓冲孔两孔作为一段，单响药量小于70 kg。为保证爆破网络的可靠性，爆破网络全采用双雷管连接，爆破前认真检查网络。

通过试验表明，爆破总装药量大，爆破区爆破孔排数过大，爆破网络复杂，会加大爆破控制难度，都不同程度导致爆破振速过大，在施工中，我们尽量采用小规模爆破，控制每次爆破的总装药量不超过5.0 t。

3 合理选择爆破施工措施

大奔流沟料场山体陡峭，开挖高差，岩层地质条件复杂，其主要为层面结构的砂质板岩，夹杂有少量的薄板岩和大理岩，山体内裂隙、断层、溶洞较发育，料场的顺层开挖是岩层强度分布极不均匀，砂质板岩抗压强度达到90～130 MPa，大理岩抗压强度仅为50 MPa，裂隙发育区强分化岩，裂隙充填物夹泥层等强度更低。

3.1 确定合理的施工方法

在料场爆破开挖施工中，爆破效果的好坏直接影响和制约着料场的施工进度及施工成本。在一般爆破中，爆破效果的好坏，主要从爆破粒径，残孔率及爆破基面平整度三个方面考虑。具体对施工会带来那些负面影响未阐述。通过多次施工经验及爆破试验，总结出一套应对此类岩石的爆破施工方案。

（1）布孔方向及坡度与岩层面基本保证一致（0.35～0.4）。

（2）爆破方向应尽量与岩层面走向一致。

（3）对厚层岩层适合采用大间距小排距（5.5 m×3.5 m）。

通过对方案的实施，极大改善了爆破粒径，爆破面平整度等问题，还降低了爆破单耗（0.35～0.38 kg/m3）。不仅加快了施工进度，且大大节约了施工成本。

3.2 特殊的部位采取相应的施工措施

特殊部位主要指，不同性质的岩石部位，裂隙发育有夹泥层部位及有小型溶洞或空洞部位。

不同岩石包括大理岩，厚层砂质板岩及薄层砂板岩和风化岩，采取如何措施············未阐述。

对料场外缘，岩层卸荷裂隙节理较发育，常常因裂隙过大，孔内炸药脱节未传爆或炸药沿较大缝隙流失，爆破时，因漏气、单孔装药过小、炸药流失而影响爆破效果并增加施工成本。对此情况，采取如下施工措施。

（1）需提前预知，适当调整爆破参数，减小布孔间排距，通过增加单耗药量来弥补因漏气而产生的爆破能量损失。

（2）采用孔内下PVC塑料套管（115 mm孔径可）下100 mm直径套管），炸药通过PVC塑料套管进入孔内，以防止炸药因裂缝卡孔，脱节，流失，确保炸药在孔内完全起爆。

（3）起爆时，可采用多孔起爆方式，减小爆破因裂隙产生的能量损耗。一般裂隙发育带，在料场外缘，离料场边坡较远，可适当加大单响药量，裂隙本身也可起到缓冲爆破振动的作用。其效果可通过爆破试验获得。

4 结语

对于地形地质条件复杂，开挖边坡高陡（超过500 m），供料高强度（月供强度达到45万吨）的大奔流沟料场，料场的安全稳定和施工进度一直成为施工重点，经过一系列爆破试验及爆破方案的调整，控制了爆破飞石，解决了因爆破飞石对施工现场带来的不便；减小了爆破振动（设计要求小于振速10 cm/s）对边坡产生的扰动和破坏；改善了爆破效果和爆破粒径，大大提高了工作效率，节约了施工成本。有效的控制好爆破施工，对料场起着举足轻重的作用。