預裂爆破技術生產性試驗在施工中的應用

楊祎慧，古 軍，張向東

(1.陜西省西安市渭浐河城市段管理中心，陜西 西安 710016;2.陜西省西安市防汛機動搶險隊，陜西 西安 710048)

預裂爆破技術生產性試驗在施工中的應用

楊祎慧1，古 軍2，張向東2

(1.陜西省西安市渭浐河城市段管理中心，陜西 西安 710016;2.陜西省西安市防汛機動搶險隊，陜西 西安 710048)

水電站施工過程中開挖量大，大體積砼施工更需要大量的地材，地處偏遠的水利水電工程自行加工地材是比較可行的方案，爆破法從施工的難度、可操作性、經濟性上綜合考慮都是較好的選擇。預裂爆破技術的核心是控制爆破力。預裂爆破技術的生產性試驗是驗證爆破設計的合理性并進行優化的途徑，通過驗證孔位布置、裝藥量等選擇合理的爆破參數，結合工程實例總結分析，以期取得較好的經濟效益的目的。

預裂爆破;爆破試驗;施工應用

1 工程應用情況

三峽工程規模巨大，建筑物基礎開挖面積達60萬 m2以上，若采用常規施工方法，不僅耗費高，而且工期也難以保證。從1994年開始在三峽主體工程建筑物基礎、左岸臨時船閘的建基面等多部位進行著預裂爆破施工，取得較好的效果，施工面積約20余萬m2，大幅度減少了巖面整修及超挖造成回填的損失，不僅大大提高了建筑物基礎的開挖質量，而且加快了施工進度，節省了投資。

2 技術原理剖析

預裂爆破采用小抵抗線、寬孔距、小梯段爆破，以充分利用先爆孔已形成的良好臨空面，使爆破能量主要沿臨空面方向破碎巖體，拋擲巖塊，以相應減少底部爆破荷載，克服平地火炮帶來的單耗藥量大、半孔率低等缺點。

使用短時差等間距毫秒微差雷管代替火雷管起爆，更好地克服后排巖體的夾制作用，獲得較平整的建基面。合理的時差選擇使各段爆破荷載相互反向疊加而削減其強度，減少爆破對底部巖體的破壞程度;孔底設柔性材料(如竹筒、鋸沫、泡沫等)，利用墊層的緩沖作用，使孔底部以下巖體免遭破壞影響。

3 重點難點分析

3.1 爆破試驗方案

方案設計是施工的首要工作，其內容為:合理的深孔爆破孔網參數及單耗的確定;確定預裂爆破或光面爆破合理裝藥量及裝藥結構;通過預裂、梯段爆破試驗，確定施工中規格化生產的爆破參數、裝藥結構及起爆方式及網絡;通過對需要上壩的石方開挖區進行級配料爆破試驗，確定相關爆破參數、單耗及級配料篩分測定。

爆破施工的內容簡單，但是需要考慮的因素眾多，而且個性差異很大，因此，方案確定以后需要進行現場試驗，以最終確定爆破參數。試驗內容為:場地選擇具有代表性，在開挖區內選取具有代表性的地段進行爆破試驗;爆破參數試驗2～3組，以便指導施工;試驗數據的初步選定要根據經驗和計算選取;試驗記錄準確;暫定試驗鉆爆參數以階梯爆破選定參數為基礎，選定上下界限參數進行試驗;對于主堆石料、下游堆石料等不同級配的壩體填筑料應分別進行爆破試驗;根據爆破設計的起爆網絡進行排間、孔間、孔內微差爆破;導爆管中繼傳爆;復式網絡傳爆。

3.2 爆破參數測定

3.2.1 選擇性能優異的炸藥

為了解決爆破石料往往缺乏細顆粒含量的問題，應選用爆速高、猛度高且做功能力高的炸藥。市場供應的各種炸藥中，巖石膨化硝銨炸藥等產品能較好的符合此條件，其主要性能指標為:爆速≥3 200 m/s，猛度≥12 mm，做功能力≥298 ml，殉爆距離≥4 cm，藥卷密度 0.85 ～ 0.95 g/cm3，保質期6個月。粉狀乳化炸藥，其主要性能指標為:爆速≥3400m/s，猛度≥13mm，做功能力≥300ml，殉爆距離≥5 cm，藥卷密度0.85～1.05 g/cm3，保質期6個月。相對其它品種炸藥，粉狀乳化炸藥的性價比比較好。

炸藥單耗q:參照同類工程經驗，試驗分別先根據做功暫定經驗值q=0.40～0.45 kg/m3;單孔藥量Q:Q=(πd2ρeL1)/4，ρe為裝藥密度，取 ρe=900 kg/m3。

3.2.2 根據巖石情況布設孔位

定位后用潛孔鉆機造孔，孔徑 φ105 mm，孔距70 cm，φ32藥卷間隔裝藥，導爆索起爆;經現場調整以及參考其他工程經驗，試驗不可能與正式爆破一樣布設炮孔排數與列數過多，又要能基本反映出正式爆破的情況，所以試驗炮孔排數為3排、8列。

根據生產量的需要臺階/梯段高度設為10～12 m;鉆孔傾角θ在正式爆破中十分重要，炮孔往往在10排以上，鉆孔傾角一般為90°，但是靠近臨空面的第一排炮孔為了不使底盤抵抗線過大，影響爆破塊度，一般將此排炮孔布置為斜孔，可取θ=60°并可以在孔底加入柔性物質用于緩沖沖擊力，第二排炮孔θ=75°，第三排及以后各排炮孔均為豎直孔，即θ=90°。

