付 斌

(遼寧省東水西調(diào)工程建設局，遼寧 沈陽 110000)

爆破技術在遼寧省某進水口工程巖坎引水渠開挖中應用分析

付 斌

(遼寧省東水西調(diào)工程建設局，遼寧 沈陽 110000)

進水口工程為水庫施工中的關鍵環(huán)節(jié)之一，進水口巖坎引水渠與桓仁水庫相連，巖坎水下開挖量大，難度高。根據(jù)勘探地質(zhì)資料以及預留巖坎尺寸，對巖坎前引渠進行分層分區(qū)劃分，每個分區(qū)分為水上和水下兩層，分塊分層進行爆破開挖，施工中采取有效的安全爆破施工技術，合理的施工順序確保巖坎引水渠的開挖，為類似工程參考借鑒。

巖坎引水渠；水下開挖；施工安全控制

進水口巖坎爆破工程全長140.1 m，巖坎頂高程▽300，圍堰頂高程▽305.89，渠道底寬為10 m，兩側(cè)邊坡坡比為1:1，開挖總深度18.7 m，開挖總方量約為1萬 m3。巖坎處巖性為含礫巖屑凝灰?guī)r，中硬巖，節(jié)理較發(fā)育，多為高陡傾角，巖坎外側(cè)水渠段主要為第四系覆蓋層，坡積土夾石塊、粘性土，根據(jù)地勘資料，覆蓋層厚度約為2～11 m。巖坎體形成過程中，受開挖爆破重復震動影響，爆破裂隙多、原生裂隙張開、透水量增加等影響，爆破施工難度增大。根據(jù)設計圖紙?zhí)峁┑牡刭|(zhì)資料以及預留巖坎尺寸，對巖坎前引渠進行分層分塊劃分，預留巖坎外側(cè)引渠開挖共分3個區(qū)域進行施工，每個區(qū)分為水上和水下兩層，分別進行開挖，1區(qū)為水上鉆孔水下鉆爆開挖；2區(qū)為水上陸地開挖；3區(qū)為陸地鉆孔水下開挖。

1 開挖及出渣施工方法

1.1 施工程序

回填土清除→2-1區(qū)覆蓋層開挖→2-2區(qū)石方明挖→1區(qū)開挖→3-1區(qū)開挖→3-2區(qū)開挖。

圖1 引水渠開挖布置圖

1.2 2區(qū)施工

根據(jù)地勘資料得知，2-1區(qū)主要為第四系覆蓋層，坡積土夾石塊、粘性土。

2-1區(qū)開挖采用1.6 m3液壓挖裝至自卸汽車，在開挖過程中利用開挖渣料修筑一條▽300～▽276的臨時施工道路，其余渣料由自卸汽車運至指定渣場。

2-2區(qū)主要針對294.8～274 m高程之間的石方作業(yè)，為后續(xù)3區(qū)爆破作業(yè)建立作業(yè)平臺，本部位開挖分兩層進行(▽284～▽288.5，▽288.5～▽294.8)。巖性為含礫巖屑凝灰?guī)r，本區(qū)石方采用垂直深孔爆破，周邊預裂爆破，必要時輔以淺孔爆破，通過反鏟、自卸汽車裝運至棄渣場。

1.3 1區(qū)施工

根據(jù)地勘資料得知，1區(qū)主要為第四系覆蓋層，坡積土夾石塊、粘性土。對于水下致密的第四系覆蓋層采用松動爆破的方式進行。

1區(qū)內(nèi)開挖部位均在水面以下，故采用水下鉆孔爆破、水下出渣方式作業(yè)。水下鉆孔采用KSZ-100型潛孔鉆機，在水下鉆孔前先在鉆孔位置豎直安裝Φ130 mm套管，鉆具通過套管下到鉆孔位置進行鉆孔，鉆機固定在組合式鉆爆作業(yè)平臺船上施工。為防止塌孔，爆破孔內(nèi)下高強度PVC套管，PVC套管內(nèi)徑為Φ100 mm。爆破后，由作業(yè)船上抓斗將水中石渣抓運至短駁船，滿載后運至岸邊(及284m作業(yè)平臺)由液壓反鏟挖裝到自卸汽車，通過道路轉(zhuǎn)運至棄渣場存放。

1.4 3區(qū)施工

根據(jù)地勘資料得知，3-1區(qū)主要為第四系覆蓋層，坡積土夾石塊、粘性土，采用松動爆破；3-2區(qū)巖性為含礫巖屑凝灰?guī)r，采用深孔爆破，周邊預裂爆破。

