我國水工建筑物基巖基礎保護層開挖技術發展與思考摘要：通過對我國水建筑物基巖基礎保護開挖技術發展的回顧、分析，提出了水電系統工程爆破技術中對基巖保護層開挖技術這一重要研究課題的研究新方向。關鍵詞：基礎保護層發展原水電部頒發的SDJ211-83《水工建筑物巖石基礎開挖工程技術規范》和現行規范SL47-94中規定，因為水工建筑物對基巖有特殊的要求，基礎開挖時必須設保護層，保護層厚度與上部藥卷直徑成倍數關系（見規范）或據現場試驗確定。70年代至80年代初，對于水工建筑物基巖基礎垂直保護層的開挖一直沿用原規范的規定進行：淺眼火炮逐層開挖，這樣“層層剝皮”往往需要3～5次方能完成，很難適應機械化施工，且與一般石方開挖比較單價貴幾倍，勞動力多用幾甚至十多倍，相應工期也較長，已構成水工建筑物基礎開挖中的“老大難”。80年代后期至今，我國在建的大中型水電站在開挖過程中，保護層開挖技術得到快速發展。尤其是在三峽電站基礎開挖過程中，對保護層開挖技術進行了深入的實踐和研究，取得了豐碩的成果。對于傾斜和垂直的建基面均采用了預裂爆破或光面爆破的減震措施，因而水平保護層開挖技術可以說基本解決了。但在水工建筑物基礎開挖施工中，如何做到技術經濟的最佳組合，仍然是個值得研究的課題。2基巖保護層一次爆除技術為了改進基巖保護層的開挖方法，簡化爆破程序，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劃》把基巖保護層開挖一次爆除技術列為重點項目。80年代后期，我國水電系統的爆破科技人員，結合施工生產，對該課題進行了大量的試驗研究工作，這些科研成果的推廣與應用，不僅加快了水電工程的開挖進度，獲得了明顯的經濟效益，而且也為新的研究課題提供了十分有用的資料。我國現階段水電站基巖保護層一次性爆除技術試驗研究和應用主要以下方式：a垂直炮孔孔底設置柔性層的小梯段毫秒延時微差爆破；b水平預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側向保護層的開挖：緊鄰邊坡2~3排孔作為緩沖孔，采用光面爆破方法開挖，必要時在緩沖孔前增加一道施工預裂，較果更好。2.1垂直炮孔孔底設置柔性層的小梯段毫秒延時微差爆破該技術采取的是綜合措施，其要點是：a、以小梯段代替平地爆破；b、采用毫秒延時微差爆破；c、炮孔底部設置柔墊層；d、加大布孔密集系數；e、使用小直徑乳化炸藥并采用合理的裝藥結構。該項技術不少施工單位與科究機構進行過不同規模、不同深度的試驗工作，但武警水電第二總隊與長科院、長辦施工研究所合作在江西萬安水電站進行的試驗研究工作，歷時最長、規模最大、測試手段最齊全、試驗成果最完整。一共進行了4組預備試驗。1986年4月由水電部科技司和水電總局主持對試驗成果作了技術鑒定，并在萬安、魯布格、湖南六都寨等工程中推廣應用。經萬安工程試驗所推薦的爆破參數見表1。序號爆破參數單位推薦參數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堵塞長度m0.5~0.8柔性墊層（直徑/長度）cm3.5~4.0/18~20(15~50MS)延時雷管東江、沙溪口、萬安、魯布格、湖南六都寨等水電工程由于成功地采用基巖保護層一次爆除技術，不僅獲得了明顯的經濟效益，而且為加快水電站基礎開挖開拓了新的途徑。2.2水平預裂加垂直孔孔間或排間微差爆破一次性挖除首先開挖先鋒槽創造臨空面，用潛孔鉆沿水平建基面打一排水平預裂孔，用手風鉆在水平建基面上的巖體打垂直孔，水平預裂孔在上部爆破孔尚未起爆前起爆，形成水平預裂縫，藉以削減上部爆破孔爆破時產生的應力波對保留巖體的破壞影響。最初，該技術試驗應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的開挖。另外水電部閩江工程局與長科院、長辦施工處合作在福建沙溪口水電站第一期工程巖石基礎開挖中進行了相當規模的試驗研究工作。試驗成果于1986年4月由原水電部科技司和水電總局主持作了技術鑒定，并在沙溪口工程中加以應用。在三峽電站二期大壩廠房基礎開挖時應用了該技術，其主要爆破參數見表2。序號參數序號參數1保護層厚度(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水平預裂孔距(m)0.4~0.59垂直炮孔孔深(m)2.24水平預裂孔深(m)5.0單位耗藥量(kg/m3)0.55~0.65水平預裂孔線裝藥量(g/m)180~220垂直炮孔藥卷直徑(mm)6水平預裂孔藥卷直徑(mm)堵塞段長度（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裂爆破本身產生的應力波對建基面產生的破壞性影響，在三峽電站二期大壩廠房基礎保護層開挖時，采用水平孔光爆加以水平梯段一次爆破挖除方法施工，實踐證明效果優于水平預裂的方法，其主爆破參數見表3。保護層厚度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側向保護層的開挖側向保護層大多采用光面爆破加緩沖孔的方式開挖，緊鄰設計邊坡面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。在武警水電部隊承建的三峽永久船閘基礎開挖時，對兩側直立邊坡保護層外側增加一道施工預裂和緩沖區，有效地降低了爆破應力波對邊坡的破壞性影響。3基巖保護層開挖技術發展前景和思考水工建筑物基礎對基巖的特殊要求：首先是對基巖承載力的要求，其次是對基礎透水性的限制，因此在開挖過程中不應降低基巖的承載力和增大基礎的透水性，力求不惡化基巖的天然結構和地質構造。目前，我國已建的和在建的大、中型水電站對水工建筑物的基礎均毫無例外地布置了5~8米深的固結灌漿和1~3排足夠深的帷幕灌漿，這一措施所獲得的效果，應大大超過由于爆破對基巖的破壞影響。近幾年來，基巖保護層一次性爆除技術發展追求目標是如何最大限度地降低爆破產生的應力波對基巖產生的破壞性影響。但采取任何一種方法開挖基巖保護層，包括過去采用的最為保守的淺眼火炮逐層開挖的方法，都不可避免地對基巖產生不同程度擾動破壞。筆者認為，關鍵是這種擾動是否會給不同等級水工建筑物或同一水工建筑物的不同部位產生不利影響，從這一角度去尋求技術上可行的、最為經濟的保護層爆破開挖方法，才是今后基巖保護層開挖技術發展方向。基巖保護層一次爆除技術的試驗成功和應用，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挖方法得到了很大的改進，但仍不盡人意。由于爆破器材的快速發展，使爆破技術得到飛速發展，起爆網絡設計更加靈活，可以做到孔間甚至孔內分段起爆。因此，一方面采用深孔梯段孔間毫秒延時微差爆破、加大布孔密集系數、小直徑乳化炸藥并采用合理的裝藥結構等措施，另一方面基礎固結灌漿和