南水北調中線應急供水工程石方爆破方案比選

李佑杰

（山西省水利水電勘測設計研究院，山西 太原 030024）

1 工程概況

南水北調中線應急供水工程位于河北省保定市淶水縣境內，渠段京石段累計1度帶樁號范圍為204+482—204+982，開挖渠底底寬 11 m，內邊坡 1∶0.75，縱坡 1/20 000～1/18 000，一般開挖深度 8～10 m，最大挖深16 m。渠道基巖以石灰巖為主，巖體呈層狀分布，結構比較破碎。由于爆破區域長，距渠邊不到70 m范圍內分布有大量簡易石灰窯、農用高壓線、果園和村莊等生產生活設施，施工環境相當復雜，給開挖爆破、邊坡成型增加了難度，因此選擇合理的施工爆破方案尤為重要。

2 爆破施工對比方案

爆破區段70 m范圍處存在未征遷設施，為最大限度地保護該范圍內的設施安全，按照70 m爆破振動安全距離計算單段炸藥量，計算公式為：

式中：Q——單段炸藥量，kg；

R——爆破振動安全允許距離，取值70 m；

V— —保護對象所在地質點振動允許速度，cm/s，取0.75；

K，α——查《爆破安全規程》表知，K=200，α=1.65。

經計算，Q=13.75 kg。

2.1 手風鉆鉆孔爆破方案

渠道溝槽中部采用臺階爆破方式進行掏槽，炮孔直徑42 mm，間距1.5 m，排距1 m，孔深2 m。炮孔裝藥長度1.2 m，填塞長度0.8 m，單孔裝藥1.8 kg，炸藥單耗0.6 kg；渠道設計邊坡預留3 m厚作為保護層，采用光面爆破，設置一排光爆孔，外側布置一排主爆孔，光爆孔孔距1 m，主爆孔孔距2 m，排距1.5 m，間隔布置，孔深以鉆入一級馬道和渠底保護層0.7 m為限，根據巖石特性，光面爆破平均單耗擬定為0.4 kg；一級馬道和渠底部分均預留1.5 m厚的保護層，分兩層爆破開挖，第一層鉆孔1 m，炮孔間距0.5 m×0.5 m，第二層鉆孔0.5 m，炮孔間距0.3 m×0.4 m，底板保護層爆破單耗擬定為1.0 kg。

由設計斷面圖計算得：掏槽爆破方量為12.5萬m3；坡面保護層光面爆破方量為8.34萬m3；底板保護層爆破方量為1.66萬m3。施工過程中，擬配置10臺手風鉆同時施工，全天滿足18 h運轉，安排兩個作業面循環交替鉆進，根據施工經驗，手風鉆鉆孔速度以平均4 m/h計算，每天可施工720 m，即360孔，以此為強度控制標準，平均每天爆破方量為1 080 m3，則預計掏槽施工時間4.5個月；由于光面爆破是控制爆破結構邊線的關鍵性工序，為保證施工質量和結構邊線的精確控制，施工進度相對掏槽爆破來說有所降低，根據施工經驗每天按20 m進尺推進，則光面爆破所需工期為2個月。該爆破施工屬控制爆破施工，加之底板爆破殘留體的鑿除將占用大量時間，按每天20 m進尺推進，分兩層爆破，則預計施工時間為2個月。

綜上所述，3個工序施工時間為工序本身施工工期，在鉆孔過程中存在部分時段的交叉作業，但是根據“每日一次起爆”的總體計劃，其施工時間均按每天爆破一次計算，考慮交叉作業時間與裝藥起爆時設備可能的閑置時間相平衡，則不應將工期進行重疊，故3個工序全部完成所需的固定工期為8.5個月，加上施工過程中不可避免地存在設備故障以及地方各種干擾因素的影響，應增加額外工期1個月，故爆破施工總工期預計為9.5個月。

