我國(guó)水工建筑物基巖基礎(chǔ)保護(hù)層開(kāi)挖技術(shù)發(fā)展與思考

我國(guó)水工建筑物基巖基礎(chǔ)保護(hù)層開(kāi)挖技術(shù)發(fā)展與思考摘要：通過(guò)對(duì)我國(guó)水建筑物基巖基礎(chǔ)保護(hù)開(kāi)挖技術(shù)發(fā)展的回顧、分析，提出了水電系統(tǒng)工程爆破技術(shù)中對(duì)基巖保護(hù)層開(kāi)挖技術(shù)這一重要研究課題的研究新方向。關(guān)鍵詞：基礎(chǔ)保護(hù)層發(fā)展原水電部頒發(fā)的SDJ211-83《水工建筑物巖石基礎(chǔ)開(kāi)挖工程技術(shù)規(guī)范》和現(xiàn)行規(guī)范SL47-94中規(guī)定，因?yàn)樗そㄖ飳?duì)基巖有特殊的要求，基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)必須設(shè)保護(hù)層，保護(hù)層厚度與上部藥卷直徑成倍數(shù)關(guān)系（見(jiàn)規(guī)范）或據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定。70年代至80年代初，對(duì)于水工建筑物基巖基礎(chǔ)垂直保護(hù)層的開(kāi)挖一直沿用原規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行：淺眼火炮逐層開(kāi)挖，這樣“層層剝皮”往往需要3～5次方能完成，很難適應(yīng)機(jī)械化施工，且與一般石方開(kāi)挖比較單價(jià)貴幾倍，勞動(dòng)力多用幾甚至十多倍，相應(yīng)工期也較長(zhǎng)，已構(gòu)成水工建筑物基礎(chǔ)開(kāi)挖中的“老大難”。80年代后期至今，我國(guó)在建的大中型水電站在開(kāi)挖過(guò)程中，保護(hù)層開(kāi)挖技術(shù)得到快速發(fā)展。尤其是在三峽電站基礎(chǔ)開(kāi)挖過(guò)程中，對(duì)保護(hù)層開(kāi)挖技術(shù)進(jìn)行了深入的實(shí)踐和研究，取得了豐碩的成果。對(duì)于傾斜和垂直的建基面均采用了預(yù)裂爆破或光面爆破的減震措施，因而水平保護(hù)層開(kāi)挖技術(shù)可以說(shuō)基本解決了。但在水工建筑物基礎(chǔ)開(kāi)挖施工中，如何做到技術(shù)經(jīng)濟(jì)的最佳組合，仍然是個(gè)值得研究的課題。2基巖保護(hù)層一次爆除技術(shù)為了改進(jìn)基巖保護(hù)層的開(kāi)挖方法，簡(jiǎn)化爆破程序，原水電部科技司與水電總局制訂的《水電站工程爆破科研規(guī)劃》把基巖保護(hù)層開(kāi)挖一次爆除技術(shù)列為重點(diǎn)項(xiàng)目。80年代后期，我國(guó)水電系統(tǒng)的爆破科技人員，結(jié)合施工生產(chǎn)，對(duì)該課題進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究工作，這些科研成果的推廣與應(yīng)用，不僅加快了水電工程的開(kāi)挖進(jìn)度，獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，而且也為新的研究課題提供了十分有用的資料。我國(guó)現(xiàn)階段水電站基巖保護(hù)層一次性爆除技術(shù)試驗(yàn)研究和應(yīng)用主要以下方式：a垂直炮孔孔底設(shè)置柔性層的小梯段毫秒延時(shí)微差爆破；b水平預(yù)裂加垂直孔孔間或排間微差爆破一次性挖除；c水平孔光爆加以水平梯段一次爆破挖除；d側(cè)向保護(hù)層的開(kāi)挖：緊鄰邊坡2~3排孔作為緩沖孔，采用光面爆破方法開(kāi)挖，必要時(shí)在緩沖孔前增加一道施工預(yù)裂，較果更好。