李庭堅，周 進(jìn)，任才清

(1.中國水利水電第九工程局有限公司，貴州貴陽 550081；2.深圳天華建筑設(shè)計有限公司，廣東深圳市 518000；3.國防科技大學(xué)，湖南長沙 410072)

復(fù)雜環(huán)境下引水發(fā)電系統(tǒng)開關(guān)站支護(hù)工程控制爆破

李庭堅1，周 進(jìn)2，任才清3

(1.中國水利水電第九工程局有限公司，貴州貴陽 550081；2.深圳天華建筑設(shè)計有限公司，廣東深圳市 518000；3.國防科技大學(xué)，湖南長沙 410072)

在復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下對引水發(fā)電系統(tǒng)開關(guān)站支護(hù)工程進(jìn)行控制爆破。依據(jù)作業(yè)條件，制定了爆破總體方案和施工總體方案，設(shè)計了造孔方法和爆破參數(shù)，進(jìn)行了安全校核，確保了工程控制爆破達(dá)到了要求的效果。

光面爆破；支護(hù)工程；爆破方案；參數(shù)設(shè)計

0 引 言

馬馬崖一級水電站位于北盤江中下游，地處貴州省關(guān)嶺縣花江大橋上游20.2 km的峽谷中，屬二等大型工程。待建開關(guān)站支護(hù)工程位于大壩左岸，尾水平臺正上方，開關(guān)站上游與左岸1＃公路支硐相接，全長80 m、寬約30 m，開挖后地面高程EL605. 00，在EL620.00設(shè)置一馬道，寬2.0 m。內(nèi)側(cè)邊坡開挖方式為：EL620.00以上開挖坡比為 1∶0.2，EL620.00～EL605.00為垂直開挖邊坡；上下游側(cè)邊坡開挖坡比均為1∶0.2，開挖石方總量為33204 m3。由于周邊情況相對復(fù)雜，工程量較大，建設(shè)質(zhì)量要求高，需要采取控制爆破對其開挖。

1 總體方案設(shè)計

1.1 爆破總體方案設(shè)計

根據(jù)施工實(shí)際情況，采取外側(cè)先光面爆破，內(nèi)側(cè)永久面預(yù)留3 m保護(hù)層進(jìn)行光面爆破的方案；自上而下分臺階進(jìn)行開挖，EL620.00～EL605.00 m為一臺階、EL620.00 m以上為一臺階。主爆區(qū)5 m一個梯段，EL620.00～EL605.00 m光面區(qū)7.5 m一個梯段，EL620.00 m以上光面區(qū)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定，一次鉆爆到位。

1.2 施工總體方案設(shè)計

開關(guān)站外側(cè)僅靠尾水平臺，為了避免爆破石渣掉入尾水平臺，爆破臨空面不能靠河；邊坡地貌為上游低下游高，左岸1＃公路施工支硐位于開關(guān)站上游，因此，以開關(guān)站上游施工支硐洞口為起點(diǎn)向下游進(jìn)行開挖，始終以上游作為爆破臨空面；硐口開挖過程中，首先采用挖掘機(jī)將爆破石渣翻向外側(cè)，形成一道擋渣坎，避免爆破或出渣過程中石渣落入尾水平臺。

施工支硐部位形成臨空面后，采取自上而下的順序進(jìn)行開挖，以上游開挖部位作為臨空面，將爆破石渣拋投向上游。每次爆破結(jié)束后，采用挖掘機(jī)翻渣至外側(cè)形成一道擋渣坎，以便對下次產(chǎn)生的爆破石渣進(jìn)行有效攔截，避免石渣落入尾水平臺。開挖過程中，各部位爆破參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場巖層揭露作相應(yīng)調(diào)整，確保開挖質(zhì)量。

前期左岸1＃公路支硐硐口開挖采用手風(fēng)鉆造孔，淺孔小藥量爆破；臨空面形成后，采用潛孔鉆造孔，從上游至下游的順序進(jìn)行開挖。

2 爆破設(shè)計

2.1 造孔設(shè)計

根據(jù)工程特性及現(xiàn)場實(shí)際情況，開挖采取梯段爆破，靠左岸1＃公路支硐或外側(cè)部位采用手風(fēng)鉆造孔，其它部位采用潛孔鉆造孔；永久面采用光面爆破。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)情況，參照尾水平臺邊坡開挖及類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，確定采用潛孔鉆造孔時：光面孔孔徑90 mm，孔距0.8 m，孔深8 m(或根據(jù)開挖深度確定)；主爆孔孔徑90 mm，孔距2.5 m，排距2.0 m，孔深6.0 m(或根據(jù)開挖深度確定)。采用手風(fēng)鉆造孔時：光面及主爆孔孔徑42 mm，孔深3～4 m，其中光面孔孔距0.6 m，主爆孔孔距1.5 m。預(yù)裂孔、緩沖孔及主爆孔的孔深根據(jù)各部位開挖深度及現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，孔向(傾角)由設(shè)計開挖坡比確定。

