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【摘 要】 新疆卡拉贝利水利枢纽工程是克孜河中游河段梯级规划的最末一级山区水库。其中临时导流明渠土石方开挖边坡高达90m，边坡岩层以砂岩夹泥岩为主，并有不用程度的裂隙。其中由笔者所在单位承建的临时导流明渠土石方边坡开挖爆破的坡面平整度以及预裂爆破岩体的整体性良好，取得了良好的经济效益和社会效益。本文针对临时导流明渠土石方高边坡施工预裂爆破施工技术进行总结，为砂岩夹泥岩地区预裂爆破技术的提高及施工开挖的控制提供参考。
【关键词】 水利水电工程施工；砂、泥岩高边坡；预裂爆破技术；临时导流明渠
1.工程概况
1.1工程概述
新疆卡拉贝利水利枢纽工程位于新疆喀什地区和克孜勒苏柯尔克孜自治州乌恰县境内，是拦控克孜河径流的主要枢纽工程，是克孜河中游河段梯级规划的最末一级以防洪、灌溉为主，兼顾发电等综合效益的山区水库。该枢纽工程东距喀什市约165km，北距乌恰县城约70km。水库正常蓄水位1770.00m，总库容2.62亿m3，电站装机容量70MW。主要建筑物有砼面板砂砾石坝、溢洪道、泄洪排沙洞、发电引水隧洞、电站厂房等。
卡拉贝利水利枢纽临时导流明渠位于大坝左岸，其二期工程边坡开挖区最高削坡高程约1808m，开挖控制底板最低高程为1715m，边坡开挖高度最高处达90m。坡顶开口位置属土方以及戈壁料层，边坡坡比为1：1.5，其余部位为1：1，1745m高程以下洞口位置采用1：0边坡，边坡每隔10m设l层永久马道。
1.2高边坡地质条件简述
临时导流明渠土石方开挖工程位于河床左岸坝线上游约350m处Ⅰ级阶地后缘基岩岸坡上，位于明尧勒背斜处，明尧勒背斜轴向282°，背斜北翼产状为30～60°NW∠30～47°，南翼产状为300～330SW∠25～45°，南翼岩层倾角向河边逐渐变陡。该工程附近高程为1750～1760m，1750m以下岸坡坡度20°～30°，地表为5～15m厚的坡积碎石土，高程1760m以上岸坡坡度60°～80°，基岩裸露，坡顶部发育有卸荷裂隙，带宽3～5m，切割深度3～8m。基岩岩性为N2的砂岩、砂砾岩、泥岩，岩层产状325°SW∠52°。强风化层厚度3～5m，弱风化层厚度8～12m。砂砾岩岩性软弱，泥钙质胶结，为碎屑粒状结构，厚～巨厚层状构造，层理不发育；砂岩为灰白～灰绿色，主要由中～粗砂组成，中～厚层状构造，层理不发育，泥钙质胶结；泥岩为深棕色、褐红色，一般呈夹层状出现，单层厚度0.3～1.0m，强度低，遇水易软化崩解。导流明渠靠岸坡一侧存在高边坡问题，局部存在卸荷裂隙。
2.高边坡开挖施工方法
卡拉贝利临时导流明渠土石方高边坡开挖根据不同的岩性和地质条件采用不同的方法进行，除岩性较为软弱或较为破碎的部位使用机械挖掘配合人工削坡的方法施工外，一般岩石岸坡采用水电工程中广泛应用的预裂爆破方法进行。
2.1钻孔机具
高边坡开挖采用的预裂爆破钻孔机具主要为HC—725B型潜孔钻，钻孔直径为Φ100mm。
2.2钻孔深度
边坡的预裂爆破深度由边坡的设计和钻机的性能决定。各种类型的钻机均可一次成孔。结合现场施工实际，钻孔深度多为10m。根据在开工前进行的爆破试验，为避免边坡超欠挖，施工顺着坡脚进行预裂爆破，根据坡比，台阶式爆破逐层向下开挖，并配合挖掘机进行修整。
3.深孔预裂爆破参数选择与结果分析
3.1试验参数的选取
