第２８卷增刊（１）四川水力发电Ｖ０１．２８，Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ（１）

２００９年７月ＳｉｃｈｕａｎＷａｔｅｒＰｏｗｅｒＪｕｌ．，２００９

锦屏一级水电站大坝右岸高边坡预裂爆破施工

黄丹勇

（葛洲坝集团第二工程有限公司，四川成都６１００９１）

摘要：较为详细的介绍了预裂爆破技术在锦屏一级水电站右岸高边坡开挖中的应用情况，总结了开挖中预裂爆破的经验和成果。关键词：锦屏一级水电站；预裂爆破；技术；应用中图分类号：＇１３／５４１；ＴＶ５２；Ｔｖ７文献标识码：Ｂ文章编号：１００１－２１８４（２００９）增１－００９２－０３

１概况

在水电工程施工中，由于高边坡岩体开挖时

的爆破会引起已形成或尚未形成的设计岩体坡体

的振动，可能导致边坡的应力失衡。同时，爆炸作

用的过程会造成岩体弹性波速及强度的降低，渗

透系数的增大等，使边坡的稳定性下降。为保证

高边坡在开挖过程的稳定，通常在高边坡大规模

开挖前先进行预裂爆破。

锦屏一级水电站为混凝土双曲拱坝，坝高

３０５ｍ，为世界同类坝型中第一高坝。大坝建基面

高程为ｌ５８０ｍ。坝基岩体为微风化、弱卸荷岩

体，其岩性由上至下分别为第３—６层灰白一浅灰

色、厚一巨厚层状大理岩、角砾状大理岩，偶夹少

量绿片岩透镜体。大坝边坡高度达５２０多ｍ。为

保证高边坡的稳定及大坝基础的开挖质量，施工

中采用了预裂爆破。

２预裂爆破参数

爆炸应力波与爆轰气体的联合作用是预裂缝

形成的机理。预裂缝的形成过程可用断裂力学进

行解释。

（１）预裂爆破时，炮孔与炮孔之间的相互作

用（应力波叠加）和应力持续作用时间有利于扩

展炮孔连线方向相邻孔壁上的微细裂纹，这些微

细裂纹控制着断裂方向。当两炮孑Ｌ同时起爆时会

产生应力叠加。目前，预裂爆破采用导爆索传爆，

两孔的导爆索长度基本相同，并且由同一发雷管

起爆，因此，两孔爆破时间差非常小，可以看作是

同时起爆。根据研究，炮孔内的应力维持时间为

２～４ｍｓ。这个时间对两孔导爆索来说，可传爆

收稿日期：２００９－０４－２８四虢＾姗№而腑１０～２０ｍ；而对于两个基本平行、孔深基本相同、

孑Ｌ距一般不超过１ｍ的预裂孔而言，其起爆时差

不到０．２ｍｓ，因此，采用导爆索传爆时，预裂孔必

然会产生两孔应力之间的叠加。

（２）在锦屏一级水电站右岸高边坡开挖施工

中，设计要求预裂孔单响药量不大于２０ｋｇ，一般

预裂孔深度为１０—１５ｍ，单孔装药量一般为３—５

ｋｇ，预裂爆破一次起爆规模为４０—５０孔。因此，

单次预裂爆破要分成数段起爆，一般的段间微差

时间为２５—５０ｍｓ。如此长的延时，相邻孔内的

应力早就消失了，故相邻孔间的应力不可能叠加。

此时，实际相邻段的相邻孔互为空孔，即所谓的空

孔效应：应力波遇空孔后发生反射和绕射。炮孔

与岩体结构面不同，炮孔分为两种界面，即岩石与

空气；而结构面的界面为两种不同的岩体，应力波

在这两个不同类型界面的传播情形大不相同。当

应力波遇到炮孔时，应力波主要发生反射与绕射，

反射应力波与爆生气体形成的准静应力场发生叠

加（加强与减弱），加强后的应力波产生的切向拉

应力远大于岩石的极限拉伸强度，于是在两孔连

线上产生了新的裂纹或使原有裂纹扩展甚至贯

通；而绕射的应力波在孔的另一侧产生正叠加，应

力加强，于是，在空孔另一侧产生裂纹。空孔效应

同时也存在于同时起爆的预裂爆破中。

锦屏一级水电站右岸高边坡开挖预裂爆破参

数的确定采用了工程类比、理论计算、实际验证、

