河口村水庫(kù)石方明挖爆破工藝設(shè)計(jì)及安全驗(yàn)算

□申 志 □孫魯予 □趙文博

（1河南省河川工程監(jiān)理有限公司；2河南省河口村水庫(kù)工程建設(shè)管理局）

河口村水庫(kù)石方明挖爆破工藝設(shè)計(jì)及安全驗(yàn)算

□申 志1□孫魯予1□趙文博2

（1河南省河川工程監(jiān)理有限公司；2河南省河口村水庫(kù)工程建設(shè)管理局）

石方明挖采取的爆破工藝是一項(xiàng)成熟的石方開(kāi)挖技術(shù)，但在不同的工程施工中，應(yīng)根據(jù)不同的巖性強(qiáng)度、巖層分布及風(fēng)化情況等地質(zhì)條件，根據(jù)不同的山勢(shì)、地形及不同的設(shè)計(jì)開(kāi)挖線(xiàn)的要求，制定適合的爆破工藝設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行安全驗(yàn)算，滿(mǎn)足開(kāi)挖的經(jīng)濟(jì)性、可實(shí)施性及安全性等要求。文章簡(jiǎn)要介紹了河口村水庫(kù)大電站廠(chǎng)房邊坡爆破開(kāi)挖施工的爆破設(shè)計(jì)及安全驗(yàn)算，重點(diǎn)闡述了爆破參數(shù)的確定及安全驗(yàn)算對(duì)周邊環(huán)境的影響，從而體現(xiàn)出在石方爆破開(kāi)挖中爆破工藝設(shè)計(jì)及安全驗(yàn)算的重要性。

石方開(kāi)挖；爆破工藝設(shè)計(jì)；安全驗(yàn)算

1 工程概況及地質(zhì)條件

工程共設(shè)有2個(gè)地面式明廠(chǎng)房，邊坡開(kāi)挖高程分別為EL179.80 m和EL215.67 m，均坐落在基巖層上面。廠(chǎng)房區(qū)地層巖性上層為坡積碎石土及階級(jí)堆積的砂卵石層為主的坡積物，下部基巖為太古界登封群（Ard）變質(zhì)巖系，巖性為花崗片麻巖、花崗巖等。根據(jù)前期勘察資料揭露，廠(chǎng)房區(qū)覆蓋層厚度在8.00～26.30 m，基巖面出露高程195.47～173.68 m，基巖面整體東高西低，向河床傾斜。

2 爆破工藝設(shè)計(jì)

2.1 爆破施工方法及主要程序

施工程序：場(chǎng)地清理、施工測(cè)量、邊坡清理、設(shè)備及材料的準(zhǔn)備、鉆孔、裝藥、爆破（殘破處理）、爆碴清理。廠(chǎng)房邊坡開(kāi)挖選用深孔預(yù)裂爆破法，首先人工清除表面覆土及強(qiáng)風(fēng)化巖石至基巖。爆破開(kāi)挖采取自上而下，分梯段爆破，逐層剝離的施工方法。基巖明挖自上而下分層進(jìn)行，爆碴由挖掘機(jī)清理，棄至指定渣場(chǎng)。各工作隊(duì)、工作面盡量流水作業(yè)，充分發(fā)揮機(jī)械化施工速度快、效率高的優(yōu)勢(shì)。爆碴采用PC220反鏟進(jìn)行清理出新的鉆孔平臺(tái)，開(kāi)挖面爆碴由挖掘機(jī)裝車(chē)運(yùn)至業(yè)主指定渣場(chǎng)。

2.2 爆破材料

炸藥：2#巖石乳化炸藥；雷管：工業(yè)非電雷管（毫秒1-9段）；起爆材料：瞬發(fā)電雷管、連接線(xiàn)、導(dǎo)爆索。

2.3 爆破設(shè)計(jì)

2.3.1 基巖開(kāi)挖爆破設(shè)計(jì)

基巖爆破開(kāi)挖主要采用梯段預(yù)裂爆破的爆破方法，梯段高度5～10 m，開(kāi)挖坡度1：0.30，KSZ-100型支架式潛孔鉆鉆孔，孔徑90 mm，每次爆破開(kāi)挖寬度約20 m（或危巖體橫剖面寬度）；石方邊坡上層狹窄不能形成鉆孔施工平臺(tái)，采用YT—28手風(fēng)鉆人工鑿孔梯段淺孔松動(dòng)爆破，梯段高度1.50～2 m，YT—28手風(fēng)鉆鉆孔，孔徑42 mm。每次爆破開(kāi)挖長(zhǎng)度控制在20 m左右，臨近設(shè)計(jì)高程時(shí)預(yù)留保護(hù)層。

