王中林
(中鐵十六局集團第二工程有限公司,天津市 300162)
劉家峽正常蓄水位為1735m,巖塞口以上淤泥頂面高程約1705m,巖塞口底高程1676.09m,按此計算,巖塞上最大淤泥深29m。經(jīng)研究,決定在劉家峽設(shè)置巖塞爆破1:2模型試驗洞開展水下巖塞爆破試驗。巖塞爆破1:2模型試驗洞由豎井段、水平洞段、集渣坑及巖塞段組成。其中豎井段深度約71.60m,斷面為4m×2.5m矩形洞;水平洞段長約11.56m,斷面為4m×3m的城門洞型,是豎井段和集渣坑的連接段;集渣坑長約31.83m,斷面由巖塞部位開始自圓形漸變?yōu)槌情T洞型,渣坑容積1403m3;巖塞內(nèi)徑為7.0m,厚度約為9.8m,巖塞體積約896m3。
擾動爆破方案根據(jù)爆擴成井原理,采用水下鉆孔、線性裝藥的爆破擾動方案。為了能為工程提供借鑒,本文對1:2模型試驗的參數(shù)確定、水下鉆孔、線性裝藥、過程注意事項各個細節(jié)進行介紹,探討水下爆破擠淤的參數(shù)設(shè)計及其運用,并對效果進行了分析。
線裝藥量計算公式采用爆擴成井的控制爆破計算公式:
式中:
Qt——線裝藥密度,kg/m;
b——介質(zhì)壓縮系數(shù),采用2#巖石炸藥時,取1.3~3.7,應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場試驗確定;
D——爆擴成井的井徑,m。
初步計算采用介質(zhì)壓縮系數(shù)b=1.5(黃土類砂黏土、濕土);
結(jié)合本工程特點及巖塞爆破口的需求,擴井的井徑D初選為D=1.8m;
則:線裝藥密度Qt=1.5×1.82=4.86 kg/m,取線裝藥密度Qt=5 kg/m。
根據(jù)試驗洞巖塞口的布置,以及頂部的淤泥厚度、擾動范圍和淤泥組成情況、性質(zhì),確定在淤泥層中鉆爆破孔4個,分布在進水口軸線上和左、右兩側(cè),呈棱形布置,鉆孔直徑為Ф180mm,鉆孔間距為1.8m和4.92m??變?nèi)連續(xù)裝藥,但距淤泥表面0.25倍的孔長作為封堵段。
鉆孔長度及裝藥量列入表1。
2.1.1 鉆孔作業(yè)
1∶2模型試驗淤泥爆破點位于劉家峽水庫庫區(qū)內(nèi),所以水流流速相對較小,特別是在劉家峽電廠不泄水、不發(fā)電的條件下,庫內(nèi)水面可以認為是靜水。水上鉆孔,要求工作船錨固牢靠、平穩(wěn),給水上作業(yè)創(chuàng)造良好條件。在水上作業(yè)區(qū)一定范圍內(nèi),應(yīng)設(shè)置警戒線,防止庫內(nèi)船舶通航時產(chǎn)生的水流沖擊影響鉆孔工作船的平穩(wěn)。
在淤泥中鉆孔可采用水力鉆孔法[1]。鉆孔開始前,一定要將孔位確定準確,嚴格控制鉆機的偏角及傾斜,保證鉆孔精確。鉆入深度由帶有刻度的鉆桿控制,隨著鉆深增加、鋼套管隨即下沉至所需深度。清孔后,再沿套管插入一根外徑為165mm的PE塑料管到鉆孔中,一端露出水面,鉆孔即告完成。當(dāng)PE管就位后就可拔出水中的鋼管,PE塑料管仍留在水中,作為淤泥爆破裝藥套管,該塑料管將在爆破中炸掉。
PE塑料管需固定在施工操作平臺上,保證其不受外力撞擊而折斷,并將其外露的管口臨時封堵,避免雜物進入管內(nèi)。
2.1.2 安裝管材要求
根據(jù)淤泥爆破藥卷的規(guī)格、尺寸及裝藥套管的下方要求,考慮施工方便、快捷等因素,要求鉆孔施工中使用鋼套管內(nèi)徑不小于165mm,管節(jié)連接處要求采用內(nèi)徑為等徑的鋼套管。裝藥用PE塑料套管,規(guī)格為公稱直徑(外徑)165mm,壁厚11.4mm,一般長度為4m、6m,管節(jié)接頭采用熱熔對接。為了保證裝藥時不使導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索受力,將每個單獨藥卷固定在工程外徑75mm、管壁厚3mm的PVC塑料半管上。