2.2 裝藥量設(shè)計

2.2.1 光面孔裝藥量

按預(yù)裂孔裝藥量進(jìn)行計算確定。預(yù)裂爆破線裝藥密度q的確定：

式中：δP——巖石的濕抗壓強(qiáng)度，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)情況，取巖石的濕抗壓強(qiáng)度為40～60 MPa；

a——炮孔間距，為0.6 m。

當(dāng)δP＝40 MPa時，q＝0.042[R]0.65a0.6＝0.30 kg/m；

當(dāng)δP＝60 MPa時，q＝0.042[R]0.65a0.6＝0.40 kg/m。

光面爆破按預(yù)裂爆破線裝藥密度的90%進(jìn)行裝藥，參照尾水平臺邊坡開挖及類似巖層開挖爆破施工經(jīng)驗(yàn)，確定線裝藥密度q在0.28～0.38 kg/m之間取值；其中炮孔底部1.0 m范圍內(nèi)的線裝藥密度為設(shè)計線裝藥密度的兩倍，即q底＝2q；炮孔頂部1.0 m范圍內(nèi)線裝藥密度為設(shè)計線裝藥密度的一半，即q頂＝q/2。

2.2.2 主爆孔裝藥量設(shè)計

抵抗線W的確定：

式中：Kw——巖石性質(zhì)對抵抗線的影響系數(shù)，通常采用15～30，巖性越軟弱取值越大，取Kw＝24；

d——炮孔直徑，為90 mm。

計算得出：W＝Kwd＝2.16 m。

單位體積耗藥量q的確定：

結(jié)合尾水平臺邊坡開挖及類似巖層開挖爆破施工經(jīng)驗(yàn)，確定單位體積耗藥量q在0.45～0.55 kg/m3之間取值；采用手風(fēng)鉆造孔時，參照該值取值。

結(jié)果表明，隨催化劑用量的增加，稠化劑在酸液中粘度增加，當(dāng)催化劑低于一定量時，合成的稠化劑幾乎無粘度，說明稠化劑在無催化劑情況下可能發(fā)生沒有按設(shè)計執(zhí)行縮合反應(yīng)，而生成另一種副產(chǎn)物。隨催化劑用量的增加，稠化劑在酸液中的稠化時間先減短而后增長，為了達(dá)到研究目的使稠化劑達(dá)到速溶效果，在粘度滿足情況下不必追求更高粘度。因此，確定合成中催化劑用量為0.25%。

2.3 裝藥及堵塞

根據(jù)造孔直徑及裝藥量，光面孔選用Φ32 mm的硝銨炸藥，主爆孔選用Φ70 mm的硝銨炸藥，或?qū)ⅵ?2 mm的硝銨炸藥進(jìn)行捆綁后進(jìn)行裝藥。光面孔將藥卷與導(dǎo)爆索同時捆綁在竹片上放入孔中，然后用導(dǎo)爆索將所有起爆孔連接起來；主爆孔裝藥時用刀片將Φ70 mm的藥卷一側(cè)劃破后放入孔內(nèi)，將塑料導(dǎo)爆管引出孔外，用竹桿對孔內(nèi)炸藥進(jìn)行適當(dāng)擠壓，使其充滿炮孔。

孔口堵塞長度一般為抵抗線的0.7～1.0倍，具體長度根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定，采用鉆屑堵塞。

2.4 網(wǎng)絡(luò)連接及起爆

主爆孔起爆采用導(dǎo)爆管起爆，光面孔采用導(dǎo)爆索起爆，非電毫秒微差爆破，主爆孔及光面孔最大一段起爆藥量控制在60 kg以內(nèi)。裝藥前，先將塑料導(dǎo)爆管按起爆順序分段擺放到地面，然后再進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，以上游作為臨空面，從外至內(nèi)的順序進(jìn)行起爆，盡量將爆破石渣集中拋向上游。

網(wǎng)絡(luò)連接好后，將導(dǎo)爆管統(tǒng)一連接至電雷管，采用發(fā)爆器引爆。

(1)爆破振動安全允許距離計算。爆破區(qū)域附件無重要建筑物，只有左岸1＃公路施工支硐，根據(jù)《爆破安全規(guī)程》(GB6722-2003)，施工支硐按交通隧洞標(biāo)準(zhǔn)考慮，確定爆破振動最大安全允許振速V取20 cm/s。按最大段起爆藥量60 kg計算，距支硐硐口16 m后采中深孔梯段爆破硐口爆破振動的理論計算值為19.60 cm/s，小于20 cm/s，爆破不會對施工支硐造成震動破壞，但必須將最大一段藥量控制在60 kg以內(nèi)；主爆區(qū)與施工支硐間最短距離不能小于16 m，否則必須減少最大一段藥量，確保爆破振動振速控制在20 m/s以內(nèi)。

