锦屏一级水电站左岸导流洞开挖爆破方法

摘 要：锦屏一级水电站左岸导流洞工程，具有洞身断面特大、进、出口直立边坡高、地质条件差的特点，主要介绍洞身及高边坡开挖爆破技术。 关键词：导流洞 开挖 爆破技术

1工程概况

1.1左岸导流洞结构与布置

锦屏一级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里县和盐源县交界处的雅砻江大河湾干流河段上，是雅砻江下游从卡拉至河口段水电规划梯级开发的龙头水库，距河口358km，距西昌市直线距离约75km。

锦屏一级水电站左岸导流洞，断面为城门洞型，其尺寸为15×19m(宽×高)。洞身长度1214.359m，进、出口底板高程分别为1638.50m和1634.00m，进口边坡最大垂直开挖高度约102.5m，出口最大垂直开挖高度约42m。整个导流洞按双弯道布置，由进口引渠段、闸室段、渐变段、洞身段、堵头段、洞身段和出口引渠段组成。

1.2工程地质特性

左岸导流洞深埋段(k0＋350～k0+890)上覆盖体厚250～350m，水平埋深180～250m，进口段上覆岩体厚50～100m，水平埋深50～70m，出口段上覆岩体厚50～80m，水平埋深40～60m。 进口段的岩性为第6层灰～浅灰色中薄层知纹状大理岩夹少量薄层绿片岩，位于强卸荷、弱风

2(8)T2－3z化带内，岩体以碎裂结构为主，局部镶嵌结构，发育4条层间挤压错动带。洞身段，围岩岩性为浅灰色薄～中厚层条纹状大理岩、灰绿色薄层绿片岩，本工程为高地应力区，局部裂隙、层理较为发育，岩石破碎，围岩经常发生由高地应力引起的以层状、片状剥落为代表形式的岩爆。出口段位于强卸荷、弱风化带内，岩层为薄～中层状，岩体以碎裂结构为主，层面裂隙普遍较松弛，围岩稳定性差。

2洞身段开挖爆破施工 2.1开挖程序与方法

2.1.1分层、分块开挖

导流洞开挖洞径大部分为16.8×20.8m(宽×高)，采用分三层开挖。上层按一般隧洞开挖，Ⅱ、Ⅲ类围岩采用全断面爆破开挖，Ⅳ、Ⅴ类围岩，采用先中上导洞后扩挖的开挖方式，周边孔采用光面爆破。中层和下层开挖采用梯段爆破方式开挖，建基面处采用光面爆破或保护层开挖方式开挖。在渐变段和堵头段则由于开挖断面特大，上层分块开挖，即把整个导流洞断面分为两部分，开挖一侧，支护一侧，然后再开挖另一侧，支护另一侧。 2.1.2中上导洞开挖

在Ⅳ、Ⅴ类围岩洞段，上层开挖先挖中上导洞，再对开挖面进行锚喷支护，然后进行扩挖，在必要时可以先超前支护，而后开挖。中导洞采用楔形掏槽、梯段爆破的开挖方式，周边采用光面爆破技术，扩挖时周边亦采用光面爆破技术。

(扩大开挖)中1导洞4.56.028.58.020.8梯段爆破开挖10.51.8(保护层开挖)16.8Ⅳ、Ⅴ类围岩常规洞段开挖程序图

2.1.3上半洞全断面开挖

在Ⅱ、Ⅲ类围岩洞身段，上层采用全断面的开挖方式，整个断面一次钻孔，采用楔形掏槽、梯段爆破的开挖方式，周边采用光面爆破技术，毫秒微差，一次起爆，严格控制最大一段单响药量，确保爆破安全。

(全断面开挖)8.58.020.8(梯段爆破开挖)10.51.8(保护层开挖)16.8Ⅱ、Ⅲ类围岩常规洞段开挖程序图

2.1.4上半洞半断面开挖

在渐变段和堵头段，由于开挖断面最大达到了22×23m(宽×高)，且渐变段顶部为方形，为了保证开挖后的洞室安全，上半洞采用半断面开挖的方式，楔形掏槽、梯段爆破，周边采用光面爆破技术，严格控制最大一段单响药量，确保爆破安全。

2(后开挖部分)1(先开挖部分)2保护层开挖12保护层开挖(梯段爆破拉槽开挖)(保护层开挖)渐变段及堵头段开挖程序示意图

2.1.5下半洞分层开挖

中层开挖，梯段高度大约在10m 左右，中部采用深孔梯段爆破，两边预留保护层，距边墙2.5m处采用预裂爆破，以防止梯段爆破对设计开挖面的破坏。两侧预留部分采用光面爆破。下层的开挖，主要是保护层开挖。