2.3.2 梯段深孔預(yù)裂爆破參數(shù)確定

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘巖體地質(zhì)情況，本次爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)根據(jù)巖體地質(zhì)情況并參照在廠(chǎng)區(qū)孤石與11#公路明挖工程經(jīng)驗(yàn)，保證巖體成功爆破的情況下降低炸藥單耗。為此，廠(chǎng)房邊坡石方爆破分三階段進(jìn)行。第一階段，先進(jìn)行一次爆破試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)情況調(diào)整爆破參數(shù)；第二階段，深孔梯段爆破；第三階段，處理可能因爆破不徹底產(chǎn)生的二次解爆，按照孤石解爆法處理。

2.3.2.1 第一階段：試驗(yàn)確定爆破參數(shù)

爆破試驗(yàn)為下一步的深孔梯段爆破作技術(shù)準(zhǔn)備。爆破梯段高度5 m，KSZ-100型支架式潛孔鉆鉆孔，孔徑90 mm，每次爆破開(kāi)挖寬度20 m。

主爆孔爆破參數(shù)確定見(jiàn)表1。

預(yù)裂孔爆破參數(shù)確定：

炮孔間距a＝（0.70～1.20）D＝0.90×0.09＝0.81m；不偶合系數(shù)Dd＝D/d＝90/32＝2.81，其中D為鉆孔直徑、d為藥卷直徑。線(xiàn)裝藥密度Qx＝200 g/m；孔底裝藥增加值（3～5）Qx＝4×200＝800 g/m；主爆區(qū)最后一排孔與預(yù)裂孔的間距＝（0.75～0.90）a/2=0.87×2.86/2＝1.24 m。

表1 主爆孔爆破參數(shù)計(jì)算表

2.3.2.2 第二階段：確定梯段深孔預(yù)裂爆破參數(shù)

對(duì)爆破試驗(yàn)取得的爆破參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，梯段開(kāi)挖高度為10 m，QZJ-100B支架式潛孔鉆鉆孔，孔徑90 mm，每次爆破開(kāi)挖寬度20 m。第一，主爆孔爆破參數(shù)確定。

根據(jù)表1（主爆孔爆破參數(shù)計(jì)算表）計(jì)算，確定第二階段、梯段深孔預(yù)裂爆破參數(shù)如下：梯段高度H=10 m，孔深L= 11.25 m，孔距a=2.85 m，Qd=8.10 kg，柱狀裝藥量Q2=21.98 kg，每孔裝藥量Q2=30.08 kg，單位耗藥量q=0.36 kg/m3。第二，預(yù)裂孔爆破參數(shù)確定。炮孔間距a＝（0.70～1.20）D＝0.90× 0.09＝0.81 m，D為鉆孔直徑。不偶合系數(shù)Dd＝D/d＝90/32＝2.81；線(xiàn)裝藥密度Qx＝200 g/m；孔底裝藥增加值（3～5）Qx＝4×200＝800 g/m。主爆區(qū)最后一排孔與預(yù)裂孔的間距＝0.87×2.85/2＝1.24 m。第三，布孔及裝藥結(jié)構(gòu)。

為了減少爆破飛石的損壞，爆破采用從一端或兩端縱向分梯段開(kāi)挖和爆破。為充分利用炸藥爆能作功，提高爆破效果和減少大塊率，所有深孔爆破炮孔布置均采用小排距、大孔距、梅花形布孔方案。另外采用沙袋、土袋、鉛絲網(wǎng)等措施覆蓋爆破區(qū)。孔位布孔見(jiàn)圖1。

圖1 開(kāi)挖斷面爆破孔布置示意圖

為提高爆破效果，主爆孔傾角a適當(dāng)調(diào)整，以減少底板抵抗線(xiàn)W1，主爆孔均采用塑料導(dǎo)爆管系統(tǒng)實(shí)施逐排微差爆破。每次爆破炮孔排數(shù)較多（＞5排）時(shí)采用孔外延時(shí)相結(jié)合，實(shí)施逐排等間隔微差起爆；每次爆破排數(shù)較少時(shí)（＜5排），采用孔內(nèi)延時(shí)微差爆破。在施工進(jìn)行的過(guò)程中，先取20 m開(kāi)挖段為爆破試驗(yàn)，通過(guò)爆破的實(shí)際效果，對(duì)爆破方案和爆破參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以達(dá)到最優(yōu)效果。