(2)爆破沖擊波安全允許距離。根據(jù)爆破參數(shù)設(shè)計，取最大一段裝藥量為60 kg計算，計算出沖擊波的安全影響距離為97.87 m，因此爆破過程中將進(jìn)水口、尾水平臺及尾水出口內(nèi)所有施工人員拆離至距爆破作業(yè)面水平距離200 m以外。

(3)爆破飛石安全距離估算。理論計算爆破飛石的最大影響距離為94 m，因此爆破產(chǎn)生的飛石會對進(jìn)水口，特別是尾水平臺造成安全隱患，因此爆破過程中需將上述部位設(shè)備撤離至距爆破作業(yè)面水平距離150 m以外，對不能拆除的設(shè)備，必須進(jìn)行遮蓋。

3 爆破效果與結(jié)論

本工程預(yù)計總工期75 d，爆破實(shí)施過程中，采用嚴(yán)格過程管理，精心質(zhì)量控制，保質(zhì)保量的完成了施工任務(wù)，施工質(zhì)量得到甲方的認(rèn)可。在施工過程中，有以下的經(jīng)驗(yàn)可供借鑒：

(1)對此類控制爆破，由于對預(yù)留巖體的保護(hù)要求較高，爆破過程中盡量避免對預(yù)巖留面造成破壞，需要保證開挖面穩(wěn)定和平整，采取光面爆破方式，能夠確保施工質(zhì)量；

(2)待爆破巖體的整體性并非一致，施工過程中必須要根據(jù)地質(zhì)條件及巖層走向，及時對爆破參

數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確保開挖質(zhì)量；

(3)爆破作業(yè)質(zhì)量是取得良好爆破效果的保證，在施工過程中，從放樣、造孔、裝藥、填塞等各個步驟，都要高標(biāo)準(zhǔn)按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行控制，以確保良好作業(yè)質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)。

[1] DL/T5333-2005.水利水電工程爆破安全監(jiān)測規(guī)程[S].

[2] 歐 明.黃河龍口水利樞紐工程砂石系統(tǒng)高邊坡預(yù)裂爆破試驗(yàn)及應(yīng)用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2008，16：184-186.

[3] 張正宇.現(xiàn)代水利水電工程爆破[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

圖5 水塔爆破瞬間

圖6 水塔爆破效果

6 幾點(diǎn)體會

(1)按精細(xì)爆破理念定量化設(shè)計爆破切囗的長度，高度，單孔藥量，并著眼施工環(huán)節(jié)上的細(xì)化。比如；全站儀精準(zhǔn)測量水塔高度，倒塌中心線，倒塌長度；鉆孔時炮孔間距控制；定向窗切割開設(shè)，保證兩側(cè)定向窗同一高程與設(shè)計尺寸；爆破切囗盡量靠最短地面形成，縮短支撐鉸后座長度，保證水塔定向倒塌精度。

(2)天然氣管道是較大的危險源，但也不是不可觸碰的禁區(qū)。天然氣公司對妨礙天然氣管道的危險源進(jìn)行管控，有法可依。無論是爆破振動，塌落振動在爆破設(shè)計與施工時都不能越過它的設(shè)防數(shù)據(jù)。當(dāng)理論設(shè)計數(shù)據(jù)略大于天然氣管道設(shè)防數(shù)據(jù)時，要作理性分析。因?yàn)榻橘|(zhì)的軟硬，構(gòu)造等對振波的傳播，強(qiáng)度，形態(tài)產(chǎn)生影響。理論數(shù)據(jù)是估算數(shù)據(jù)，與實(shí)測數(shù)據(jù)不可能相同。只要釆取適當(dāng)?shù)臏p振措施，照樣可以進(jìn)行爆破作業(yè)。水塔爆破時，設(shè)置在天燃?xì)夤艿郎?臺測震儀測得的振速分別為0.73 cm/s和0.79 cm/s，管道非常安全。

(3)構(gòu)筑物爆破時的飛石防護(hù)，除嚴(yán)格精細(xì)的近體防護(hù)外，離體防護(hù)與遠(yuǎn)體防護(hù)非常重要，不可忽略。

參考文獻(xiàn):

[1] 謝先啟.精細(xì)爆破[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2010.

[2] 史家堉，程貴海，鄭長青.建筑物爆破拆除爆破理論實(shí)踐[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[3] 中華人民共和國石油天燃?xì)夤艿辣Ｗo(hù)法[S].

(收稿日期：2016-08-30)

作者簡介：文輝軍(1951-﹚，男，高級工程師，主要從事爆破工程技術(shù)及管理工作，Email：1142451850＠qq.com。

2016-02-17)

李庭堅(1976-)，男，貴州普安人，高級工程師，主要從事工程施工管理工作，Email：196169186＠qq.com。