2.1垂直炮孔孔底設(shè)置柔性層的小梯段毫秒延時(shí)微差爆破該技術(shù)采取的是綜合措施，其要點(diǎn)是：a、以小梯段代替平地爆破；b、采用毫秒延時(shí)微差爆破；c、炮孔底部設(shè)置柔墊層；d、加大布孔密集系數(shù)；e、使用小直徑乳化炸藥并采用合理的裝藥結(jié)構(gòu)。該項(xiàng)技術(shù)不少施工單位與科究機(jī)構(gòu)進(jìn)行過(guò)不同規(guī)模、不同深度的試驗(yàn)工作，但武警水電第二總隊(duì)與長(zhǎng)科院、長(zhǎng)辦施工研究所合作在江西萬(wàn)安水電站進(jìn)行的試驗(yàn)研究工作，歷時(shí)最長(zhǎng)、規(guī)模最大、測(cè)試手段最齊全、試驗(yàn)成果最完整。一共進(jìn)行了4組預(yù)備試驗(yàn)。1986年4月由水電部科技司和水電總局主持對(duì)試驗(yàn)成果作了技術(shù)鑒定，并在萬(wàn)安、魯布格、湖南六都寨等工程中推廣應(yīng)用。經(jīng)萬(wàn)安工程試驗(yàn)所推薦的爆破參數(shù)見(jiàn)表1。序號(hào)爆破參數(shù)單位推薦參數(shù)1梯段高度（孔深）m1.5~2.02孔徑mm40~453孔距m4排距m0.652.0~2.56梅花型7mm25，328單孔裝藥kg0.4~0.69單位耗藥量Kg/m30.37~0.45堵塞長(zhǎng)度m0.5~0.8柔性墊層（直徑/長(zhǎng)度）cm3.5~4.0/18~20(15~50MS)延時(shí)雷管東江、沙溪口、萬(wàn)安、魯布格、湖南六都寨等水電工程由于成功地采用基巖保護(hù)層一次爆除技術(shù)，不僅獲得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，而且為加快水電站基礎(chǔ)開(kāi)挖開(kāi)拓了新的途徑。2.2水平預(yù)裂加垂直孔孔間或排間微差爆破一次性挖除首先開(kāi)挖先鋒槽創(chuàng)造臨空面，用潛孔鉆沿水平建基面打一排水平預(yù)裂孔，用手風(fēng)鉆在水平建基面上的巖體打垂直孔，水平預(yù)裂孔在上部爆破孔尚未起爆前起爆，形成水平預(yù)裂縫，藉以削減上部爆破孔爆破時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力波對(duì)保留巖體的破壞影響。最初，該技術(shù)試驗(yàn)應(yīng)用較好的單位有水電第八工程局，用于湖南東江水電站河床基礎(chǔ)的開(kāi)挖。另外水電部閩江工程局與長(zhǎng)科院、長(zhǎng)辦施工處合作在福建沙溪口水電站第一期工程巖石基礎(chǔ)開(kāi)挖中進(jìn)行了相當(dāng)規(guī)模的試驗(yàn)研究工作。試驗(yàn)成果于1986年4月由原水電部科技司和水電總局主持作了技術(shù)鑒定，并在沙溪口工程中加以應(yīng)用。在三峽電站二期大壩廠房基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)應(yīng)用了該技術(shù)，其主要爆破參數(shù)見(jiàn)表2。