3 安全驗(yàn)算

工程大電站邊坡開(kāi)挖距離引沁電站約250 m，為了驗(yàn)算爆破對(duì)該電站的影響程度，需進(jìn)行空氣沖擊波超壓值計(jì)算與爆破振運(yùn)安全允許距離等方面的安全驗(yàn)算。

爆破采用的是深孔梯段爆破，毫秒延時(shí)爆破。鉆孔深度為12 m，總裝藥量約6 t，共分為6個(gè)段位，單段最大裝藥量為1 t。

3.1 空氣沖擊波超壓值計(jì)算

通過(guò)計(jì)算得出空氣沖擊波超壓值，并根據(jù)建筑物的破壞程度與超壓關(guān)系進(jìn)行對(duì)比分析，確定破壞程度。

式中：△P—空氣沖擊波超壓值，單位Pa；K,a—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)和指數(shù)，一般梯段爆破K=1.48，a=1.60；Q—一次爆破的梯恩梯炸藥當(dāng)量，單位kg，巖石型乳化炸藥梯恩梯當(dāng)量為0.71；R—藥包至危害對(duì)象的距離，取250 m。

按所得空氣沖擊波超壓值，根據(jù)建筑物的破壞程度與超壓關(guān)系表進(jìn)行分析，屬于基本無(wú)破壞。

3.2 爆破震動(dòng)安全允許距離

根據(jù)爆破安全允許距離計(jì)算公式，計(jì)算安全允許距離，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)點(diǎn)與建筑物實(shí)際距離對(duì)比分析是否滿(mǎn)足安全距離的要求。

式中：R—爆破安全允許距離；V—建筑物安全允許振速，根據(jù)國(guó)家爆破安全規(guī)程的爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)水電站及發(fā)電廠(chǎng)中心控制室設(shè)備安全允許振速為0.50 cm/s，見(jiàn)表2（爆破振動(dòng)安全允許振速標(biāo)準(zhǔn)表）；Q—炸藥量，單位Kg，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大一段藥量。

K值、a值根據(jù)爆區(qū)巖性不同進(jìn)行選取，標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 爆破振動(dòng)安全允許振速標(biāo)準(zhǔn)表

堅(jiān)硬巖石：K=50～150，a=1.30～1.50

中硬巖石：K=50～150，a=1.30～1.50

軟巖石：K=50～150，a=1.30～1.50

根據(jù)地質(zhì)資料，大電站廠(chǎng)區(qū)巖石為花崗巖，硬度較硬，衰減系數(shù)K取較小值。同時(shí)沁河是個(gè)天然的減震溝，河道較寬，深度較大，對(duì)爆破的震動(dòng)衰減作用非常明顯，可以減弱一半以上。因此，震動(dòng)衰減系數(shù)K值取50，衰減指數(shù)取1.50。

為減少單段裝藥量，光爆孔分成兩個(gè)段位進(jìn)行爆破，減少了單段最大裝藥量，單段最大裝藥量控制在1 000 kg之內(nèi)。則引沁水電站中心控制設(shè)備爆破安全允許距離R為：

引沁電站距離爆破點(diǎn)250 m，＞218 m，滿(mǎn)足爆破振動(dòng)安全允許距離的要求。

4 爆破效果

根據(jù)爆破設(shè)計(jì)及爆破驗(yàn)算實(shí)施大電站爆破施工，山體破碎程度基本具備直接開(kāi)挖條件，光面爆破半孔率達(dá)到95%以上，坡面形成情況不錯(cuò)，而且通過(guò)多次爆破，均未對(duì)附近建筑物造成破壞。通過(guò)對(duì)爆破效果的分析，說(shuō)明以前所做的爆破設(shè)計(jì)與爆破驗(yàn)算是合適的、適應(yīng)的。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，文章以河口村水庫(kù)工程大電站廠(chǎng)房邊坡爆破開(kāi)挖為例，詳細(xì)介紹了爆破工藝設(shè)計(jì)及爆破驗(yàn)算的過(guò)程，并在工程實(shí)施中得到了檢驗(yàn)，從而說(shuō)明了石方開(kāi)挖爆破施工前的爆破設(shè)計(jì)的重要性，以及爆破驗(yàn)算的必要性。

編輯：左英勇

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1673-8853（2017）02-0047-03

2016-11-12