已开挖完成2.520.8保护层开挖中部拉槽超前保护层10.51.8开挖保护层开挖16.8常规洞段洞身Ⅱ、Ⅲ层开挖程序图8.5

2.1.6保护层开挖

边墙的保护层开挖主要采用光面爆破的方式，底层的保护层开挖，可采用水平光面爆破的方式，也可采用浅孔、斜孔、单孔单响、火花起爆的爆破方式，防止欠挖，尽量减少超挖。

2.2爆破参数

2.2.1中上导洞开挖

在实际的开挖过程中，统计0+90-0+160段70m的开挖爆破情况，中导洞的开挖爆破参数应为：周边孔间距50cm，主爆孔间距70-80cm，排距为50-60cm，孔径为φ50mm，单耗为单耗1.732kg/m，梯段深度3m，循环进尺2.65m，爆破效率88.33%，。由于断面大小适中，采用楔形掏槽，集中装药；主爆孔连续不偶合装药，毫秒微差非电雷管起爆；周边孔采用光面爆破，间隔不偶合装药，导爆索起爆。

扩挖时的爆破参数为：周边孔间距50cm，主爆孔间距80-110cm，排距80-100cm，周边孔最小抵抗线为60cm，孔径为φ50mm，单耗为0.683kg/m，周边孔线装药密度为120g/m，梯段深度为4m，平均循环进尺3.73m，爆破效率93.25%，周边炮孔残痕率75%。主爆孔连续不偶合装药，毫秒微差非电雷管起爆；周边孔采用光面爆破，间隔不偶合装药，导爆索起爆。 2.2.2上半洞全断面开挖

根据0+310-0+360段50m的开挖爆破情况，爆破参数为：周边孔间距50cm，主爆孔间距80-100cm，排距为100cm，孔径为φ50mm，单耗为单耗1.732kg/m，周边孔线装药密度为135g/m，梯段深度4m，平均循环进尺3.34m，爆破效率83.5%，周边炮孔残痕率70%。采用楔形掏槽，集中装药；主爆孔连续不偶合装药，毫秒微差非电雷管起爆，最大单响药量为10kg；周边孔采用光面爆破，间隔不偶合装药，导爆索起爆。 2.2.3上半洞半断面开挖

根据进口0+00-0+40段的开挖情况，上半洞半断面开挖的爆破参数与上半洞全面断开挖基本相同，只是开挖面渐变，光爆效果不佳，炮孔残痕率仅60%。 2.2.4下半洞分层开挖

综合下半洞0+160-220段60m的爆破开挖情况，中间拉槽梯段爆破的爆破参数为：孔间排距为2.5m×2m，孔径为φ110mm，两侧布置预裂孔间距80cm，梯段深度9-10m，孔深8-9.5m，单耗为0.57kg/m，预裂孔线装药密度为360g/m，平均循环进尺15m，爆破效率88.5%。主爆孔连续不偶合装药，毫秒微差非电雷管起爆，最大单响药量为50kg；两侧预裂孔采用预裂爆破，间隔不偶合装药，导爆索起爆。

保护层开挖的爆破参数为：结构开挖面采用光面爆破，光爆孔间距50cm，设有两排主爆孔，主爆孔间距80-100cm，孔径为φ50mm，钻孔深度4m，平均循环进尺3.75m，单耗为0.44kg/m，周边孔线装药密度为100g/m，爆破效率93.8%，光爆孔残痕率80%。主爆孔连续不偶合装药，毫秒微差非电雷管起爆；周边孔采用光面爆破，间隔不偶合装药，导爆索起爆。 2.2.5保护层开挖

综合下半洞0+300-360段60m的爆破开挖情况，保护层开挖主要采用浅孔、斜孔、单孔单响、火花起爆的爆破方式，分三次爆破开挖，单孔单响，第1次梯段高度为1.2m，孔深为1.4m，孔间排距为0.6m×0.8m，单孔药量为0.45kg；第2次梯段高度为0.6m，孔深为0.8m，孔间排距为0.5m×0.6m，单孔药量为0.2kg；第3次为处理欠挖，根据欠挖的岩块的情况钻孔，单响药量不大于0.5kg。

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2.3开挖效果分析

左岸导流洞的洞室开挖，由于采取了预裂爆破与光面爆破相结合以及小孔、密孔、浅孔、小药量的严格控制保护层开挖的施工方法，所有爆破质点振速均控制在设计要求的10 cm/s以内，由于

