一种紧邻建基面柱状节理岩体爆破开挖方法与流程

本发明涉及工程爆破，特别是涉及一种紧邻建基面柱状节理岩体爆破开挖方法。

背景技术：

1、我国西南地区富集了大量水能资源。为充分利用水能资源，我国在西南高山峡谷地区规划、开发建设了数量众多的高坝大库。这些高坝大库所处地区地质条件复杂，柱状节理岩体发育，大坝建基面多涉及柱状节理岩体爆破开挖。例如，溪洛渡、白鹤滩等多个大型水电工程建设时，建基面主要开挖岩体即为柱状节理岩体，尤以白鹤滩水电站坝基柱状节理玄武岩开挖最为典型。为保障高坝大库安全，大坝建设对其建基面的荷载承受能力、稳定性和抗渗性能具有较高要求，需尽可能降低建基面爆破开挖对新鲜岩层的损伤。

2、柱状节理岩体是特殊的岩体结构，完整性较差，柱内竖直和水平节理面发育，岩体存在有围压下力学参数较好，开挖卸荷后容易松弛等特性，爆破损伤控制难度大。此外，节理面属软弱结构面，爆炸应力波将在岩石和节理面的交界面发生复杂的透射和反射现象。爆炸应力波以压应力波为主，根据弹性波理论，当应力波从波阻抗较大的岩石介质入射到波阻抗较小的节理时，入射压应力波将反射为拉伸波。而不管岩石和节理的波阻抗如何变化，若入射波为拉伸波则透射到节理内的波依旧为拉伸波。节理面抗拉强度极小，在复杂的应力波透射和反射作用下，柱状节理岩体的损伤特性与其他岩体势必有所不同。因此，紧邻建基面柱状节理岩体爆破开挖的损伤控制挑战极大。

3、现有的紧邻建基面岩体爆破开挖方法，存在以下不足：

4、(1)大多数工程通常选择在开挖完成后对建基面进行固结灌浆或埋设砂浆锚杆进行加固处理，大多未统筹考虑开挖损伤控制和基础加固处理，导致建基面开挖和加固成本高昂。

5、(2)为减小爆破开挖对建基面岩体的损伤，保证建基面承载力能满足要求，国内多数水电工程建基面采用设保护层开挖方法，保护层通常采用分层开挖法、水平预裂爆破开挖法、水平光面爆破开挖法等控制爆破技术开挖，分层开挖法施工工期长，水平预裂和水平光面爆破开挖法存在需先开挖先锋槽、水平孔钻进难等缺点，无法适应当代建基面大规模、快速开挖的实际需求。

6、为了解决上述问题，本发明提供一种紧邻建基面柱状节理岩体爆破开挖方法，来解决以往的柱状节理岩体爆破开挖方法成本高昂、工期较长的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种紧邻建基面柱状节理岩体爆破开挖方法，达到缩短工期、降低施工成本的目的。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种紧邻建基面柱状节理岩体爆破开挖方法，包括以下步骤：

4、根据上一台阶开挖揭露的柱状节理岩体特性和主炮孔药卷直径确定预留保护层厚度；

5、在所述预留保护层开展声波试验测试岩体纵波波速，根据所述岩体纵波波速和所揭露的所述柱状节理岩体节理间距分布情况，对所述预留保护层进行分区；

6、基于弹性波理论，结合爆炸应力波在节理面透反射作用，以节理拉伸断裂作为爆破损伤标准，计算各分区内柱状节理岩体开挖爆破损伤深度；

7、根据各分区内爆破损伤深度分布情况，在所述预留保护层上台阶面各分区内分别钻设数量不等的孔底延伸至爆破损伤范围外的垂直的预固结灌浆孔；

8、对各分区内的柱状节理岩体进行差异化固结灌浆；

9、按爆破设计在所述预留保护层上台阶面钻设垂直炮孔并对所述预留保护层进行爆破。

10、优选地，所述预留保护层厚度估算公式如下：

11、hp＝λd

12、其中，hp为预留保护层厚度；λ为与岩体特性有关的爆破损伤特性参数；d为主炮孔药卷直径。

13、优选地，对所述预留保护层进行分区的步骤如下：

14、在所述预留保护层台阶顶部钻设垂直的声波孔，结合声波试验岩体纵波波速和上一台阶揭露的柱状节理平均间距分布情况，将所述预留保护层划分为极易松弛区、易松弛区和一般松弛区。

15、优选地，各分区内柱状节理岩体开挖爆破损伤深度的计算公式如下：

16、

17、其中，σi-1为第i组柱状节理处产生的反射拉应力波透射到第i-1组柱状节理内的反射拉应力；p0为炮孔壁上的初始平均压力；r0为炮孔半径；ri为第i组柱状节理距离炮孔中心距离；α为应力波衰减指数；t1为应力波由岩石透射到节理时的透射系数；t2为应力波由节理透射到岩石时的透射系数；f1为应力波由节理面反射到岩石时的反射系数。

18、优选地，在所述预留保护层上台阶面钻设垂直预固结灌浆孔，所述预固结灌浆孔深度和数量根据所述极易松弛区、易松弛区和一般松弛区内的爆破损伤深度分布情况确定，所述预固结灌浆孔孔底延伸至爆破损伤范围外50～100cm。