（1）不耦合系数的选取：当药卷直径为d、孔径为D时不耦合系数n=D/d，试验表明当n>1时会降低孔壁所受的压力，因而选取合适的n值是预裂爆破的一个关键。水工建设经验数据n=2～4。根据现有设备实际情况及炸药品种，结合以往的施工经验，药卷采用￠32mm2号岩石药卷，孔径为100mm，其不耦合系数为3.1，试验表明孔径为100mm时n=3.1能取得良好的爆破效果。
（2）孔距的选取：据水工建设的经验数据，孔距a=（7～12）D。经试验，综合钻孔费用、预裂爆破质量等因素，选取100mm的孔径，其孔距为100cm，曲线段加密孔孔距为50cm，隔孔装药。
（3）线装药密度的选取：在选取凡n值、a值后，选择恰当的△线（“△线”为线装药密度）尤为重要。根据岩石物理力学特性及参考已建工程的经验数据，试验采用的预裂爆破线装药密度为250～300g/m，底部1m范围内加大装药量为正常装药段的2倍。按“试选参数”进行试验，对其结果宏观观测、微观检测、不断调整，直至符合实际情况。卡拉贝利水利枢纽临时导流明渠土石方预裂爆破预裂孔试验参数详见上表1。
3.2预裂爆破结果分析
根据设计确定的预裂爆破参数，每次试爆后均对其爆破后的外观效果进行了检查，检查的主要内容有：预裂爆破面的表面缝宽、开挖轮廓面的残留孔痕迹的分布和保存率、不平整度、炮孔壁是否有大量的爆破裂隙以及保留岩体的破坏情况等。经检查，预裂爆破效果较好，预裂面半孔率均在设计要求以上。（见右图）
根据预裂爆破試验结果，笔者所在单位项目部承建的临时导流明渠土石方开挖采用经试验分析调整后的参数进行预裂爆破，预裂面半孔率几近90%，取得了良好的经济效益和社会效益。
4.预裂爆破质量控制要点
4.1预裂爆破技术是一项钻孔控制性较强的施工技术，施工期间除须选派技术员进行现场指导外，还须配备经验丰富、责任心强的钻机操作手进行操作；为保证钻孔质量，施工前要加强对员工的技术培训，使员工能熟练操作钻机。
4.2预裂爆破须重视测量放线工作，对于边坡的直线段每隔5～10m进行放点，而边坡的曲线段必须逐孔进行放点。
4.3预裂爆破的钻孔角度采用钢直尺、线锤和地质罗盘仪进行控制，钻孔角度调整好后必须对钻机进行加固。
4.4由于孔位的无偏差才能确保预裂孔在同一平面上，因此预裂爆破孔的开孔质量非常重要，开孔操作钻机时应减弱风压，严格控制钻机速度，防止钻杆偏位影响钻孔质量。当钻孔钻进20cm后，应检查孔位有无偏差情况，确定孔位无偏差后再继续进行钻进（孔位偏差控制在10cm以内）。对于工作面不平整的位置，可采用手风钻辅助开孔，以确保钻孔位置的准确。
4.5钻孔在钻进过程中应及时检查并清除孔口附近的岩屑和杂物，并随时注意钻机的工作状况，防止发生顶钻、卡钻现象，如发生异常情况应及时停止钻进，待检查、调整处理好后方可继续钻进。钻进中须控制好风压，如钻孔中发现软弱夹层，须采取降低风压或黄泥糊孔的措施确保钻孔质量。
4.6为防止堵孔现象，钻孔结束后须将孔内岩粉吹干净，并及时用塑料袋将孔口堵牢，保护好成孔。
4.7严格按设计的线装药密度绑扎预裂药柱。经多次试验，适用于卡拉贝利临时导流明渠高边坡开挖的预裂爆破线装药密度为200～250g/m，装药时应将竹片置于保留区的一侧，堵塞时先用纸团等松软的物质盖在炸药柱上，再填塞少量岩屑。
4.8为确保起爆的准确和可靠，起爆网路必须严格按设计进行连接。同时在起爆前必须对起爆网路进行检查，确保网路无错联、漏联。
5.结束语
预裂爆破技术是水利水电工程岩石施工中广泛采用的一项技术，近年来广大技术工作者对预裂爆破的机理和应用进行了深入研究，取得了丰硕的成果。