超鉆深度h及炮孔深度L:對于多層梯段爆破，超鉆深度h是一個不重要的參數，在此取h=0.5 m，這時炮孔深度 L=(H+h)/sinθ。由于爆破臺面的原始面不可能平坦，因此，各炮孔孔口不在同一高程上，所以在現場布置炮孔后，應實測各孔口高程，按上式分別求出各孔應鉆孔深，作為鉆孔的依據。這樣做，可保證各孔孔底落在同一高程上。

炮孔布置成梅花形布置，偏差應不大于15 cm，第一排炮孔鄰近側向臨空面，側向臨空面凹凸不平，增加了第一排布孔難度。要調整其孔距(一般是加密炮孔)，使每一個炮孔承擔的爆破方量與后排炮孔承擔的方量基本相等，0.5×(W下 +W上)a1H=abH;孔距 a與排距 b:a=(mQ/qH)1/2，b=a/m=(Q/mqH)1/2;炮孔鄰近系數m為孔距a與排距b之比，即m=a/b。本工程取 m=1.2 ～1.5，在試驗設計中，先取 m=1.3。

3.2.3 合理裝藥、堵孔是關鍵

藥量按照規范和經驗值的單位土石方開采量消耗量裝填，爆破孔一般采用連續裝藥方式，預裂孔串狀間隔裝藥或者半耦合裝藥，有效控制藥卷凈間距、裝藥長度和封堵長度。按爆破試驗參數，用粘土等封堵爆破孔并分層搗實，預裂孔先用編織袋塞堵;根據試驗網絡設計，完成網路聯接并對爆破網路進行復查。見圖1。

圖1 生產性試驗

3.2.4 爆破完成后對參數、效果進行分析

通過生產性試驗參數(表1)可以分析得出:孔位布置是根據所需要開采的土石方量確定的，相同的布孔方式下取得土石方量相同，同等土石方量的炸藥消耗量是經濟效益的重要考量指標，同時巖面半孔率、平整度、超欠挖等也要進行綜合考量。生產性試驗取得的參數經分析、調整、驗證才能進行生產，表1中2#段試驗數據能滿足生產對安全、經濟、環保的要求，被確定為生產參數并投入正式施工。

4 試驗參數在工程實例中的效益

通過預裂爆破生產性試驗取得的參數和經驗，在壩肩施工中優化了底部水平孔與周邊預裂孔先爆，上部爆破孔從自由邊起依次以正弦波形順序起爆的方案，合理優化了試驗參數。爆前、爆后巖體縱波波速差大為降低，在20 cm范圍時降低4.98% ～10.52%，在20～40 cm范圍時降低 0.73% ～5.74%;半孔率達100%;不平整度小于15 cm，并且圍巖原生裂隙無擴展現象，山體階梯型(圖1、2)開挖的土石方單位體積消耗炸藥量滿足效益最大化，且開采區開挖后作業面附近圍巖整體穩定。

右岸縱向圍堰建基面的保護層水平預裂爆破施工時，由于場地和部位的限制必須采用手風鉆造孔，但是生產性試驗的方法依然適用，通過試驗證實孔徑 48 mm、孔距 30～40 cm、線裝藥密度100～120 g/m是該部位的最優參數。經爆前、爆后聲波檢測爆炸產生的應力波波速在4 400～5 600 m/s之間變化不大，半孔率達95%以上，不平度能控制在15 cm以內，經濟、安全效益明顯。

表1 爆破參數選擇

圖2 壩肩開挖前后對比圖

5 結語

生產性試驗是預裂爆破施工的重要環節，由于地質條件、施工水平等因素的不同，不能照本宣科、查經驗數據和類比工程參數，必須要進行系統的生產性試驗，經對取得的參數進行分析、優化、調整，以獲得有針對性的預裂爆破施工參數，在施工中要進行驗證，同時隨時關注巖性的變化，并根據施工現場情況適時對爆破參數進行調整。

［1］水利水電工程爆破施工技術規范(DL/T5135－2001).

［2］盧文波，賴世驟，朱傳云等.三峽工程巖石基礎開挖爆破震動控制安全標準［J］.爆炸與沖擊.2001，21(1):67－71.

Application of the Pre－splitting Blasting Technology Test for the Construction

YANG Yi－ hui1，GU Jun2，ZHANG Xiang － dong2
(1.Xi’an Management Center of the urban section of Weichan River，Xi’an 710016，Shaanxi;2.Xi’an flood control motorized rescue team，Xi’an 710048，Shaanxi)

For large excavation during construction of the hydropower stations，a lot of flooring are required in large volume concrete construction. Therefore，for the remote water conservancy and hydropower project，it would be a better choice to get the local materials on their own processing.The blasting method would be the better choice for the fully considering on the difficulty of construction，operability and economy. The core technology of the pre－ split blasting is to control the blasting force.Pre－hiatus could be mitigating the effects of blasting on the surrounding rock disturbance. Reducing the vibration strength is conducive to maintain the stability of surrounding rock.Pre－ split blasting production test is to verify and optimize the rationality of the blasting design.Choosing a suitable blasting parameters，such as verify of hole layout，the charge weight，and analyzing some engineering examples，could be obtain a better value for economic benefits.

Pre－splitting blasting;the burst test and construction application

TD235.371

A

1004－1184(2012)05－0196－02

2012－07－25

楊祎慧(1971－)，女，陜西西安人，工程師，主要從事水利水電工程施工與管理。