1 概述

　　1.1 工程概况

　　陕西省泾河东庄水利枢纽工程是国务院确定的172项节水供水重大水利工程之一，枢纽主要建筑物由混凝土拱坝、泄洪排沙孔、水垫塘、引水发电系统、库区防渗工程及供水取水口等组成。混凝土双曲拱坝坝高230m，水库总库容32.76亿m³。该工程是以防洪减淤为主，兼顾供水、发电和改善生态等综合利用的大型蓄水工程。

　　本工程设计有一条导流隧洞，布置于右岸山体，导流标准为10年一遇，设计洪水流量为5 300m³/s;洞身长920m，设计洞身最大开挖断面尺寸为22.4m×24.2m，最小开挖断面尺寸为18.6m×20.4m，城门洞形，顶拱角度120°。衬砌成洞尺寸为17m×19m(宽×高)(见图1)。

　　图1 东庄水利枢纽工程导流洞及施工支洞布置  

　　1.2 工程地质

　　导流洞埋深20～202m，围岩为中厚层和巨厚层灰岩，岩体整体性好，结构面相对不发育，溶蚀发育较轻微，上游主要发育有L7,L8,L11等顺层大裂隙及R15软弱夹层，下游主要发育有J4,J5节理裂隙，充填泥质和岩屑，延伸较长，裂隙部位岩体较破碎，L11与R15影响带宽度分别为4,12m，结构面相互切割，存在洞室失稳及局部掉块问题，洞室围岩以Ⅱ～Ⅲ类为主，局部为Ⅳ类。地下水主要是大气降水和地表水的入渗补给。

　　2 开挖施工顺序

　　东庄导流洞开挖跨度大、高度高，开挖时从上往下共设计3层(见图2)，根据设计开挖断面尺寸(22.4m×24.2m,20.2m×22.2m,18.8m×20.6m)、施工方法、开挖及支护设备的性能参数，设计分层高度依次为:上层开挖高度8.6～9.6m，中层开挖高度9.6～12.1m，下层开挖高度2.5m。上层开挖时中导洞先行，两侧扩挖跟进，顶拱系统支护及时跟进，上层支护验收合格后再进行中层的开挖施工;中、下层边墙预裂孔一次钻孔完成，中层施工预裂孔、缓冲孔及爆破孔钻孔至地板2.5m部位，采用预裂梯段爆破，爆破宽度为沿洞轴线12～15m。下层开挖采用水平预裂孔加垂直爆破孔的方式进行施工。

　　图2 导流洞开挖分层示意(单位:m)  

　　导流洞中层施工工序流程为:工作面找平、清理→测量放样、布孔→钻机定位、校正→钻孔、终孔保护→钻孔检查→装药联网→网络检查→起爆→大面出渣、预裂面清理→爆破效果分析、总结→优化钻爆参数→下一循环。

　　3 预裂爆破技术参数

　　3.1 炮孔直径d

　　炮孔直径的选定本着以下原则:(1)根据本工程钻孔设备的配置情况及技术性能，为了爆破后产生相同半孔率的效果，预裂孔钻孔设备统一用YQ-100B潜孔钻机，钻孔直径为90mm。施工预裂孔、缓冲孔和爆破孔采用JK-590潜孔钻造孔，钻孔直径为90mm。(2)为了减少爆破对边坡围岩的损害和边墙预裂，选用同一厂家生产的与岩石级别相匹配的2号岩石乳化炸药，药卷直径为32,70mm。

　　3.2 炮孔间距a

　　预裂爆破的目的是沿边墙设计轮廓线上布置的预裂孔之间产生贯通裂缝，从而形成平整的预裂面，起到阻止爆破应力波及地震效应对围岩损坏的作用。因此，本工程根据工程类比及试验确定，炮孔间距a为100cm。

　　3.3 预裂孔孔深H

　　根据钻孔机具性能及导流洞中、下层边墙高度一次预裂到底，确定预裂孔孔深H为10～15m。

　　3.4 线装药密度

　　本工程采用2套经验公式计算然后经试验确定其值。

　　1)根据岩石极限抗压强度及炮孔直径选用公式如下:q=0.304(δ_c)^0.5d^0.85，其中δ_c为岩石极限抗压强度，即δ_c=157MPa,d=90mm，则q=175g/m。

　　2)考虑岩性及孔网参数的经验公式:q=kda^0.5，其中k为岩石系数，坚硬岩为0.6，中等强度岩石为0.4～0.5，软岩为0.3～0.4，取k=0.4，则q=360g/m。

　　在以上计算结果的基础上，经类似工程经验及现场爆破试验，预裂孔装药线密度q=320g/m。

　　3.5 孔底加强药量

　　结合类似工程预裂爆破实践经验，预裂缝贯通质量越好，阻振效果越佳;考虑本工程预裂孔较深，底部夹制力大。孔底底部1m范围加强药量为2.4kg。

　　3.6 不耦合系数m

　　根据公式m=d/d_c，其中d_c为药卷直径，本工程选用药卷直径为32mm，所以不耦合系数m=2.81。

　　4 预裂孔钻孔控制工艺

　　预裂面成型质量的好坏主要与爆破参数、造孔质量、装药质量、网络连接起爆方式等因素有关，但预裂孔钻孔质量对预裂面成型质量起到决定性作用，因此必须严格按钻孔工艺控制预裂孔钻孔过程。