左导的地质情况比较复杂，开挖界面成型不太理想，半孔率偏低。根据岩层的结构特点，如果上半洞开挖时在两侧故意超挖20-30cm，下半洞结构面采用预裂爆破，可能效果会好些。

3进、出口边坡开挖爆破施工 3.1开挖程序与方法

导流洞进、出口段的开挖实施自上而下分层开挖，每层开挖高度约6～10m，周边采用预裂爆破，开挖一层，支护一层。由于边坡陡，且张性裂隙发育，地应力偏高，故要严格控制单响药量和起爆总药量，加强爆破震动观测，防止边坡因爆破失稳。在水平建基面附近，采用水平预裂爆破或水平光面爆破，一次开挖到位，减少爆破对建基面影响，增强爆破效果。

爆破主要采用梯段爆破和预裂爆破。在大面积开挖时，为保护岩体和岩层的完整性，减小石渣块度、飞石的危险性、空气冲击波强度，防止边坡失稳，采用梯段高度不大于10m的开挖方法。在钻孔直径的选择上，主要考虑是减轻爆破振动对基础的破坏。最大钻孔直径100mm，并选择150cm作为底部水平保护，以防止爆破影响对应保留岩体的破坏。

预裂爆破采用导爆索起爆，与主爆破孔同时爆破时，预裂孔应超前主爆破孔50ms以上。主爆破孔采取孔内延时，孔外、孔间微差顺序起爆方式。在进行深孔爆破时，还可设置缓冲层来减少爆破对预裂面的爆破冲击，保护预裂面的完整性。缓冲孔孔距2.0m，距预裂面的距离为1.2～1.8m，与预裂孔平行。缓冲孔底部与主爆孔的水平距离为1.2～2.0m。缓冲孔采用连续不偶合装药方式，装药直径φ45mm，最大单响药量控制在20kg，起爆顺序为预裂孔→主爆孔→缓冲孔。

爆破工艺流程图

竹片加预裂爆破 平台面、清除浮碴 测量放安装钻机固定支定钻孔开眼位钻清理钻钻孔质量检装药 孔口部堵塞 联接起爆网检查 起爆 爆破效果检查 堵塞料准备 安装固定端支架加固 支架检钻机修炸药加绑扎药串 导爆索检

出渣 质量检查3.2爆破参数

3.2.1爆破参数

以导流洞进口第4次爆破（EL1688-1678m高程下游段的爆破）为例说明：主爆孔间距3m，排距2.5m，缓冲孔间距2m，与主爆孔间距2.5m，预裂孔间距0.8m，与缓冲孔间距1.2m，孔径为φ100mm。主爆孔装φ70mm硝铵炸药，孔内装ms17段非电雷管起爆；缓冲孔装φ50mm硝铵炸药，孔内装ms17段非电雷管起爆；预裂孔装φ32mm乳化炸药，导爆索起爆。单耗为0.376kg/m，预裂孔线装药密度为300g/m，孔底2m线装药密度为750g/m。 3.2.2装药结构

主爆孔连续不偶合装药，非电导爆管雷管起爆，装药结构如下图：

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缓冲孔连续不偶合装药，非电导爆管雷管起爆，底部2.5m装药为孔身的1.67倍，装药结构如下图：

预裂孔间隔不偶合装药，导爆索起爆，线装药密度为300g/m，孔底2m线装药密度为750g/m，装药结构如下图：

3.2.3起爆网络

预裂孔先响、主爆孔后响的微差爆破网络，使用毫秒非电导爆管雷管起爆，孔内延时，孔外微差。网络图如下：

0.8MS-35453523251503149MS-3484730MS-346452944MS-3434228MS-341402739MS-338MS-3372636352534MS-33324MS-7232221MS-32019MS-31817MS-31615MS-7MS-7预裂孔缓冲孔122.71.331413MS-31211MS-3109MS-72.7主爆孔87MS-365MS-342.7MS-532MS-31火花起爆爆破网络示意图3.3开挖效果分析

左岸导流洞进口的第4次爆破，采用了预裂爆破技术，此次爆破效果较好，预裂面的炮孔痕迹均匀，保存率达到了90%，但后来由于其它原因边坡塌方就看不见了。整体来看，导流洞进出口的开挖效果不是太好，分析其原因，主要是预裂面钻孔参数不符合要求，其次是爆破网络的时差掌握不是太好，在今后的高边坡开挖施工中，一定要严格控制钻孔参数，精心设计爆破网络，使其达到完美的爆破效果。