2.1.3 水下鉆孔爆破注意事項
水下鉆孔應(yīng)嵌入基巖以下0.5m,在下放PE塑料套管前,對于鉆孔要進行清孔處理,保證套管順利下放;PE塑料套管就位后,對其水上部分要采取可靠的固定措施,防止套管傾斜,孔口做好臨時封堵措施,防止墜物堵塞套管。
2.2.1 火工材料
(1)火工材料的選用:炸藥采用山東威海奧瑞凱(Orica)爆破器材有限公司生產(chǎn)的Powergel TMMagnum 3151炸藥:規(guī)格為藥卷直徑Φ75mm、長400mm,線裝藥密度為5kg/m;導(dǎo)爆索采用SD-40型震源導(dǎo)爆管;即發(fā)非電毫秒雷管、導(dǎo)爆管采用山東威海奧凱瑞產(chǎn)品。
(2)火工材料制作:根據(jù)爆破設(shè)計,按要求準備各孔裝藥的品種和數(shù)量,裝藥品種有底藥、下部起爆體、底部藥卷、中部藥卷、上部起爆體及上部藥卷,防止處理導(dǎo)爆索一根。①起爆藥包制作:取Φ75mm3151 高能乳化炸藥一卷。將即發(fā)(0毫秒)非電毫米雷管插入(用木釬鉆一雷管直徑大小的孔,深度為雷管的長度)高能乳化炸藥的藥卷內(nèi),并用高壓防水膠布將雷管與藥卷相交封死,防止水滲入。②底藥:底藥藥卷采用3151炸藥,Φ75mm×400mm、每卷藥量2000g的標(biāo)準藥卷。底藥藥卷與二股導(dǎo)爆索連接,并用高壓防水膠布將藥卷與導(dǎo)爆索綁扎牢固,防止脫落。③藥卷:淤泥孔每孔裝藥為連續(xù)裝藥,采用的標(biāo)準藥卷規(guī)格及炸藥品種與底藥相同,根據(jù)每孔的裝藥長度劃分藥卷分段尺寸、分段藥卷編號、規(guī)格、藥量、數(shù)量。各藥卷、底藥、起爆體均嚴格按照裝藥結(jié)構(gòu)圖中的順序,先采用防水膠布將每個單獨藥卷、起爆體與PVC半管固定牢靠;固定好藥卷、起爆體后,再用防水膠布將導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索與PVC 半管緊密結(jié)合,同時保證導(dǎo)爆索與藥卷充分接觸。為了便于施工和保護導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索,采用裝填塑料袋(或其它材料袋體)外包,形成袋體外涂抹黃油等起到潤滑作用。④導(dǎo)爆索:采用SB-40型震源導(dǎo)爆索二股,導(dǎo)爆索兩端均應(yīng)做好防水處理,且二股導(dǎo)爆索采用防水膠布緊密結(jié)合。導(dǎo)爆索長度應(yīng)滿足施工網(wǎng)路布置要求,根據(jù)施工實際情況進行適當(dāng)調(diào)整。
2.2.2 裝藥施工
鉆孔底部2m采用直徑80mm的沙袋進行回填,然后各淤泥孔依次進行整體裝藥。裝藥前,應(yīng)采用與藥卷相似的沙袋進行試裝,探其孔內(nèi)是否有雜物,并測量其孔深。裝藥時,采用吊繩方法將制作好的整體藥卷緩慢地放入炮孔內(nèi),導(dǎo)爆管、導(dǎo)爆索不受力。用吊錘法檢查藥包長度,確定裝藥位置,保證裝藥長度滿足設(shè)計要求,并進行記錄。
2.2.3 裝藥注意事項
(1)水下鉆孔爆破,不允許邊鉆孔邊裝藥。
(2)制作成型的藥卷在裝入炮孔前應(yīng)將其整理順直,不得有折曲、壓扁現(xiàn)象,避免堵孔。
(3)裝藥速度不宜快,一定要緩慢平穩(wěn),保證藥卷沉底、到位。
(4)放置起爆藥時,非電導(dǎo)爆管一定要理直,松弛地與導(dǎo)爆索分別貼于孔壁一側(cè)。盡量避免導(dǎo)爆管折斷。
(5)采用固定措施,防止導(dǎo)爆索、導(dǎo)爆管外部端頭掉入孔內(nèi)。