由于水上鉆孔難度高，且影響鉆孔質(zhì)量因素較多，因此在進行2區(qū)開挖施工時應預留部分渣料至水面高程以上，作為施工平臺以滿足陸地鉆孔要求。

3-1區(qū)開挖部位均在水面以上，故采用陸地鉆爆、水下出渣方式作業(yè)。根據(jù)施工區(qū)塊劃分，待1區(qū)水面以下巖坎鉆爆出渣完成后，首先對3-1區(qū)進行施工。3-1區(qū)施工主要采用松動爆破，陸上鉆爆作業(yè)采用CM-351潛孔鉆機鉆孔徑115 mm孔，為防止塌孔，爆破孔內(nèi)下高強度PVC套管，PVC套管內(nèi)徑為Φ100 mm。爆破后水面以上巖渣由反鏟挖裝到自卸汽車運至渣場，水下部分石渣由作業(yè)船上抓斗抓運至短駁船，滿載后運至岸邊(及284 m作業(yè)平臺)由液壓反鏟挖裝到自卸汽車，通過道路轉(zhuǎn)運至棄渣場存放。

3-2區(qū)內(nèi)開挖部位均在水面以上，根據(jù)施工區(qū)塊劃分，待3-1區(qū)施工完成后，對3-2區(qū)進行施工，3-2區(qū)主要采用深孔爆破，周邊預裂爆破。陸上鉆爆作業(yè)采用CM-351潛孔鉆機鉆孔徑115 mm孔，區(qū)塊東西兩側(cè)鉆傾斜預裂孔，由導爆管連接非電毫秒雷管微差起爆。爆破后水面以上巖渣由反鏟挖裝到自卸汽車運至渣場。

水面以下巖渣由配備在作業(yè)船上的1.0 m3抓斗抓運至15t短駁船，滿載后運至岸邊(及284 m作業(yè)平臺)由陸上挖掘機挖裝到自卸汽車，通過臨時施工道路轉(zhuǎn)運至棄渣場存放。抓斗實際生產(chǎn)能力為200～300 m3/d。

2 爆破設計

2.1 第四系覆蓋層松動爆破

2.1.1 布孔形式及孔深、孔徑

由于開挖最大深度8m，鉆孔機械的鉆孔能力完全能達到一次鉆到設計開挖平面的要求，對于高出水面的陸上鉆孔作業(yè)部分，采用一次鉆孔到底，避免水下鉆孔二次爆破作業(yè)，選用的孔徑D=115 mm，裝Φ90 mm乳化炸藥，采用矩型布孔方式。

2.1.2 炸藥單耗

爆破施工主要是為了松動水下部分致密的第四系覆蓋層，因此炸藥單耗擬選用0.4 kg/m3。

2.1.3 孔網(wǎng)參數(shù)

選取孔距a=2.5 m、排距b=2 m，在實際施工中要根據(jù)試爆情況進行孔排距修正。

2.1.4 單孔裝藥量Q

鉆孔爆破的每孔裝藥量可按體積公式計算Q=q×a×b×L

式中：Q為炮孔計算裝藥量，kg；q為水下鉆爆單耗值，kg/m3；a為孔距，m；b為排距，m；H為設計開挖深度，2.6～8 m。

q值擬選0.4 kg/m3，經(jīng)計算Q=5.2～16 kg。

2.2 陸地爆破參數(shù)

主要針對294.8～284 m高程之間的石方作業(yè)，鉆爆及出渣作業(yè)均在陸上完成，采用垂直深孔爆破。

爆破參數(shù)：

孔徑：φ=90 mm

超深：h=0.5 m

孔深：L=6.5 m

鉆孔傾角：90度

最小抵抗線：W=1 m

孔距：a=1.5 m

排距：b=1 m

單孔裝藥量：Q= q×a×b×H=3.6 kg

單耗藥量：q=0.4 kg/m3

堵塞長度：Lc=0.5 m

布孔型式：梅花形布孔

裝藥結(jié)構(gòu)：連續(xù)裝藥

當局部開挖段厚度小于5 m時，采用淺孔爆破，根據(jù)本工程實際情況初步確定淺孔爆破的爆破參數(shù)：

單耗：q=0.4 kg/m3

開挖高度：H=1～4 m

前排抵抗線：W=0.8～1.4 m

鉆孔直徑：Φ=42 mm

孔距：a=1.2 W(m)

排距：b=W=1 m

超鉆深度：h1=0.1～0.5 m

鉆孔深度：L=H+h1(m)

堵塞長度：0.5 m

每孔裝藥量：Q=qabH(kg)

其數(shù)值如下：

表1 淺孔爆破參數(shù)參考表

圖2 孔內(nèi)孔間微差起爆網(wǎng)絡示意圖

2.3 水下石方爆破參數(shù)

