李圣凡，楊 陽，馬玉良

(1．江西省萍鄉(xiāng)市水利水電勘察設(shè)計(jì)院，江西萍鄉(xiāng) 337000;2．江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院，江西南昌 330029;3．江西省萍鄉(xiāng)市水務(wù)局，江西萍鄉(xiāng) 337000)

0 引言

山口巖水利樞紐工程是一座具有供水、防洪、灌溉、發(fā)電等綜合利用的大型水利工程。庫容1．051 6×108m3，平均日供水量 20 ×104m3，灌溉面積 0．67 ×104hm2，電站裝機(jī)容量12 MW。攔河壩為碾壓混凝土雙曲拱壩，壩頂長268．23 m，最大壩高99．1 m。

山口巖水利樞紐工程區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造背景復(fù)雜，壩址軟弱夾層、層間滑動(dòng)帶、斷層和卸荷裂隙發(fā)育，巖體破碎，層間滑動(dòng)帶和斷層主滑面普遍存在構(gòu)造泥及糜棱巖。壩基相對(duì)透水帶分布較厚，透水性相對(duì)較大，存在滲漏及滲透穩(wěn)定問題。為保證防滲帷幕質(zhì)量及降低壩肩滲透水壓力，在左右壩肩布置了七條灌漿排水平洞，其中在右壩肩的 163．0 m、195．0 m、220．0 m 及247．6 m高程設(shè)置了四條灌漿排水平洞。受右壩肩卸荷裂隙形成的不穩(wěn)定巖體威脅和超常山洪影響，以及交通條件制約，右壩肩220．0 m高程灌漿排水平洞洞底欠挖，擬調(diào)整到后期實(shí)施。由于右壩肩建基面坡度很陡，開挖邊坡穩(wěn)定性差，大壩澆筑與施工洪水爭(zhēng)奪等矛盾，難以及時(shí)對(duì)右壩肩220．0 m高程灌漿排水平洞繼續(xù)開挖，現(xiàn)利用大壩高溫停筑期進(jìn)行開挖。目前壩體混凝土已經(jīng)澆筑至206 m高程，距待開挖的右壩肩220．0 m高程灌漿排水平洞僅14 m高差，考慮平洞開挖爆破對(duì)壩體的不利影響，需對(duì)爆破安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)［1，2］。

1 地質(zhì)概況

1．1 地形條件

壩址右岸山體雄厚，基巖裸露，岸坡坡角35°～40°，局部陡立，建基面開挖坡度 60°～70°。

1．2 水文條件

壩址以上流域面積230 km2，主河長28．7 km，流域平均寬度8．01 km，主河道平均比降14．8‰。屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫暖，四季分明，降水充沛，日照時(shí)間長。受季風(fēng)影響，每年4月—6月，冷暖氣流持續(xù)交綏于長江中下游一帶，形成大范圍的降水。該時(shí)期也是本流域降水量最多的季節(jié)，加之地形影響，往往產(chǎn)生較大暴雨，引發(fā)洪水災(zāi)害及壩肩滑坡次生地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)壩基開挖及壩體施工帶來極大影響。

1．3 右壩肩巖體結(jié)構(gòu)特征

右壩肩分布石炭系碎屑巖，呈單斜傾向下游，傾角60°左右，存在煤線、薄層粉砂巖，層間錯(cuò)動(dòng)帶等軟弱夾層，層面節(jié)理、F13斷層、順坡卸荷裂隙等軟弱結(jié)構(gòu)面。屬多軟弱結(jié)構(gòu)面的厚層狀微風(fēng)化巖體，軟弱結(jié)構(gòu)面工程特性為:

1．3．1 煤線

為順巖層方向產(chǎn)出，產(chǎn)狀為 N38°～50°E/NW∠35°～42°。煤線厚度一般為 0．05 ～0．25 m，最厚達(dá)0．8 m，一般以香腸狀分布，局部呈雞窩狀產(chǎn)出。煤線抗剪強(qiáng)度，f'=0．32 ～0．35，c'=0．04 MPa。