4.爆破安全控制技术

爆破的有害效应有地震波、飞石、冲击波、有毒气体、噪声和灰尘。作为深孔爆破，必须对地震波、飞石、冲击波三项分别进行安全距离计算，保证符合要求，同时起爆网路的可靠起爆也是安全控制的重点。

4.1地震波的安全防护技术

通过深孔爆破的实践，得出降低爆破振动最经济、最有效的办法是增加分段数、减小最大单响药量。理论上深孔爆破采用非电导爆管起爆网路可实现无穷多段，当分段不超过30段时，可用孔内非电导爆管微差、孔外电雷管延时来实现，超过30个段别后需用非电雷管接力延时。如果单靠减小单段炮数还不能够保证爆破振动安全，应采用预裂爆破方法，在最后排与未爆区之间形成一条裂缝，即可有效阻隔40%的振动波能量向外传播。其它方法还可采用如：选用低威力低爆速的炸药；限制一次爆破的最大药量；选用适当的炸药单耗；选择适当的装药结构；调整爆破传爆方向；改变与被保护物的方位关系；充分利用地形条件，如河沟、渠道、断层等，都有显着的隔震作用。

4.2飞石安全防护技术

深孔爆破的飞石主要产生于孔口和前排。造成孔口飞石有两个原因：一是堵塞不严，产生冲炮并带出孔口松动石块;二是装药过多，堵塞长度不够，使孔口石块飞出。造成前排飞石的原因主要是前排临空面不平，最小抵抗线差异太大，或结构面切割，甚至裂缝与炮孔贯通。对于孔口飞石，防护措施可在孔口加压砂包，就能够既消除冲炮隐患，又能限制孔口松动石块的飞出，同时又能有

效降低大块率，因此，在孔口加压砂包是防止飞石操作方便、效果显着的有效办法。对前排飞石的防护，一方面可采用多排微差爆破，减少前排出现次数，另一方面，可根据前排抵抗线和结构面变化情况，在抵抗线太薄的位置堵塞岩粉作间隔装药。在钻孔时，防止钻孔沿节理裂隙方向钻进，如以免炸药爆破冲击波沿裂隙扩散，否则必将造成大量飞石，发生重大事故。一旦发现炮孔与贯通裂缝或空洞相连，应将该段炮孔堵塞，分段装药。如果发现有过量铵锑流入裂缝中，必须注水溶解，然后再回填石沫堵塞裂缝贯通段。个别飞石的飞散距离与爆破方法、爆破参数特别是最小抵抗线的大小、堵塞长度和堵塞质量、孔间或排间毫秒延期时间、地形地质构造(如节理、裂缝和软夹层等等)以及气象条 件有关。因此，为了防止飞石的产生，工程技术人员在爆破设计和施工时，一定要根据爆破条件的变化合理确定单位炸药消耗量和爆破参数，保证炮孔的堵塞长度和质量，以及采取以上种种措施。

4.3爆破冲击波安全防护技术

为了减少爆破冲击波的破坏作用，可从两方面采取措施，一是防止产生强烈的空气冲击波;二是利用各种条件来削弱已经产生了的空气冲击波。通过合理确定爆破参数，避免采用过大的最小抵抗线，防止产生冲天炮；选择合理的微差起爆方案和微差间隔时间，保证岩石能充分松动，消除夹制爆破条件；保证堵塞质量和采用反向起爆，防止高压气体从孔口冲出；推广导爆管或电雷管起爆，尽量不用高能起爆索起爆。这些措施都能提高爆破时爆炸能量利用率，有效防止产生强烈空气冲击波。此外，尽量避免爆区正面朝向被保护物，无法避免时也应将建筑物的门窗打开，必要时搭设防护架，也可有效减小冲击波的危害。

4.4有毒有害气体的防护

对深孔爆破，前苏联学者建议大爆破的有毒气体按R=K×W1/3确定，但本公式对气象、地形因素考虑不够，为防止炮烟中毒，应采取以下几个方面的防护措施：(1)不要使用过期变质的炸药；(2)加强炸药的质量管理定期检验炸药的质量；(3)加强 炸药的防水防潮，保证质量，避免炸药产生不完全的爆炸反应；(4)人员应在上风方向；(5)一切人员必须等到有毒气体稀释至爆破安全规程中允许的浓度以下时，才准返回工作面。

5.结束语

锦屏一级水电站左岸导流洞工程的爆破开挖，既包含了深孔爆破，也包含了浅孔爆破，既有洞室爆破，又有露天爆破，囊括了工程所有的常规爆破开挖技术，我们在实践中学习，在学习中总结，逐渐积累点点滴滴，甚至控制要求更高的围堰拆除爆破，都值得我们去总结经验。