2.2 潛孔鉆鉆孔控制爆破方案

渠道溝槽中部采用臺階爆破方式進行掏槽，炮孔間距2.5 m，排距2 m，孔深5.5 m，每炮孔裝藥13.75 kg，單孔單響，其單響藥量滿足70 m爆破振動安全距離要求；渠道設計邊坡預留3.5 m厚作為保護層，采用光面爆破，設置一排光爆孔，外側布置一排主爆孔，光爆孔孔距1 m，主爆孔孔距2 m，排間距1.5 m，間隔布置，孔深以深入馬道和渠底保護層0.7 m為限，根據巖石特性，光面爆破平均單耗擬定為0.4 kg；馬道和渠底預留1.5 m保護層，分兩層爆破開挖，第一層鉆孔1 m，炮孔間距0.5 m×0.5 m；第二層鉆孔0.5 m，炮孔間距0.3 m×0.4 m，底板保護層爆破單耗擬定為1.0 kg。

由設計斷面圖計算得：掏槽爆破方量為11.11萬m3；坡面保護層光面爆破為9.73萬m3；底板保護層爆破為1.66萬m3。施工過程中，擬配置足量潛孔鉆機同時施工，全天滿足18 h運轉，安排兩個作業面，循環交替鉆進，根據施工經驗，計劃每天起爆4排，每排15孔，共計60孔，分為60段雷管引爆，每日爆破方量為1 650 m3，按此標準，以平均每天60孔速度向前推進，預計施工時間3個月；光面爆破和底板爆破的工期計算同手風鉆鉆孔爆破方案一致。

綜上所述，3個工序施工時間為工序本身施工工期，在鉆孔過程中存在部分時段的交叉作業，但是根據“每日一次起爆”的總體計劃，其上述施工時間均按每日爆破一次計算，考慮交叉作業時間與裝藥起爆時設備可能的閑置時間相平衡，則不應將工期進行重疊，故3個工序全部完成所需的固定工期為7個月。加上施工過程中不可避免地存在卡鉆和與地方協調的影響，應增加額外工期1個月，故爆破施工總工期預計為8個月。

3 安全防護措施方案

為減少爆破飛石對近距離（70 m）設施的危害、保證爆破區域周圍人員和設施安全，必須采用必要的覆蓋防護措施，擬采用皮帶鐵絲網加沙袋壓重的方式進行防護。具體方案如下：用1號的皮帶（傳輸皮帶機的皮帶）連成片搭蓋在爆破區域，其上再覆蓋鐵絲編制網，再在鐵絲網上壓蓋裝土編織袋。其中：皮帶裁剪成10 m長一段，每次需用40段。鐵絲網覆蓋其上，覆蓋數量同皮帶面積，即400 m2。沙袋覆蓋按照每個炮孔3袋設置，皮帶和鐵絲網在爆破之后解體回收利用。

4 爆破方案選定

手風鉆鉆孔爆破方案中臺階高度僅2 m，鉆爆時產生的震動波對周邊建筑物影響較小，屬于淺孔鉆爆，爆破時出現飛石的機率增加，必然會加大爆破飛石安全防護措施的難度，同時增加相應的防護措施資金投入。此外，對雷管的耗量也將成倍增加，經計算，用潛孔鉆鉆爆27.5 m3需2發導爆管，而用手風鉆爆27.5 m3需9.17發導爆管，為潛孔鉆爆破用量的4.59倍。手風鉆鉆爆規模小、循環次數多，拉長了施工工期。以渠道梯段爆破開挖為例，手風鉆一次只能鉆爆264 m3，而使用潛孔鉆鉆爆一次可達1 450 m3，是手風鉆的5.5倍。渠道開挖工期及爆破次數的增加，導致資金投入相應加大。

潛孔鉆控制爆破方案中采用單段起爆，藥量是依據施工實際情況和保護對象距爆破中心最短距離（本工程為70.7 m）計算得出的，將單孔裝藥量控制在13.75 kg限定值上，即要求一個炮孔為一段，而爆破效果需要多排孔（選定為4排孔），每排10～15孔，因此對控制爆破聯網技術要求較高，相應的投資也將增加。由于本方案屬于控制爆破，雖然一次爆破的規模會受到限制，但經過計算，該方案可以滿足爆破施工的總要求。

5 結語

通過對南水北調中線干線應急供水工程京石段K204+482—K204+982段石方爆破渠段兩種方案的施工方法、工期進度、安全防護、資金投入及利弊分析等進行綜合比較分析，確定本工程段采用潛孔鉆鉆孔控制爆破方案。