序號(hào)參數(shù)序號(hào)參數(shù)1保護(hù)層厚度(梯段高度m)2..57垂直炮孔孔距(m)2鉆孔直徑(mm)428垂直炮孔排距(m)3水平預(yù)裂孔距(m)0.4~0.59垂直炮孔孔深(m)2.24水平預(yù)裂孔深(m)5.0單位耗藥量(kg/m3)0.55~0.65水平預(yù)裂孔線裝藥量(g/m)180~220垂直炮孔藥卷直徑(mm)6水平預(yù)裂孔藥卷直徑(mm)堵塞段長(zhǎng)度（m）0.7~0.82.3水平孔光爆加以水平梯段一次爆破挖除為了消除因夾制作用水平預(yù)裂爆破本身產(chǎn)生的應(yīng)力波對(duì)建基面產(chǎn)生的破壞性影響，在三峽電站二期大壩廠房基礎(chǔ)保護(hù)層開(kāi)挖時(shí)，采用水平孔光爆加以水平梯段一次爆破挖除方法施工，實(shí)踐證明效果優(yōu)于水平預(yù)裂的方法，其主爆破參數(shù)見(jiàn)表3。保護(hù)層厚度m孔徑(mm)孔深(m)部位孔距線裝藥量（g/m）單位耗藥量(kg/m3)2.542~455第一排緩沖孔0.6~0.80.55~0.6第二排緩沖孔0.80.6~0.80.55~0.6光爆孔0.50.6~0.7180~2200.5~0.70.562.4側(cè)向保護(hù)層的開(kāi)挖側(cè)向保護(hù)層大多采用光面爆破加緩沖孔的方式開(kāi)挖，緊鄰設(shè)計(jì)邊坡面2~3排緩沖孔炮孔間距不大于1.5m，緩沖孔藥卷直徑減少為主炮孔藥徑的2/3~1/3，每孔裝藥量較梯段爆破主爆孔減少1/2~1/3。在武警水電部隊(duì)承建的三峽永久船閘基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)，對(duì)兩側(cè)直立邊坡保護(hù)層外側(cè)增加一道施工預(yù)裂和緩沖區(qū)，有效地降低了爆破應(yīng)力波對(duì)邊坡的破壞性影響。3基巖保護(hù)層開(kāi)挖技術(shù)發(fā)展前景和思考水工建筑物基礎(chǔ)對(duì)基巖的特殊要求：首先是對(duì)基巖承載力的要求，其次是對(duì)基礎(chǔ)透水性的限制，因此在開(kāi)挖過(guò)程中不應(yīng)降低基巖的承載力和增大基礎(chǔ)的透水性，力求不惡化基巖的天然結(jié)構(gòu)和地質(zhì)構(gòu)造。目前，我國(guó)已建的和在建的大、中型水電站對(duì)水工建筑物的基礎(chǔ)均毫無(wú)例外地布置了5~8米深的固結(jié)灌漿和1~3排足夠深的帷幕灌漿，這一措施所獲得的效果，應(yīng)大大超過(guò)由于爆破對(duì)基巖的破壞影響。近幾年來(lái)，基巖保護(hù)層一次性爆除技術(shù)發(fā)展追求目標(biāo)是如何最大限度地降低爆破產(chǎn)生的應(yīng)力波對(duì)基巖產(chǎn)生的破壞性影響。但采取任何一種方法開(kāi)挖基巖保護(hù)層，包括過(guò)去采用的最為保守的淺眼火炮逐層開(kāi)挖的方法，都不可避免地對(duì)基巖產(chǎn)生不同程度擾動(dòng)破壞。筆者認(rèn)為，關(guān)鍵是這種擾動(dòng)是否會(huì)給不同等級(jí)水工建筑物或同一水工建筑物的不同部位產(chǎn)生不利影響，從這一角度去尋求技術(shù)上可行的、最為經(jīng)濟(jì)的保護(hù)層爆破開(kāi)挖方法，才是今后基巖保護(hù)層開(kāi)挖技術(shù)發(fā)展方向?；鶐r保護(hù)層一次爆除技術(shù)的試驗(yàn)成功和應(yīng)用，雖然使以往沿用了幾十年的比較陳舊的、效率和效益都很低的開(kāi)挖方法得到了很大的改進(jìn)，但仍不盡人意。由于爆破器材的快速發(fā)展，使爆破技術(shù)得到飛速發(fā)展，起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)更加靈活，可以做到孔間甚至孔內(nèi)分段起爆。因此，一方面采用深孔梯段孔間毫秒延時(shí)微差爆破、加大布孔密集系數(shù)、小直徑乳化炸藥并采用合理的裝藥結(jié)構(gòu)等措施，另一方面基礎(chǔ)固結(jié)灌漿和