19、优选地，所述极易松弛区、易松弛区和一般松弛区内的柱状节理岩体预固结灌浆可分别按三序、二序和一序采用全孔一次灌浆法施工。

20、优选地，在所述预固结灌浆施工至少14天后，对所述声波孔进行清孔后开展声波试验，对所述预留保护层进行灌浆质量检查。

21、优选地，所述预留保护层固结灌浆质量满足要求后，按爆破设计在所述预留保护层上台阶面钻设垂直炮孔，在炮孔底部填入钻孔岩屑作柔性垫层，装药联网后一次性爆除所述预留保护层。

22、优选地，在所述预留保护层上台阶面钻设垂直炮孔达到设计深度后继续钻设，钻设深度超过设计深度的5～10cm。

23、优选地，在炮孔底部填入钻孔岩屑作柔性垫层，钻孔岩屑堆填高度小于钻孔超深。

24、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

25、1.基于弹性波理论，考虑了爆炸应力波对柱状节理岩体的破坏，并据此对柱状节理岩体进行适当的预加固处理，可进一步降低爆破开挖与卸荷对建基面岩体损伤。

26、2.根据预留保护层分区内柱状节理岩体爆破损伤深度不同，对待开挖保护层进行差异化固结灌浆加固，减少了固结灌浆孔数量和钻孔深度，降低了加固处理工程量，节约了加固成本。

27、3.加固后的保护层采用孔底设缓冲垫层的垂直孔一次爆除的开挖方法，无需开设先锋槽，无需钻设水平预裂孔，节约施工成本的同时可加快施工速度。

28、4.统筹考虑了开挖损伤控制和建基面加固，待开挖保护层钻设的固结灌浆孔可作为后续坝基加固的先导孔，实现了对建基面岩体和层内错动带的提前加固处理。

技术特征：

1.一种紧邻建基面柱状节理岩体爆破开挖方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种紧邻建基面柱状节理岩体爆破开挖方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的一种紧邻建基面柱状节理岩体爆破开挖方法，其特征在于，对所述预留保护层进行分区的步骤如下：

4.根据权利要求3所述的一种紧邻建基面柱状节理岩体爆破开挖方法，其特征在于，各分区内柱状节理岩体开挖爆破损伤深度的计算公式如下：

5.根据权利要求4所述的一种紧邻建基面柱状节理岩体爆破开挖方法，其特征在于，在所述预留保护层上台阶面钻设垂直的预固结灌浆孔，所述预固结灌浆孔深度和数量根据所述极易松弛区、易松弛区和一般松弛区内的爆破损伤深度分布情况确定，所述预固结灌浆孔孔底延伸至爆破损伤范围外50～100cm。

6.根据权利要求5所述的一种紧邻建基面柱状节理岩体爆破开挖方法，其特征在于，所述极易松弛区、易松弛区和一般松弛区内的柱状节理岩体预固结灌浆可分别按三序、二序和一序采用全孔一次灌浆法施工。

7.根据权利要求6所述的一种紧邻建基面柱状节理岩体爆破开挖方法，其特征在于，在所述预固结灌浆施工至少14天后，对所述声波孔进行清孔后开展声波试验，对所述预留保护层进行灌浆质量检查。

8.根据权利要求1所述的一种紧邻建基面柱状节理岩体爆破开挖方法，其特征在于，所述预留保护层固结灌浆质量满足要求后，按爆破设计在所述预留保护层上台阶面钻设垂直炮孔，在炮孔底部填入钻孔岩屑作柔性垫层，装药联网后一次性爆除所述预留保护层。

9.根据权利要求8所述的一种紧邻建基面柱状节理岩体爆破开挖方法，其特征在于，在所述预留保护层上台阶面钻设垂直炮孔达到设计深度后继续钻设，钻设深度超过设计深度的5～10cm。

10.根据权利要求8所述的一种紧邻建基面柱状节理岩体爆破开挖方法，其特征在于，在炮孔底部填入钻孔岩屑作柔性垫层，钻孔岩屑堆填高度小于钻孔超深。

技术总结
本发明公开了一种紧邻建基面柱状节理岩体爆破开挖方法，包括以下步骤：根据上一台阶开挖揭露的柱状节理岩体特性和主炮孔药卷直径确定预留保护层厚度；在预留保护层开展声波试验测试岩体纵波波速，根据所述纵波波速和所揭露的柱状节理岩体节理间距分布情况，对预留保护层进行分区；计算各分区内柱状节理岩体开挖爆破损伤深度；在预留保护层上台阶面各分区内分别钻设数量不等的孔底延伸至爆破损伤范围外的垂直的预固结灌浆孔；对各分区内的柱状节理岩体进行差异化固结灌浆；按爆破设计在所述预留保护层上台阶面钻设垂直炮孔并对所述预留保护层进行爆破。本发明为紧邻建基面岩体高效、精细化开挖提供了新思路，也为后续建基面加固处理节约了成本。

技术研发人员：李瑞泽,丁聪,范华春,李树一,王永明,刘义佳,王占波
受保护的技术使用者：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15