2.3.1 布孔形式及孔徑

主爆區(qū)基巖布豎直孔，為便于施工采用矩形布孔，垂直鉆孔，選用孔徑D=115 mm，裝Φ90 mm乳化炸藥。

2.3.2 孔網(wǎng)參數(shù)

孔距a：a=1.5 m；抵抗線W：W=1 m；排距b：b=1 m；

2.3.3 鉆孔深度L和超鉆深度h0

鉆孔深度L由炮孔所在位置至開挖底部的高度來確定，為確保水下不留根底，鉆孔需一定超深，取h0=1.85 m。

2.3.4 炸藥單耗

爆破完成后巖渣大部位于水面以下，只能采用水面出渣，施工難度大，為確保后續(xù)出渣效率，應盡可能降低巖渣大塊率，此處取q=0.5 kg/m3。

2.3.5 堵塞長度

豎直孔堵塞0.6 m。

2.3.6 裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)

炮孔采用連續(xù)裝藥，裝藥前對每個炮孔裝藥量再次進行安全校核，若爆破振動速度超過控制標準，采用爆破施工時采用孔內(nèi)微差的方法，如孔內(nèi)分兩段，大段位在上，小段位在下；如分三段，小段位在中間，大段位在上，藥包段位差100 ms，藥包之間用粗砂間隔，間隔長度10 d(d——藥卷直徑)。

2.3.7 單孔裝藥量Q

鉆孔爆破的每孔裝藥量可按體積公式計算Q=q×a×b×L

式中：Q為炮孔計算裝藥量，kg；q為水下鉆爆單耗值，kg/m3；a為孔距，m；b為排距，m；H為設計開挖深度，8 m。

q值擬選0.5 kg/m3，經(jīng)計算最大裝藥量Q=6 kg。

2.4 預裂爆破

2.4.1 布孔形式及孔徑

預裂孔孔徑取Φ90 mm，70 mm藥卷；按設計坡比進行鉆孔。

2.4.2 炸藥單耗

根據(jù)類似工程施工經(jīng)驗，預裂孔線裝藥密度Qx取0.4 kg/m。

2.4.3 孔網(wǎng)參數(shù)

孔距a：a=(7～12)D，a取1 m。

2.4.4 孔深和堵塞長度

預裂孔最大孔深11.3 m，預裂孔爆破時堵塞1.0～1.5 m。

2.4.5 裝藥量及裝藥結(jié)構(gòu)

渠道兩側(cè)邊坡預裂孔底部1m連續(xù)裝藥，其余采用間斷不耦合裝藥。單孔裝藥量Q=LQx，單孔最大裝藥量4 kg。

2.5 起爆網(wǎng)絡

根據(jù)各部位最大允許起爆藥量要求，在距離帷幕灌漿較近時采用孔間、孔內(nèi)微差的方式進行，即以毫秒級時差順序起爆各個藥包，把爆破的總炸藥能量分割為多數(shù)較小的能量，采取合理的裝藥結(jié)構(gòu)，最佳的微差間隔時間和起爆順序，為每個藥包創(chuàng)造多面臨空條件，將最大大量藥包產(chǎn)生的地震波變成一長串小幅值的地震波，同時各藥包產(chǎn)生的地震波相互干涉，從而降低地震效應，把爆破振動控制在允許值以下。這樣通過合理的搭配導爆管一次爆破總的炸藥量可以提高，而由爆破產(chǎn)生的振動效應卻很小。本工程孔內(nèi)微差間隔為100 ms，孔外延時間隔為42 ms。根據(jù)建筑物的自振周期確定最終微差時間。

3 結(jié)語

該進水口工程引水渠開挖前，制定了詳細的分層分區(qū)開挖方案，并針對不同分區(qū)的地質(zhì)情況采用垂直深孔爆破、預裂爆破、水下鉆孔爆破，必要時輔以淺孔爆破等多種爆破技術的相結(jié)合，合理規(guī)劃出渣路線布置從而保證棄渣的順利，嚴格按照既定的安全控制措施進行開挖施工，保證了施工的安全，施工工藝可靠安全，值得類似工程參考借鑒。

[1]GB6722-2011.爆破安全規(guī)程[S].

[2]DL/T 5135-2001.水利水電工程爆破施工技術規(guī)范[S].

[3]薛天野，孟祥翠， 宮運 .水下爆破技術在巖坎開挖施工中的應用[J].水利水電施工.2011, (4): 20-22.

2016-10-31

付斌(1988-)，男，遼寧沈陽人，助理工程師，主要從事水利工程施工方面工作。

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1004-1184(2017)01-0114-03