淺孔松動爆破在堅硬土層開挖中的應用
——以王家灣水庫為例

佟剛

(慶陽市重大水利項目建設管理局，甘肅慶陽 745000)

淺孔松動爆破在堅硬土層開挖中的應用
——以王家灣水庫為例

佟剛

(慶陽市重大水利項目建設管理局，甘肅慶陽 745000)

在甘肅省慶陽市王家灣水庫除險加固工程新建溢洪道基坑開挖中，對堅硬土層采用了淺孔松動控制爆破開挖，避免了機械開挖成本大、效率低的劣勢，降低了對附近建筑物及建基面的擾動，保證了工程質量，縮短了工期。本文對淺孔松動爆破技術在土石方工程中的施工要求、淺孔松動爆破技術參數設計及安全設計等方面的應用進行了分析，以期對類似工程有一定借鑒作用。

淺孔松動爆破;堅硬土層;開挖;王家灣水庫

1 工程概況

王家灣水庫位于甘肅省東部的黃土高原，壩高44.6m，壩軸線長398.20m，頂寬7m，總庫容2680萬m3，承擔著下游四縣區1.45萬人、1866.67hm2耕地、8處學校和工礦企業、2座交通橋以及國道211線的防洪安全，是一座以防洪、攔沙、灌溉為主要功能的中型水利樞紐。此次除險加固工程的主要建設內容之一是新建一座明渠式溢洪道，溢洪道布置在右岸現狀泄洪洞和輸水洞之間，分為引渠段、控制段、泄槽段、消力池段、防沖槽段和出水渠段五部分，全長417.50m，均為梯形斷面，底寬28m，1∶1混凝土護坡。新建溢洪道工程累計開挖土方20.8萬m3。

2 工程地質

該工程區在大地構造上處于祁呂—賀蘭“山”字形構造體系脊柱東部的伊陜盾地，區內溝谷密布，岸坡陡立，地形連綿起伏，沖溝、黃土塬、梁、峁等黃土地貌形態交錯分布，是一個穩定區域，長期處于下沉，接受了巨厚的古生代沉積，出露基巖為白堊系砂巖夾頁巖，

兩岸有厚層黃土為第四系黃土和第三系棕紅色黏土，土層厚度100～300m，自然邊坡，黃土45°～60°，基巖60°～80°。

庫區出露的地層主要為第三系及第四系地層，區域資料顯示，第三系為白堊系(K1)砂巖。溢洪道布置地段通過的地層主要為第三系上新統(N2)紅色黏土，褐紅色粉質黏土，密實堅硬，含有較多的鈣質結核，一般10%～15%，局部達到70%～80%，甚至富集成層，鈣質結核粒徑0.2～3cm不等，最大7～8cm。粉質黏土，呈硬塑—堅硬狀。網狀裂隙及小孔發育，含零星鈣質結核及鐵錳斑紋。揭露厚度大于14m，頂板高程1115.0m左右。

溢洪道各土層主要物理力學參數及溢洪道各土層側摩阻力及承載力見表1、表2。

表1 溢洪道各土層主要物理力學參數建議值

表2 溢洪道各土層側摩阻力及承載力建議值

3 堅硬土層部位、范圍

在新建溢洪道的部分泄槽段、消力池段、防沖槽段、出水渠段的土方開挖過程中，當機械開挖至1115m高程左右時，出現紅色黏土，并含有大量鈣質結核，正常土方機械開挖難以進行，有些地方甚至使用PC400反鏟挖掘機都難以挖動。根據《甘肅省王家灣水庫除險加固工程初設階段工程地質勘察報告》可知，該區域中出現的堅硬土層主要為第三系棕紅色黏土、第四系(Q)黃土及夾雜的砂礫石層。厚度大致由北向南、由西向東逐漸加大，呈不均勻的楔形分布，平均深度11.65m，最深處達13.75m。

4 爆破施工

在爆破施工區域內，左側是泄洪洞，右側是輸水洞，東西寬28～50m，南北長約330m，若采用爆破施工，作業面狹長。堅硬土層的爆破不同于巖石的爆破，裝藥少達不到爆破效果，裝藥過多則容易形成較大的爆破拋擲區，塵土飛揚，對施工人員和機械的安全造成很大的威脅，同時也會對鄰近建筑物、建基面產生較大擾動。綜合施工圖紙要求和現場施工環境，通過現場小范圍的爆破實驗，確定對該土層的施工采取一次性鉆孔裝藥爆破結合小炮多次爆破開挖，因此對成孔的質量、火工材料要求較高，對爆破網絡及爆破形式的選擇也是一種考驗。

4.1 火工材料

爆破施工采用的火工材料見表3。

4.2 主爆孔孔位布局、鉆孔方式

根據計算和爆破試驗，得出的爆破參數如下:

表3 火工材料

布孔方式:梅花形布置(3m×3.5m);

孔徑:d=90mm;

傾角:45°～60°(與臨空面的夾角);

孔深:7～11m(以鉆到基巖面為準);

炸藥:銨梯固體系列、乳化炸藥;

線裝藥密度:0.35～0.45kg/m3;

封堵長度:1.5～2.0m;

連接方式:孔間、孔內均采用導爆索(導爆管)連接;