(6)根據(jù)裝入炮孔內(nèi)炸藥估計裝藥位置,若發(fā)現(xiàn)偏差較大,應(yīng)立即停止裝藥,與設(shè)計人員會商,研究解決措施。
(7)裝藥發(fā)生卡塞時,不應(yīng)用任何工具沖擊、擠壓。
2.2.4 裝藥過程中避免堵孔措施
(1)在PE塑料管內(nèi)壁上抹上潤滑油,有利于藥卷下滑到指定位置。
(2)裝藥時應(yīng)注意不要把雜物掉進管內(nèi)影響裝藥。
(3)嚴禁起爆藥卷末裝到藥處,繼續(xù)裝藥就會形成堵孔。
2.2.5 堵孔處理
起爆藥末裝入炮孔前可用木制炮棍捅透裝藥,疏通炮孔;在起爆藥包裝入炮孔后,嚴禁用力直接捅、壓起爆藥包,可與現(xiàn)場爆破技術(shù)和設(shè)計人員協(xié)商提出處理辦法。
根據(jù)設(shè)計要求,采用水體作為封堵材料,封堵水深同庫水位。
淤泥爆破網(wǎng)路采用的起爆方法為:每孔通過并聯(lián)2發(fā)即發(fā)高精度毫秒電雷管,在水上通過引爆雙股導(dǎo)爆索和單股導(dǎo)爆管2套非電爆網(wǎng)路來起爆淤泥孔內(nèi)裝藥。每孔共投2個導(dǎo)爆管雷管起爆藥包。淤泥鉆孔共設(shè)4孔,淤泥爆破網(wǎng)路由4組每組2個并聯(lián)的即發(fā)電雷管組串聯(lián)組成淤泥電爆網(wǎng)路支路。
當(dāng)裝藥完畢后,整理導(dǎo)爆索、導(dǎo)爆管成束綁上2個1段電雷管(并聯(lián)),聯(lián)結(jié)點浮筒上的立桿上懸吊起來,高于水面3m,不得侵入水中。
在以下情況下應(yīng)停止水下爆破作業(yè):(1)風(fēng)速超過6級,流速超過3m/s,浪高超過80cm,水位變幅大,水位暴漲暴落時;(2)大霧天氣,能見度不超過100m時;(3)雷電或暴風(fēng)雪來臨時。
隨著一聲驚天巨響,電光火石之間,巨大的火球噴薄而出,一股股濃煙沖天而起,一朵朵水花噴涌綻放,緊接著大量的濃煙夾帶著飛濺的水花垂直向上連續(xù)噴射,水面升騰起來,擴散開來,產(chǎn)生了水冢運動,也就是水面鼓包運動。
鼓包運動以垂直水面向上方向運動為主,上升速度極快,0.6s內(nèi)就能達到拍攝畫面高度20m。
同時巖塞口上方水面波濤洶涌,沿徑向四面八方擴散,至岸邊崖處勢如驚濤拍岸,蔚為壯觀;沿水面開闊方向,則漸行漸遠,逐漸消失。
測量結(jié)果顯示[2],6ms時水冢高度為5.24m,88ms水冢高度為5.36m時開始破裂,射出黑白煙霧的混合體,其中黑色煙霧升騰高度分別為5.74m、5.36m;611ms時黑白煙霧又混合在一起,升騰高度為20.43m。
3.286s時水面已出現(xiàn)直徑為15.6m 的漩渦,15.658s時水面上空煙霧基本散去,爆心垂直上方的水面泛白,并漸漸向水平徑向擴散,兼具向上運動的趨勢,開始出現(xiàn)二次鼓包現(xiàn)象。17.912s 時二次鼓包達到最高處,高度為1.29m,直徑為9.3m,25.111s時鼓包直徑32m。
爆后197s水面局部有氣體逸出,爆后290s水面有大量氣體逸出。
從以上觀測成果可以看出,本次水下淤泥爆破是成功的。觀測成果和現(xiàn)象除反映了水下淤泥擾動爆破的一般規(guī)律外,也揭示了值得關(guān)注的深厚淤泥爆破的特殊現(xiàn)象和規(guī)律。
工程實踐證明,上述淤泥擾動爆破具有操作簡單、勞動強度小、施工速度快、經(jīng)濟合理等特點,從觀測成果可以看出,本次水下淤泥爆破是成功的。觀測成果和現(xiàn)象除反映了水下淤泥擾動爆破的一般規(guī)律,也揭示了深厚淤泥爆破的特殊現(xiàn)象和規(guī)律,可用于不便于機械施工、水下巖塞爆破中巖塞口淤泥的處理工程中,為以后類似工程施工提供一種行之有效的新技術(shù)。