1．3．2 薄層粉砂巖

薄層粉砂巖層厚1～40 mm，劈理發(fā)育，巖石極破碎。薄層粉砂巖抗剪強(qiáng)度，f'=0．65 ～0．70，c'=0．45 ～0．50 MPa

1．3．3 層間錯(cuò)動(dòng)帶

在砂巖、粉砂巖、煤層中均有分布，煤層均為層間錯(cuò)動(dòng)帶。層間錯(cuò)動(dòng)帶抗剪強(qiáng)度，f'=0．32～0．35，c'=0．04 MPa。

1．3．4 層面節(jié)理

走向N50°～85°E，傾向 NW 或 SE，傾角為50°～85°，這組節(jié)理裂隙，延伸不長，裂面粗糙不平，個(gè)別的裂面上見有階步，鐵錳質(zhì)鐵錳質(zhì)渲染，呈微張—閉合狀，張性。在礫巖、砂巖、粉砂巖均有發(fā)育，發(fā)育密度和強(qiáng)度依次加劇，在薄層粉砂巖中極發(fā)育。層面節(jié)理抗剪強(qiáng)度，f'=0．35 ～0．38，c'=0．10 MPa。

1．3．5 剪節(jié)理

走向N50°～75°W，該組節(jié)理裂隙主要傾向SW，少許傾向NE。傾向SW者，傾角多為55°～70°，發(fā)育頻率4～5條/m，較發(fā)育，延伸較長，裂隙多呈平直粗糙，面上見鐵、錳質(zhì)薄膜或渲染，少數(shù)裂隙壁見輕蝕變現(xiàn)象，多呈閉合—微張狀，為剪性，少量為張開狀，張開0．3～3．0 cm，次生泥充填，裂隙壁蝕變較嚴(yán)重，張性。為地應(yīng)力導(dǎo)致巖體破裂的X形節(jié)理。剪節(jié)理抗剪強(qiáng)度，f'=0．40 ～0．45，c'=0．12 MPa。

1．3．6 F13斷層

橫向河谷，貫穿壩基，傾向下游，傾角49°～66°，斷層帶寬0．6～4．0 m，斷層有角礫巖、碎裂巖、片狀巖、糜棱巖、斷層泥等，段曾經(jīng)多次地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)變形，早期斷層巖有所膠結(jié)，屬于偏中硬巖的軟巖;后期斷層巖無膠結(jié)，屬于軟巖。其力學(xué)性質(zhì)較差。F13斷層抗剪強(qiáng)度，f'=0．41 ～0．45，c'=0．05 MPa

1．3．7 順坡卸荷裂隙

其產(chǎn)狀為 N72°W/SW∠55°，與岸坡走向基本相同，多沿山坡分布，傾角陡，張開的寬度0．2～1．0 cm，充填次生泥及少量的碎屑，裂面粗糙度為波狀粗糙，局部見有平直光滑。抗力體均有分布，多追蹤順河向的陡傾角剪節(jié)理發(fā)育演化而成，發(fā)育深度在垂直坡向的5～20 m。順坡卸荷裂隙抗剪強(qiáng)度，f'=0．32 ～0．35，c'=0。

2 洞挖方法的確定

灌漿排水平洞被開挖巖石為微風(fēng)化砂巖，屬堅(jiān)硬巖石(Ⅲ類)。層面節(jié)理稍發(fā)育，屬較完整巖體。為此開挖方式擬采用光面爆破，全斷面一次開挖成型的鉆爆法。工作面周邊鉆孔使用小直徑光爆炸藥，炮孔間距45～55 cm，間隔裝藥，乳化炸藥規(guī)格32 ×200，裝填系數(shù)0．7～0．85，電毫秒導(dǎo)爆管雷管引爆導(dǎo)爆索，通過導(dǎo)爆索傳爆起爆炸藥，孔口用炮泥堵塞。炮孔痕跡在開挖輪廓面上均勻分布，炮孔痕跡保存率達(dá)到80%以上，保證開挖面與設(shè)計(jì)輪廓線一致，徑向超挖值和開挖巖面的起伏差均＜200 mm，平均＜100 mm。圍巖中要求沒有明顯震動(dòng)裂隙和欠挖。起爆順序先掏槽孔，再輔助孔，輔助孔起爆后再起爆周邊孔，底孔最后起爆。