动态调整等方法。

（１）孔径。

①预裂孔的造孑Ｌ机械一般选用ＹＱ一１００Ｂ型

支架式潜孔钻机。其具有机身轻、使用维修方便、

　万方数据黄丹勇：锦屏一级水电站大坝右岸高边坡预裂爆破施工２００９年增刊（１）

钻进速度较快等优点；同时其钻杆较粗，对控制钻

孔孔道精度有利，可较好地控制钻孔方向和倾角。

②ＹＱ－１００Ｂ型支架式潜孔钻机可采用直径

５０和６０ｍｍ两种钻杆，配套使用直径８０和１００

ｍｍ两种钻头（配相应冲击器）。可造直径８０—

１００ｍｍ的钻孔。本工程的钻孔直径为１００ｍｍ。（２）孔距。①根据断裂力学可得：天＝［（２．６５Ｐ。

Ｖ／－菊ａｆ）／Ｋ，ｃ］ｌ／ｒ“ｏ式中Ｒ为比例系数，是应力波

传播半径与炮孔半径的比值Ｒ／ｒ；Ｐ。为炮孔内爆

轰气体的压力，可用准静压力代替；ｍ为应力波衰

减系数，可取１．４２；口，为炮孔连心线方向微细裂

纹的长度，可取０．０２５ｃｍ，大理岩的断裂韧性可取如＝７５ｋｇ／ｃｍ“。

孔距Ｅ＝（Ｒ＋１）ｒ。可求得Ｅ＝２１．２ｒ。即孔

距为钻孔直径的１０．６倍。与经验公式孔距Ｅ＝

（８—１２）口（口为钻孔直径）相吻合。

②根据不同部位、地质条件及开挖质量要求

进行孔距的选择。

各部位的孔距选择如下：

ａ．右坝肩及进水口１８８５ｍ高程以上的预裂

孔孔距均为１．０ｍ；ｂ．拱肩槽建基面预裂孔孔距的选择经历了两

个阶段：前期（１８６０—１８８５ｍ高程）孔距为０．８

ｍ。由于裂隙较发育，炮孔残留率较低，且由于结

构面的影响，孔间平整度较差，因此，将１８６０ｎｌ高程以下炮孔间距调整为０．６ｍ。孔距调整后，

半孔率明显增高，不平整度也有很大程度的改善。

③拱肩槽上游侧边坡地质状况与拱肩槽相

似，但预裂面与岩层走向基本上为正交。坡面与

岩面相交角度较大，有利于预裂面的成形质量，边

坡预裂质量要求较拱肩槽建基面要低。因此，对

拱肩槽上游侧边坡预裂孑Ｌ孔距进行了三次调整：

ｌ８２５ｍ高程以上采用１．０ｍ的孔距；由于ｆ１３断

层出露，岩体完整性变差，１８２５～１８００ｍ高程之

间的孔距为０．８ｍ；１８００ｍ高程以下采用０．６ｍ

的孑Ｌ距。

（３）线装药密度。

实际选用的线装药密度根据孔距确定。当口

＝１．０ｍ时，线装药密度Ａ＝４００ｇ／ｍ；当口＝０．８

ｍ时，线装药密度Ａ＝３５０ｇ＇ｍ；当口＝０．６ｍ时，

线装药密度Ａ＝３００ｇ／ｍ。由公式Ａ＝鼢叩ｄ７可知，盯、ｄ均相同，因此，

ｋａｒ印ｄ７作为常数项，可推得适用于本工程的经验

公式为：△＝４００ｏ¨８。

（４）不耦合系数。①本工程预裂爆破常用的药卷有‘ｐ３２和２５

两种，其中‘Ｐ３２药卷最为常用。

采用‘ｐ３２药卷，钻孔直径为１００ｍｍ时，不耦合系数地为３．１２；采用‘ｐ２５药卷，钻孔直径为

１００ｍｎ＇ｌ时，不耦合系数Ｋｕ为４。

②在本工程中，边坡预裂基本上采用‘ｐ３２药

卷，拱肩槽建基面预裂中部分采用‘ｐ３２药卷。采

用‘Ｐ３２药卷的炮孔，当岩石较完整、坚硬时，孔壁上基本无爆破裂纹；但当岩体较为软弱或有结构

面时，则往往有少量爆破裂纹。为此，在拱肩槽大

部分建基面及后续的边坡预裂中，均采用‘ｐ２５药

卷。采用ｔ０２５药卷后，软弱或有结构面孔段的孔

壁上爆破裂隙明显减少。

（５）装药结构。

不耦合系数和线装药密度决定装药结构。因

此装药结构不单纯是一个施工工艺问题。目前，

国内没有成型的预裂或光爆专用炸药，一般只生

产‘Ｐ３２和‘Ｐ２５两种规格的炸药。因此，预裂爆破

装药结构只能采用不耦合间断装药，即采用‘ｐ３２

或‘ｐ２５的药卷均匀地绑扎在导爆索和竹片上，孔