卡拉贝利临时导流明渠高边坡在开挖施工中，通过精心组织和施工实践，取得了砂岩夹泥岩地区高边坡预裂爆破施工的成功经验；通过对该项技术进行总结，意图为同类工程高边坡深孔预裂爆破技术的应用及其施工质量控制提供参考，以促进砂岩夹泥岩地区预裂爆破施工水平的提高。
【关键词】 水利水电工程施工；砂、泥岩高边坡；预裂爆破技术；临时导流明渠
1.工程概况
1.1工程概述
新疆卡拉贝利水利枢纽工程位于新疆喀什地区和克孜勒苏柯尔克孜自治州乌恰县境内，是拦控克孜河径流的主要枢纽工程，是克孜河中游河段梯级规划的最末一级以防洪、灌溉为主，兼顾发电等综合效益的山区水库。该枢纽工程东距喀什市约165km，北距乌恰县城约70km。水库正常蓄水位1770.00m，总库容2.62亿m3，电站装机容量70MW。主要建筑物有砼面板砂砾石坝、溢洪道、泄洪排沙洞、发电引水隧洞、电站厂房等。
卡拉贝利水利枢纽临时导流明渠位于大坝左岸，其二期工程边坡开挖区最高削坡高程约1808m，开挖控制底板最低高程为1715m，边坡开挖高度最高处达90m。坡顶开口位置属土方以及戈壁料层，边坡坡比为1：1.5，其余部位为1：1，1745m高程以下洞口位置采用1：0边坡，边坡每隔10m设l层永久马道。
1.2高边坡地质条件简述
临时导流明渠土石方开挖工程位于河床左岸坝线上游约350m处Ⅰ级阶地后缘基岩岸坡上，位于明尧勒背斜处，明尧勒背斜轴向282°，背斜北翼产状为30～60°NW∠30～47°，南翼产状为300～330SW∠25～45°，南翼岩层倾角向河边逐渐变陡。该工程附近高程为1750～1760m，1750m以下岸坡坡度20°～30°，地表为5～15m厚的坡积碎石土，高程1760m以上岸坡坡度60°～80°，基岩裸露，坡顶部发育有卸荷裂隙，带宽3～5m，切割深度3～8m。基岩岩性为N2的砂岩、砂砾岩、泥岩，岩层产状325°SW∠52°。强风化层厚度3～5m，弱风化层厚度8～12m。砂砾岩岩性软弱，泥钙质胶结，为碎屑粒状结构，厚～巨厚层状构造，层理不发育；砂岩为灰白～灰绿色，主要由中～粗砂组成，中～厚层状构造，层理不发育，泥钙质胶结；泥岩为深棕色、褐红色，一般呈夹层状出现，单层厚度0.3～1.0m，强度低，遇水易软化崩解。导流明渠靠岸坡一侧存在高边坡问题，局部存在卸荷裂隙。
2.高边坡开挖施工方法
卡拉贝利临时导流明渠土石方高边坡开挖根据不同的岩性和地质条件采用不同的方法进行，除岩性较为软弱或较为破碎的部位使用机械挖掘配合人工削坡的方法施工外，一般岩石岸坡采用水电工程中广泛应用的预裂爆破方法进行。
2.1钻孔机具
高边坡开挖采用的预裂爆破钻孔机具主要为HC—725B型潜孔钻，钻孔直径为Φ100mm。
2.2钻孔深度
边坡的预裂爆破深度由边坡的设计和钻机的性能决定。各种类型的钻机均可一次成孔。结合现场施工实际，钻孔深度多为10m。根据在开工前进行的爆破试验，为避免边坡超欠挖，施工顺着坡脚进行预裂爆破，根据坡比，台阶式爆破逐层向下开挖，并配合挖掘机进行修整。
3.深孔预裂爆破参数选择与结果分析
3.1试验参数的选取
（1）不耦合系数的选取：当药卷直径为d、孔径为D时不耦合系数n=D/d，试验表明当n>1时会降低孔壁所受的压力，因而选取合适的n值是预裂爆破的一个关键。水工建设经验数据n=2～4。根据现有设备实际情况及炸药品种，结合以往的施工经验，药卷采用￠32mm2号岩石药卷，孔径为100mm，其不耦合系数为3.1，试验表明孔径为100mm时n=3.1能取得良好的爆破效果。