3 爆破設(shè)計(jì)［3］

3．1 炮孔數(shù)目

炮孔數(shù)目的多少直接影響每一循環(huán)鑿巖工作量、爆破效果、循環(huán)進(jìn)尺、隧洞成型的好壞。暫按下式計(jì)算炮孔數(shù)目，在施工中，根據(jù)具體情況再作調(diào)整，以達(dá)到最佳效果。炮孔數(shù)目按下式計(jì)算:

表1 隧洞開挖爆破參數(shù)及振動(dòng)速度計(jì)算表Table 1 Calculation table of blasting parameters and vibration velocity in tunnel excavation

式中:q——炸藥單耗量，取 =1．9 kg/m3;s——開挖面積，s=15．14 m2;r——每米長度炸藥的藥量，2 號(hào)巖石乳化炸藥 r=1．0 kg/m;η——炮孔裝藥系數(shù)，取 η =0．7。

經(jīng)計(jì)算，N=41，光面爆破需多增加周邊孔15個(gè)，共計(jì)56個(gè)。

3．2 單個(gè)炮孔裝藥量

按公式(2)進(jìn)行計(jì)算

式中:Q——單個(gè)炮孔裝藥量;η——炮孔裝藥系數(shù)，取η =0．7;L——鉆孔深，L=1．3 m;r——每米長度炸藥藥量，r=1．0 kg/m。

經(jīng)計(jì)算，掏槽孔裝藥量 Q1=0．91取 Q1=0．8 kg。輔助孔裝藥量 Q2=0．7 kg，取 Q2=0．6 kg。

3．3 光面爆破參數(shù)

針對(duì)Ⅲ類巖石初選爆破參數(shù)為周邊孔間距a=(15～10)d=(15～10)×50=750～500(mm);不耦合系數(shù)為2．0;線裝藥密度為250 kg/m;最小抵抗線W=700 mm。

4 爆破試驗(yàn)及其安全性評(píng)價(jià)

根據(jù)爆破設(shè)計(jì)確定的爆孔數(shù)目、單孔裝藥量和光爆參數(shù)，選擇合適場(chǎng)地進(jìn)行了爆破試驗(yàn)，并通過波速儀接收爆破振動(dòng)速度。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，爆破振動(dòng)速度均在計(jì)算值 4．25～6．66 cm/s之內(nèi)?！侗瓢踩?guī)程》(GB6722—2003)和水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開挖工程施工技術(shù)規(guī)范》(SL47—94)(第3．7．1條及附錄C)新澆筑大體積混凝土(7-28d)基礎(chǔ)面上的安全質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度要求范圍為5．0～7．0 cm/s。計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果表明，爆破質(zhì)點(diǎn)計(jì)算振動(dòng)安全允許速度滿足國家規(guī)范要求，因此右壩肩220灌漿排水平洞開挖采用全斷面一次開挖成型的光面鉆爆法是安全可行的。

［1］ 何麗華，楊溢，廟延剛，王國華．淺析爆破工程安全評(píng)價(jià)［J］．云南冶金，2007，36(2):17 －21．

［2］ 張?jiān)迄i，于亞倫．爆破工程安全評(píng)價(jià)初探［J］．工程爆破，2004，10(4):82－84．

［3］ 翟旭東，彭立敏，吳濤，李興龍．城市淺埋隧道工程爆破震動(dòng)效應(yīng)與安全評(píng)價(jià)［J］．安全與環(huán)境工程，2009，16(1):92 －94．