某廠房軟巖控制爆破開挖施工技術

□張錦輝 □曹藝儒 □杜躍普 □劉大偉

（河南靈捷水利勘測設計研究有限公司）

0.前言

某廠房基坑石方開挖面積177m(上下游)×138m(左右岸)，最大開挖深度18m，石方開挖工程量25.7萬m3，巖石為泥質粉砂巖、粉砂質泥巖。如何達到較好的爆破效果，便于設備挖裝運輸，同時減小爆破振動，有效保護被保留巖體、圍堰防滲墻及周邊建筑物不被破壞，是對本項目爆破開挖施工的總體要求。

1.工程概況

1.1 工程簡介

本工程是一個以航運為主，兼顧發電、防洪等綜合利用的航電樞紐工程。工程正常蓄水位56.5m，水庫總庫容約7.43億m3，樞紐建筑物從左到右依次為左岸土壩、船閘、泄水閘、廠房、右岸連接壩段和右岸土壩，廠房位于泄水閘右側，電站裝機容量為12萬kW。

1.2 廠房工程地質

廠房位于河床右側及右岸一級臺地。河床表面為砂礫石層，覆蓋層下為泥質粉砂巖、粉砂質泥質夾粉細砂巖，為紫紅色薄層～中厚層狀，往下游局部見砂礫巖、粉細砂巖等，多為弱～微風化巖體，僅下游局部見0.6m強風化層，弱風化頂板埋深2.9～15.6m,巖面較為平緩，微風化頂板埋深8.3～19.8m，從左側經右側，微風化巖面依次升高。巖層產狀，走向NE40°～60°,傾角南東，傾角多為20～30°。廠房段基巖的透水性不嚴重，一般鉆孔基巖透水率q≤5Lu,屬弱～微透水巖體。

2.環境與技術要求

①廠房基坑位于樞紐工程壩址右岸，地形開闊，地勢較為平坦，廠房四周圍堰形成后頂部平均高程59m，廠房基坑巖石出露面平均約41m高程。最低開挖高程23.5m高程，因此，圍堰對廠房基坑爆破的飛石、沖擊波有一定的防護作用。②廠房基坑石方爆破屬深孔露天爆破，梯段高度8～12m，開挖料作為圍堰填筑料，由于廠房圍堰底部進行了高噴防滲墻施工，為保護高噴防滲墻不被爆破振動破壞，廠房基坑巖石爆破需采用控制爆破技術。③廠房基坑石方開挖區周邊200m范圍內無民房，但有臨時施工住房。距爆破區最近的臨時施工住房約100m，爆破施工時需控制最大單響藥量和總裝藥量，不致破壞這些建筑物。④控制線裝藥密度、單孔裝藥量和最大一段起爆藥量，預裂爆破單響裝藥量不超過30kg，梯段爆破單響裝藥量不大于120kg。根據《爆破安全規程》，可不實行分級管理。

3.設計方案選擇

廠房設計開挖邊坡采用預裂爆破，對基礎建基面保護層采用光面爆破，對開挖巖體采用梯段爆破，既要達到爆破巖體的效果，松動被爆巖體，又要盡量減小爆破振動、飛石距離和沖擊波強度。

3.1 預裂爆破設計

預裂爆破采用CM351鉆機造孔，人工裝藥。選用φ32mm的乳化炸藥，不耦合裝藥結構。爆破參數見表1。

預裂爆破起爆網絡采用非電導爆系統，導爆索傳爆。預裂孔起爆時間超前主爆孔100ms以上。

3.2 深孔梯段爆破設計

爆破高度>4m的巖體采用梯段爆破技術，梯段爆破采用大孔距、小抵抗線鉆孔，多排孔各排之間以毫秒級微差間隔時間爆破，從前排開始，依次向后排逐排爆破的方法。該方法適用于較大規模爆破，排間爆破產生擠壓、碰撞作用，有利于爆破效果，并有利于減弱爆破振動。

表1 預裂孔鉆爆參數設計表

梯段爆破采用CM-351履帶式鉆機造孔，孔徑110mm，人工裝藥。主爆破孔以乳化炸藥為主，采取全耦合柱狀連續裝藥；緩沖孔采用乳化炸藥，采取柱狀分段不耦合裝藥。緩沖爆破是為了減少主爆炮孔爆破對后側邊坡的影響，在主爆孔（梯段爆破）與邊坡開挖爆破孔（主要為預裂、光爆孔）之間增設1～2排緩沖爆破孔，其規模比主爆孔（梯段爆破）爆破規模要小。爆破參數見表2。

表2 梯段爆破參數表

起爆采用微差爆破網絡，旱季采用1～15段毫秒電雷管聯網、電力起爆，雨天采用1～15段非電毫秒雷管聯網、非電起爆。梯段爆破最大一段起爆藥量≯120kg；臨近建基面和設計邊坡時，最大一段起爆藥量≯50kg。

4.爆破試驗

為驗證以上爆破設計參數的實際爆破效果，規模性爆破施工前，先根據爆破設計進行現場爆破試驗，經分析驗證爆破實際效果，對爆破參數進行必要的適當調整，以便確保爆破安全和質量，取得更好爆破效果。