（2）孔距的选取：据水工建设的经验数据，孔距a=（7～12）D。经试验，综合钻孔费用、预裂爆破质量等因素，选取100mm的孔径，其孔距为100cm，曲线段加密孔孔距为50cm，隔孔装药。
（3）线装药密度的选取：在选取凡n值、a值后，选择恰当的△线（“△线”为线装药密度）尤为重要。根据岩石物理力学特性及参考已建工程的经验数据，试验采用的预裂爆破线装药密度为250～300g/m，底部1m范围内加大装药量为正常装药段的2倍。按“试选参数”进行试验，对其结果宏观观测、微观检测、不断调整，直至符合实际情况。卡拉贝利水利枢纽临时导流明渠土石方预裂爆破预裂孔试验参数详见上表1。
3.2预裂爆破结果分析
根据设计确定的预裂爆破参数，每次试爆后均对其爆破后的外观效果进行了检查，检查的主要内容有：预裂爆破面的表面缝宽、开挖轮廓面的残留孔痕迹的分布和保存率、不平整度、炮孔壁是否有大量的爆破裂隙以及保留岩体的破坏情况等。经检查，预裂爆破效果较好，预裂面半孔率均在设计要求以上。（见右图）
根据预裂爆破試验结果，笔者所在单位项目部承建的临时导流明渠土石方开挖采用经试验分析调整后的参数进行预裂爆破，预裂面半孔率几近90%，取得了良好的经济效益和社会效益。
4.预裂爆破质量控制要点
4.1预裂爆破技术是一项钻孔控制性较强的施工技术，施工期间除须选派技术员进行现场指导外，还须配备经验丰富、责任心强的钻机操作手进行操作；为保证钻孔质量，施工前要加强对员工的技术培训，使员工能熟练操作钻机。
4.2预裂爆破须重视测量放线工作，对于边坡的直线段每隔5～10m进行放点，而边坡的曲线段必须逐孔进行放点。
4.3预裂爆破的钻孔角度采用钢直尺、线锤和地质罗盘仪进行控制，钻孔角度调整好后必须对钻机进行加固。
4.4由于孔位的无偏差才能确保预裂孔在同一平面上，因此预裂爆破孔的开孔质量非常重要，开孔操作钻机时应减弱风压，严格控制钻机速度，防止钻杆偏位影响钻孔质量。当钻孔钻进20cm后，应检查孔位有无偏差情况，确定孔位无偏差后再继续进行钻进（孔位偏差控制在10cm以内）。对于工作面不平整的位置，可采用手风钻辅助开孔，以确保钻孔位置的准确。
4.5钻孔在钻进过程中应及时检查并清除孔口附近的岩屑和杂物，并随时注意钻机的工作状况，防止发生顶钻、卡钻现象，如发生异常情况应及时停止钻进，待检查、调整处理好后方可继续钻进。钻进中须控制好风压，如钻孔中发现软弱夹层，须采取降低风压或黄泥糊孔的措施确保钻孔质量。
4.6为防止堵孔现象，钻孔结束后须将孔内岩粉吹干净，并及时用塑料袋将孔口堵牢，保护好成孔。
4.7严格按设计的线装药密度绑扎预裂药柱。经多次试验，适用于卡拉贝利临时导流明渠高边坡开挖的预裂爆破线装药密度为200～250g/m，装药时应将竹片置于保留区的一侧，堵塞时先用纸团等松软的物质盖在炸药柱上，再填塞少量岩屑。
4.8为确保起爆的准确和可靠，起爆网路必须严格按设计进行连接。同时在起爆前必须对起爆网路进行检查，确保网路无错联、漏联。
5.结束语
预裂爆破技术是水利水电工程岩石施工中广泛采用的一项技术，近年来广大技术工作者对预裂爆破的机理和应用进行了深入研究，取得了丰硕的成果。
卡拉贝利临时导流明渠高边坡在开挖施工中，通过精心组织和施工实践，取得了砂岩夹泥岩地区高边坡预裂爆破施工的成功经验；通过对该项技术进行总结，意图为同类工程高边坡深孔预裂爆破技术的应用及其施工质量控制提供参考，以促进砂岩夹泥岩地区预裂爆破施工水平的提高。