浅谈预裂爆破技术在坝基开挖中的应用
1工程概况
坝基岩性主要为角砾集块熔岩，微新岩体中次生泥分布亦较普遍，Ⅲ1类或Ⅱ类岩体在中上部分布深度很大，浅层主要为Ⅲ2和Ⅲ3类岩体。
官地水电站大坝为碾压混凝土重力坝，坝顶高程1334.00m，最低建基面高程1166m，最大坝高168.0m，最大坝底宽153.2m，坝顶轴线长516m。官地大坝右岸地形坡度一般为35～45，局部段55，陡倾角构造错动带线发育，边坡上部风化较深，下部较浅，弱风化下段在岸坡下部次生泥较少，分布深度浅。
2水平建基面爆破方案选择
官地水电站右岸坝基开挖水平建基面共约1.5万m2，平均每个月完成水平建基面开挖约6000m2，施工强度大。坝基开挖要求不平整度不大于15cm，岩体爆前、爆后波速的衰减率不大于10%，为达到设计的质量要求，并保证施工进度，我们通过爆破试验对水平预裂爆破法、孔底设柔性垫层法以及保护层分层开挖法进行比较。经过比较分析，传统的保护层分层开挖法因费用、工期大被淘汰，柔性垫层法和水平预裂法费用、工期相差不大，但水平预裂法对保留岩体的扰动更小，外观质量明显优于柔性垫层法，最后决定使用水平预裂爆破法进行水平建基面的开挖。根据资料，为避免超挖过大，大多数工程选用手风钻进行水平预裂钻孔，单次钻孔长度3m左右，部分采用潜孔钻钻孔的，单次钻孔长度也控制在10m以内。本工程各个坝段的水平建基面宽度多在8～15m，根据爆破试验，采取高精度的电子罗盘控制孔斜、使用限位器控制长钻孔的下挠曲变形等措施的情况下，15m宽的建基面采用一次钻爆超挖能控制在10cm以内。
3水平预裂参数的选择
3.1钻孔直径
根据现场实际情况，选用YQ-100B型潜孔钻。钻孔直径为100mm。
3.2钻孔间距
钻孔间距a和钻孔直径D的关系可用间距系数n来表示：a=nD。n值的大小决定着钻孔的数量，n值过大，不能保证预裂缝的形成，影响预裂效果;n值过小，将增加钻孔数量，不经济，并且影响施工进度。根据经验一般认为n值取7～12较合适。本工程钻孔直径为100mm，计算设计钻孔间距0.7～1.2m，取0.8m。
3.3不耦合系数
根据钻孔直径D的大小选择药卷直径d。不耦合系数E是指钻孔直径与药卷直径的比值，可用E=D/d表示，E值一般为2～5。本工程钻孔直径为100mm时，预裂爆破的药卷直径取32mm，E值为3.1。
3.4钻孔深度
本工程建基面宽度为9～15m，一次预裂成型，实际钻孔过程中要严格控制开孔孔位高程和角度。
3.5线装药密度
爆破试验时使用以下两个公式分别计算：
q=0.034压^0.63a^0.67
q=9.22压^0.53r^0.38
式中：q为线装药密度，kg/m;压为岩石极限抗压强度，MPa;a为钻孔间距，m;r为钻孔半径，mm。根据爆破试验成果，最终确定q=350～450g/m。
3.6堵塞长度
孔口堵塞长度对水平预裂面的效果有一定影响，堵塞长度过短，则爆破时气体逸出，不易形成预裂缝或预裂缝宽度不够;堵塞长度过长，则在孔口附近部位易残留水平炮孔。实际施工中的堵塞长度根据爆破效果进行不断调整修正，一般取0.8～1m为宜。
3.7装药结构设计
水平预裂和边坡预裂有一定的区别。一般边坡预裂爆破底部抵抗线较大，夹制作用明显，而水平预裂爆破是在3m厚的岩中进行，类似于光面爆破，底部夹制作用小。施工过程中，根据钻孔深度和地质条件的不同，将确定的线装药密度均匀分布在孔内，孔底1m范围内线装药密度适当增加一倍，孔口堵塞长度以下第1卷药量减半。
4浅孔梯段爆破参数的选择
4.1钻孔直径与药卷直径
为加快施工进度，梯段爆破一般采用液压钻D7进行钻孔，钻孔直径80mm，药卷直径60mm。
4.2爆破参数