　　4.1 测量放样及布孔

　　1)钻机平台验收合格后进行测量放点，由测量人员用全站仪按爆破设计对预裂孔中心点点位逐孔进行放样，用红色油漆在新鲜基岩上进行标识编号。

　　2)缓冲孔、爆破孔及施工预裂孔每排孔分别在两端、中间部位放3个控制点。由技术员根据测量放点、爆破设计参数布置其余各孔，并采用水准仪计算各孔孔口高程，以确定实际钻孔孔深。

　　3)测量放样及布孔精度要求:预裂孔孔位偏差±1cm，缓冲孔及爆破孔孔位偏差≤5%孔距，并对点位进行妥善保护，以保证YQ100B钻机方位控制的精度。

　　4.2 技术交底及工器具校验

　　1)开钻前，爆破工程师对钻工、技术员按本梯段爆破设计对预裂孔倾角、方位、孔深、间排距进行技术交底，并形成书面记录。

　　表1 预裂孔爆破参数 

　　表1 预裂孔爆破参数

　　2)每梯段钻孔前对YQ100B钻杆(60)采用1m水平尺逐根进行检查，对钻杆精度不满足要求的现场做明显标记，严禁使用。

　　3)垂直投线仪(绿光)、高精度量角器(最小刻度0.1°)必须编号并固定使用，不得随意放置，确保仪器精度。

　　4)每梯段钻孔前须对使用的量角器进行校核，对应编号标识出相应误差值，以便在使用过程中进行误差修正。量角器误差值>0.1°或出现变形严禁使用。

　　4.3 钻机架设

　　1)根据测量孔位在上层边墙打设4个支架孔(必要时可增设)，支架孔采用手风钻造孔，用48钢管作为支撑杆，入岩0.8m，外露0.5m(可根据实际地形调整外露长度)。支撑杆与横杆用扣件连接，钻机底部和顶部各1根横杆，横杆与立杆均采用48钢管扣件连接。

　　2)两支杆水平间距控制在2m范围内，防止因两支杆间距过大使得横杆过长，避免钻孔作业时钻机摆幅过大，从而造成钻孔精度误差偏大。

　　3)为了减少系统误差，钻机采用单机单架钻孔，质检人员现场认真检查、监督实施并做好过程控制。

　　4.4 钻孔、清孔及质量检查(见表1)

　　1) YQ100B钻机按测量孔位、设计倾角及方位角粗调后固定，再对钻机进行微调，保证孔位、倾角、方位准确。倾角用高精度量角器量测，方位用垂直投线仪(绿光)定位。

　　2)开孔采用“小冲击、缓转速、勤校钻”的方法，即钻进深度20,50,100cm时，对倾角和方位进行3次校核调整;以后每钻进1根钻杆时校核1次，发现偏差及时纠偏，并做好校钻记录。

　　3)预裂孔、缓冲孔及施工预裂孔孔位、设计倾角及方位角定位、开孔后，钻进深度20,300cm进行2次校核调整。

　　4)钻孔深度到位后，采用高压风吹出孔内碎渣及岩粉后提出钻杆，钻工对孔深进行自检，满足要求后采用编织袋或柔性物品堵塞孔口。

　　5)预裂孔、缓冲孔及施工预裂孔按100%进行检查，主爆孔按80%进行抽检，检查验收合格后方可装药。

　　5 装药结构与起爆网络控制技术

　　5.1 装药结构

　　1)预裂孔全孔敷设导爆索，按设计线装药密度进行空气间隔不耦合装药，将32药卷按计算值分配串绑于导爆索上，为方便装药，且为减小爆炸冲击波对孔壁的作用，串绑于导爆索上的药卷固定于竹片上，并将竹片侧靠于边坡围岩侧，药卷朝向开挖侧。具体装药结构为:孔底1m加强装药量为2.4kg，孔中间每28cm装1节32药卷，用塑料条(或防水胶带)与导爆索绑扎，线装药密度为320g/m。孔口用湿黄土堵塞，堵塞长度为1m。

　　2)施工预裂孔全孔敷设竹片、导爆索和32药卷绑扎，按设计线装药密度进行空气连续不耦合装药，孔底1.5m加强装药量为4.2kg，线装药密度为900g/m，堵塞长度为1.5m。

　　3)缓冲孔全孔敷设竹片、导爆索、70药卷绑扎和2发15段非电雷管，按设计线装药密度进行空气间隔不耦合装药，孔底2m加强装药量为5kg，线装药密度为1.5kg，堵塞长度为2cm。

　　4)爆破孔采用70药卷和2发15段非电雷管按爆破设计药量连续装药，堵塞长度为2.5cm。

　　5.2 起爆网络

　　导流洞中层开挖爆破采用孔内延时孔外接力非电毫秒微差起爆网络，缓冲孔与爆破孔内全部用双发15段非电毫秒雷管、孔间用双发2,3段非电毫秒雷管、排间用双发15段非电毫秒雷管，2发电雷管起爆(见图3)。

　　6 结语

　　东庄导流洞中层开挖采用深孔预裂爆破技术，严格施工工艺质量控制，目前已完成全部洞室开挖工作，总体边墙预裂面开挖效果良好，半孔率均在90%以上，平整度平均合格率92.51%，平整度偏差在10cm以内。东庄水利枢纽导流洞施工充分研究与实践大跨度洞室边墙采用明挖深孔梯段的预裂爆破技术，大幅度提高工效，在确保质量、安全、进度的前提下，降低施工成本，经济效益可观，为今后国内类似工程项目施工提供了借鉴经验。

　　图3 东庄导流洞中层开挖梯段爆破典型布孔联网平面(单位:m)