底１ｍ加强２—３倍，孔口减弱为１／２～１／３，堵塞

长度不大于ｌｍ。３对预裂爆破中有害效应的控制

３．１预裂爆破的减震作用

本工程中无预裂缝的梯段爆破振动经验公式

为：秒＝７４Ｘ（Ｑ“’／Ｒ）×１．３。

将预裂缝形成后的爆破振动数据与公式预测

数据进行对比后的情况如表１所示。

从表ｌ中的数据不难发现：预裂缝对爆破振

动有明显的衰减作用，衰减率大于３０％。但预裂

后的梯段爆破中５号、６号测点的实测值比计算

值大，且处于中远距离，其测值大于较近距离的

ｌ～４号测点的测值，可能是在这两个测点上产生

了振动叠加。

３．２爆破损伤的控制效果

爆破损伤的检测方法与技术：主要采用单孔

声波检测，辅以孔内电视。

（１）声波检测成果。

￥／ｃｈｕａｎＷａｔｅｒ

Ｐｏｗｅｒ四

　万方数据第２８卷总第１２９期四川水力发电２００９年７月

①本工程施工中，在ｌ８４７．５—１８１０ｍ高程

之间共布置了６排共１８个声波检测孔，每孔均做了爆破前和爆破后的声波检测，检测结果见表２。

②从表２中可以看出，以爆后孔口以下１ｍ

表１爆破振动数据对比表

ｌ８４７．５

ｌ８３２．５

ｌ８２５

１８１７．５

ｌ８ｌＯＹＢＰｌ８４７．５ＢＩＹＢＰｌ８４７．５８２ＹＢＰｌ８４７．５８３ＹＢＰｌ８４０ＢｌＹＢＰｌ８４０８２ＹＢＰｉ８４０８３ＹＢＰｌ８３２．５ＢｌＹＢＰｌ８３２．５８２ＹＢＰｌ８３２．５８３ＹＢＰｌ８２５ＢｌＹＢＰｌ８２５８２ＹＢＰｌ８２５８３ＹＢＰｌ８１７．５ＢｌＹＢＰｌ８１７．５８２ＹＢＰｌ８１７．５８３ＹＢＰｌ８１０ＢｌＹＢＰｌ引０８２ＹＢＰｌ８１０８３５６８２６０６ｌ５９７０６２５０６０１５５８８２５９５２５８８２６１７３５８６６６０２４３２６８６０２４５４３５６０９８６１３２５８１４５９５２４９３８５８１４５６１８６１７３５８８２５６８２５６８０５４３５６０２ｌ５４９５５１０２，５７４７４２７４５５５６５２６３３８７６５４３５１３．０９４．０８５．９１．２３２．２ｌ３．４４．５７７．６２．４６６．３２１５．３１，４．６２１．３６８．８９１４．１７３３．３３８．６９ＹＢＰｌ８４０８２孔１ｍ处岩体完整

ＹＢＰｌ８２５１３２孔深１一１．３ｍ处发育两条较大裂隙

ＹＢＰＩＳＩＯＢ２孔口至孔深１．４ｍ处裂隙很发育，孔壁有掉块、空洞

处的声波衰减率不超过１０％为破坏标准，则

ｌ８４７．５～ｌ８１０ｍ高程之间爆破控制的达标率约为

７１％。其中ＹＢＰｌ８４７．５８１、ＹＢＰｌ８２５８２、ＹＢＰｌ８１７．５８２、

ＹＢＰｌ８１０８１、ＹＢＰｌ８１０８２等５孔均超过了１０％，

特别是ＹＢＰｌ８１７．５８２、ＹＢＰｌ８１０８２两孔的声波衰

减率均超过了２０％。

（２）结合ＹＢＰｌ８４０８２、ＹＢＰｌ８２５８２、ＹＢＰｌ８１０８２孔，由电视图像分析上述爆破声波检测孔的结果

可知，地质条件特别是裂隙等结构面、地质缺陷等

对声波检测结果影响很大。此外，预裂面开挖后，

岩体的卸荷影响及风化现象在很大程度上影响结

构面；由于在声波测试时孔内必须灌水，而作为声

波传递的介质，水对结构面内的充填物质将产生

膨润作用，即充填物质被水风化，密度减小、强度

降低，或者充填物质被水流带走，特别是在爆后检

测时，结构面因受水流的反复冲洗，这种现象更为

强烈；当爆前、爆后的测试时间间隔较长时，卸荷

及风化影响对检测结果影响更大。声波检测曲线

四ＳｉｃｈｕａｎＷａｔｅｒＰｏｗｅｒ见图１。

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　万方数据