4.1 爆破試驗位置的選定

邊坡預裂爆破試驗選擇在泄水閘右側與廠房左側，上下游長度22m，開挖高度10m，設計開挖坡比1：0.5。深孔梯段爆破試驗選擇在臨時集水井。

4.2 爆破試驗參數

邊坡預裂爆破試驗選用表1所列的鉆爆參數，共22孔，線裝藥密度320g/m，單孔裝藥量3.7kg，導爆索下孔，每7～8孔為1段，分為3段。

深孔梯段爆破試驗選用表2所列的鉆爆參數，共7排孔，每排孔8個孔，梅花形布孔，間排距3m×3m，單孔裝藥量28kg，3個孔一段，導爆管下孔，電雷管聯網起爆。

4.3 爆破效果分析

預裂面開度1.2cm，線型較平直，經開挖后檢測，預裂孔半孔成型完整，殘存率90%以上，預裂面平整，最大不平整度為15cm。梯段爆破爆后堆渣高度2.2m，最大塊度1.4m，渣料適合挖裝運輸機械施工，無底坎。爆破飛石的最大距離98m，飛石塊度5.6cm。爆破試驗效果比較理想。

5.爆破施工

5.1 預裂爆破

5.1.1 鉆孔

采用CM351鉆機，沿設計線鉆孔，孔徑110mm。鉆孔精度直接影響預裂面的超欠挖和不平整度，施工時沿預裂線架設了鋼管導軌，用于控制鉆孔位置和角度。另外鉆孔深度須按設計深度保持一致，避免出現殘留巖體掛壁。

5.1.2 炮孔保護與檢查

預裂孔鉆孔結束檢查合格后，用高壓風吹出積水和殘渣，編織袋堵塞孔口。裝藥前打開孔口，用高壓風吹出積水，檢查孔深是否符合要求，遇有塌孔、堵孔情況時，用鉆機重新鉆孔或套孔至設計孔深。

5.1.3 裝藥

將32mm標準藥卷按320g/m的密度間隔綁在導爆索上，底部1m范圍裝藥量為2倍設計線裝藥密度，接近堵塞段的頂部1m范圍裝藥量為0.5倍設計線裝藥密度，將綁在導爆索上的藥串再綁在竹片上，緩緩送入孔內，竹片緊貼被保護巖體一側。孔口堵塞長度1.2～1.5m，采用先下編織袋至藥卷頂部，再填充砂子。

5.1.4 聯網與起爆

同段孔采用導爆索串聯，段與段間用分段電雷管并聯。電起爆器起爆。

5.2 深孔梯段爆破

5.2.1 鉆孔

采用CM351鉆機，按設計布孔間排距3m×3m鉆孔，梅花形，鉆孔角度800，孔徑110mm，超鉆深度50cm。鉆孔深度須保持一致，避免出現底部殘埂。

5.2.2 炮孔保護與檢查

炮孔保護與檢查與預裂孔相同。

5.2.3 裝藥

根據該地區巖石特性、堅固性和爆破試驗經驗，取單位炸藥消耗量為q=0.32kg/m3。爆破采用分段間隔裝藥結構，裝藥時，將70mm標準藥卷按單孔裝藥量的1/2、1/3、1/6分別裝入炮孔的底部、中部和上部，段與段之間空隙采用巖渣或砂子填充隔開，段與段之間藥包采用導爆索連接。孔口堵塞長度2.5m，采用粘土填充，木棍搗實。

5.2.4 聯網與起爆

同段孔采用導爆索串聯，段與段之用分段電雷管并聯。電起爆器起爆。

6.爆破效果檢查與評價

廠房施工過程中通過采用預裂爆破、深孔梯段控制爆破和建基面保護層孔底柔性墊層爆破施工技術，達到了有效控制爆破振動、有效控制設計開挖面巖石的完整性和平整度、有效控制爆破飛石和沖擊波的目的，爆破石渣料的塊度適中，有利于石渣料的挖裝和運輸。據在施工過程中和施工完成后檢測，廠房上下游及左右側設計巖石邊坡開挖面預裂孔半孔殘存率為91%，巖面起伏及不平整度為13cm，被保留巖體無較大爆破裂隙，據基礎巖石爆破前與爆破后聲波測試對比，爆后建基面巖石聲波降低較小，且主要在1m范圍內，據爆破面1m范圍以外基本無影響，說明爆破對被保留巖體影響較小。

廠房基坑爆破施工過程中和完成后，經過對廠房周邊圍堰檢查，未發現圍堰堰腳的集中滲水現象，基坑滲水量無明顯變化；距廠房爆破區80m處的三層磚混施工辦公樓、磚瓦住房的樓面、墻面無裂縫發生,被保護建筑物未遭受破壞。

7.結語

廠房基礎巖石爆破施工分別采用了預裂爆破、深孔梯段爆破、孔底柔性墊層爆破施工技術，運用合適的間排距和裝藥量，有效控制了建基面超欠挖、爆破振動、飛石距離等，保證了周邊建筑物的安全和被保留巖體的完整性，達到了爆破設計的要求和目的，也為類似工程施工積累了經驗。