钻孔深度控制钻孔底部在距建基面0.8～1.0m，本工程护层厚度为3m，钻孔深度一般为2.0～2.2m。本工程孔距一般为2m，排距1.2m。堵塞80～100cm，单位耗药量控制在0.5kg/m3左右。
5施工质量控制要点
5.1钻孔
水平预裂钻孔在下一台阶边坡预裂爆破及主要梯段爆破完成后进行，具体施工次序为先进行下一台阶边坡预裂的钻爆，边坡预裂在水平建基面保护层上进行;再进行下一台阶边坡预留保护层的第1次梯段爆破，共5m高，包括3m水平建基面保护层和2m水平建基面以下的开挖;最后进行水平建基面保护层的预裂和梯段爆破。水平预裂孔的钻孔质量是预裂质量的关键，采用测量仪器控制预裂孔的方位，水平预裂每孔都使用测量仪器放出准确位置并放出方位线，确保所有钻孔尽量平行;采用高精度的电子罗盘控制孔斜，确保钻杆水平角度符合要求。
在钻孔施工前，首先对边坡预留保护层的第1次梯段爆破的石渣进行清理，然后根据测量放线搭设架钻平台，并支撑牢固，同时考虑水平钻孔时钻杆沿水平方向因重力下垂一定角度，根据爆破试验后对残孔的实测成果，在水平预裂孔钻孔前考虑0.4～0.6的上仰，为避免因角度上仰可能造成的水平预裂钻孔前0～4m的欠挖，将孔口位置下移2～3cm。
待平台搭设结束后钻机就位，再进行一次测量校核，确保孔位及孔向的正确性，检查无误后开钻。调整时，先粗调钻孔的方位和水平度，再细调钻孔的方位，最后细调钻孔的水平度。开钻时先徐徐加压，钻深达到0.3m时检查钻孔方向并及时纠偏，然后再继续钻进，至1m时再进行检查并纠偏，并在以后钻进过程中做到每钻进一根钻杆检查校核一次。
为减少因钻杆自重下挠曲变形引起的超挖，钻杆选用刚度好的新钻孔，杜绝使用已经变形的旧钻杆，对于100B型潜孔钻，选用最粗的60mm的钻杆。
当预裂孔长度大于10m时，采用加设限位器的方法减少超挖，限位器的直径略小于钻头直径，在钻进0.5m、1m时分别布设，以后每根钻杆布设1个。
钻孔结束后，利用钻机供风系统进行清孔，吹出钻渣，然后使用测绳或伸缩杆测量孔深，并如实记录。
5.2装药
采用导爆索、竹片和炸药捆绑在一起徐徐向孔内推进,钻孔检查合格后，按照爆破设计程序进行装药。装药前，对已绑好的药卷进行检查，确保装药结构符合爆破设计;装药时，要保证竹片在正下方，并使药卷尽量居中。
装药完成后采用炮纸和岩粉进行封堵。
5.3联网及起爆
根据实际的装药孔数对爆破设计进行修正，按修正后的爆破设计进行网络连接，确保预裂孔先响。水平预裂爆破和垂直浅孔梯段爆破同时按设计的装药结构分别装药，并在同一网络内联接，控制预裂爆破先于梯段爆破的起爆时差为75～100ms。
垂直浅孔梯段爆破孔一般采用自孔底向上连续装药和间隔两种装药结构。起爆顺序沿抵抗线最小的方向依次分段起爆，控制最大一段起爆药量小于100kg。
5.4爆后效果检查及统计、分析
在爆破结束后首先对起爆效果进行检查，清理干净基础面，对每个炮孔按照编号、装药量、地质情况、残留半边炮孔进行检查对照，逐孔记录。
每次爆破后由爆破工程师对统计结果进行分析，作为下一次爆破设计调整的重要依据。
5.5爆前、爆后波速的衰减率控制
在爆破前要按设计进行爆前波速的检测，爆破后及时扫孔，进行爆后波速检测。
6结语
根据已经施工的水平建基面观察，开挖面大面平整、炮孔间距均匀、孔向大致平行;相邻预裂两孔间不平整度5～10cm;预裂半孔残留率为90%～95%，且孔壁无爆破拉裂痕迹;爆前、爆后坝基岩体距孔口1.0m处的声波波速衰减率为1%～6.5%。
实践证明，采用潜孔钻水平预裂爆破技术进行坝基开挖是成功的,官地水电站在大面积的大坝水平建基面基础开挖中，，能有效控制施工质量，加快施工进度。在采用高精度的电子罗盘控制钻孔方位、孔斜，孔内加设限位器等措施的情况下，使用潜孔钻进行15m的长预裂钻孔尝试是成功的。