起爆方式:電雷管毫秒延時起爆。

起爆網絡示意圖、主爆孔裝藥示意圖和炮孔布置示意圖分別見圖1、圖2、圖3。

圖1 起爆網絡示意圖

圖2 主爆孔裝藥示意圖

圖3 炮孔布置示意圖

4.3 爆破施工工藝流程

爆破施工工藝流程見圖4。

圖4 爆破施工工藝流程

4.4 成孔施工

爆破孔施工前，首先由測量人員按照設計圖紙和作業指導書放出邊坡開口線，用油漆標識出孔位和地面高程，并對孔位進行保護;然后根據每臺鉆機預計鉆孔數量，安排鉆機設備依次就位。鉆機就位后，采用樣架尺對鉆機垂度和鉆孔角度進行校對，開孔后進行深度和角度校對，以便及時糾正偏差。主爆孔和緩沖孔施工均采用三臺YQ100E型電動潛孔鉆機，由LWJ—1218空氣壓縮機供風;預裂孔施工采用氣腿式手風鉆造孔，孔徑選用φ40mm，預裂孔間距為0.8～1.0m。孔位、傾角必須嚴格按照測量放樣確定孔位和成孔角度，在打孔過程中隨時檢查成孔角度，發現角度偏移及時糾正保證成孔質量。打孔時統一指揮協調行動，實行定人、定位、定機、分區按順序打眼，避免相互干擾、碰撞、擁擠和窩工。打眼完畢按炮眼布置圖進行檢查，對孔深進行測量并做好記錄，計算裝藥量。對已成型的爆破孔經檢查合格后，立即用軟物封堵孔口加以保護，以免雜物掉落孔內對裝藥和爆破效果造成影響。

4.5 裝藥類型和結構

主爆孔以乳化炸藥和銨梯炸藥為主，采取全耦合

柱狀連續裝藥，堵塞長度2.0m。緩沖爆破孔采用乳化炸藥，采取柱狀分段不耦合裝藥;排間或孔間(有特別控制要求時在孔內)用非電雷管毫秒微差起爆;緊鄰邊坡面的一排爆破孔作為緩沖爆破孔，其孔排距、裝藥量相對于主爆孔減少1/3～1/2，緩沖孔起爆時間遲于同一橫排的主爆孔，以減小對設計邊坡的震動沖擊。邊坡預裂孔均為間隔不耦合裝藥，采用乳化炸藥，底部1.5m為加強段，線裝藥密度為正常段的2～3倍，封堵長度1.5m。

4.6 炮眼裝藥及回填堵塞

裝藥前先將炮眼中的粉渣排除干凈，量測孔深調整裝藥量。裝藥時按炮孔的藥量編號進行裝藥，以免裝錯。炮眼除裝藥外全部用土回填堵塞，回填堵塞材料選取一定濕度的黏土，邊回填邊用炮棍搗固堅實。回填搗固時，注意避免導爆管線的扯動與破損，以免造成起爆網路拒爆。回填堵塞后的炮孔外管線應圈好，放在炮孔上便于網路連接工作，避免漏接。為防止個別飛石，每個炮眼口要用三個裝土的編織袋壓牢。

5 注意事項

對于高邊坡和有設計要求的部位，采取以下控制措施確保邊坡的穩定和設計結構:

a.靠近邊坡進行爆破時，控制每次爆破規模。

b.采用多段微差接力(孔內微差，孔外接力)網絡，控制最大段起爆藥量為單孔藥量，同時改變起爆方式和方向(避免起爆方向垂直于邊坡方向)。

c.采取預裂爆破形成預裂縫隔離邊坡，在孔數較多的情況下，分段起爆，減小爆破震動對該處邊坡穩定所帶來的影響。

d.對特殊部位進行小炮多次爆破，滿足設計要求。

6 安全控制和管理

由于工期緊、任務重，加之爆破危險性大、現場的施工人員和施工機械多，綜合考慮了以上各種不利因素，結合現場實際，安排爆破施工在上午上班前和下午下班后進行。為保障爆破萬無一失，爆破前必須進行有效的安全防護，發布安全告示，要求非工作人員撤至指定的安全區域。爆破由施工項目部統一協調，設專人指揮。每次爆破前在進出施工區域的所有交通路口均安排專職安全警戒員，爆破員和安全員全程參與和監督。對炸藥和雷管的管理原則是按需領用，當天未用完的炸藥嚴禁私自存放，必須交回炸藥倉庫統一保管。炸藥倉庫應遠離施工區，對倉庫設置警戒區域，警戒區內嚴禁煙火，設專人看護。爆破過后采取噴水降塵，防止灰塵飛散減少污染。爆破施工安全作業流程見圖5。

圖5 爆破施工安全作業流程

7 結 語

對堅硬土層采用淺孔松動控制爆破開挖，可避免機械開挖成本大、效率低的劣勢，有效控制飛石，降低對附近建筑物及建基面的擾動，保證工程的質量，縮短工期。實踐證明，淺孔松動控制爆破能使爆破體破碎而不飛，從而保障施工安全。

Application of shallow hole loose blasting in hard soil layer excavation: a case study of Wangjiawan Reservoir

TONG Gang
(Qingyang Major Water Conservancy Project Construction Administration，Qingyang 745000，China)

Shallow hole loose blasting excavation is adopted on hard soil layer in Gansu Qingyang Wangjiawan Reservoir Risk Removal Reinforcing Project newly-constructed spillway foundation pit excavation．Disadvantages of high cost and low efficiency in mechanical excavation are avoided，thereby lowering disturbance in nearby buildings and building surface，ensuring project quality and shortening construction period．In the paper，application of shallow hole loose blasting technique in earthwork project construction requirements，shallow hole loose blasting technical parameter design，safety design and other aspects are analyzed，thereby providing certain reference for similar projects．

shallow hole loose blasting;hard soil layer;excavation;Wangjiawan Reservoir

TV551.4

B

1005-4774(2015)05-0007-04